第4章重介质选矿

第4章重介质选矿

第4章 重介质选矿 第一节 概述

1、什么是重介质选矿 任何重力分选过程，都是在一定的介质中进行。若所使用的分选介质其密度大于 lg/cm3时，这种介质称为重介质。矿石或煤炭在该介质中分选，称重介质选矿或重介质选煤。 2、重介质选矿的发展过程

1858年有人提出用锰、钡、钙的氯化物溶液作为分选介质进行选煤，但因介质难于回收，致使成本昂贵，未能获得推广使用。

1917年出现使用水砂混合物作为重介质分选

煤炭，但效果受到局限，一般仅用于选分易选的动力煤。 1926年苏联工程师 E·A·斯列普诺夫首先提出使用稳定悬浮液的重介质选煤法。以后，重介质选矿法便开始逐渐获得广泛应用。

至今，除重介质选煤是选煤的重要方法之外，也可应用于金属矿石、黑色金属矿石、贵金属矿石、稀有金属矿石及其它物料的分选。 3、重介质选矿分选原理 根据阿基米德定理，小于重介质密度的颗粒将在介质中上浮，大于重介质密度的颗粒在介质中下沉。

重介质的密度 ρzj 应在轻产物ρq 和重产物密度ρz 之间。 δq<ρzj< δ z 其中的重介质密度即为分选密度。

重介分选机中，原煤进入后就会按密度分为两个产品，分别收集这两种产品，可达到按密度分选的目的。

虽然物料在分选机中的分层过程 主要取决于它的密度，但是它的分层速度却是物料粒度及物料与介质密度差的函数，粒度越大，密度差越大，物料的分层速度快，粒度小，物料的分层速度越慢。因此在实际生产过程中往往有一部分细粒级煤在分选机中来不及分层就排出，降低了分选效率。 同时，分选中悬浮液流动和涡流的影响，物料之间碰撞的影响及悬浮液对煤粒运动阻力的影响，原煤的粒度和形状都对分选结果有一定影响。生产中注意减少它们的影响。 4、重介质选矿的特点 优点：

1）分选效率和分选精度都高于其它选煤方法。 块煤：ηmax = 99.5% ，E可达 0.02~0.03; 末煤：ηmax = 99%，E可达0.05。 2）分选密度调节范围宽 跳汰：一般，1.45~1.9;

重介：1.35~1.9 , 重介质旋流器：1.3~2.0。 3）分选粒度范围宽 块煤：1000~6 mm

末煤旋流器：50~0.15 mm 4）适应性强

对精煤质量变化时，灰分可按要求变。原煤性质改变影响不大。 5）生产过程易于实现自动化

悬浮液密度、液位、粘度、磁性物含量等工艺参数能实现自动控制。 缺点：

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增加了加重质的净化回收工作，设备磨损比较严重。 基于以上各点，重介质选矿方法应用非常广泛。

重介质选煤主要适用于难选、极难选煤。

第二节 加重质选择 1、加重质的种类

在工业生产中重介质选矿所用的重悬浮液，其加重质主要有硅铁、磁铁矿粉、重晶石、高炉灰、铅精矿、黄铁矿、石英和矸石粉等。选煤使用最多的是磁铁矿粉。

我国1982年研制成功的DBZ型重介质旋流器，是采用浮选尾矿或矸石粉作为加重质，用以分选跳汰机中煤、矿井废弃的矸石或小于13mm的洗矸，不仅节省大量磁铁矿的精矿粉、而且为我国从煤矸石中回收煤炭，减轻矸石山对环境的污染，提供了即经济又简便的工艺方法。

重介质选矿配制悬浮液时所用的各种加重质 主要性能及其回收方法见表6-1。

采用重介质分选法时，对加重质的选择是十分重要。因为加重质的密度、粒度、硬度及磁性等，对其所配制的悬浮液性质 (密度、粘度和稳定性，均有直接影响。而悬浮液性能的优劣又直接影响重介质分选的效果、分选设备的生产能力、重介质的制备和回收、

设备的选

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择以及选矿 (煤）成本等。 2、对悬浮液的要求

在所要求的分选密度下，悬浮液应具备粘度低，稳定性好，而且用过并稀释后容易回收和净化。

3、选择加重质应考虑的因素

1）加重质密度

a.加重质密度与悬浮液容积浓度关系

加重质与水配成的悬浮液，在要求的分选密度一定时，加重质密度低，悬浮液固体浓度就越高，悬浮液粘度大。大到一定值时，不能进行分选。因此，体积容积浓度λs有上限， 对应可得加重质的密度最低值δD。 zj (1 ) ( )

当 1.0g/cm2, s, D

zj (1 s) D

s

b 悬浮液临界容积浓度

悬浮液的临界容积浓度 L与加重质的性质及粒度组成有关。在通常使用的加重质粒度范围内，密度在2·65~11.30g/cm3范围内的各种加重质，与水所构成的悬浮液，其 L都非常接近，一般在0·25一0·33之间。

加重质的密度过高也不适宜，否则，悬浮液固体容积浓度太低，加重质颗粒沉降速度过快，导致悬浮液在密度方面，失去作为分选介质的作用。据研究，重介质选矿所川悬浮液的容积浓度，不应小于10，即作为分选介质时，悬浮液固体容积浓度的下限值 x大于10。由此就可求出在规定分选密度时，所需加重质密度的最高值 G zj (1 ) ( )

当 1.0g/cm2, s, D

zj (1 s)

D

s

选用的加重质密度应在 D与 G之间,即 G > > D

例:要求的分选密度为1.4g/cm3, G = 5.0g/cm3 , s=2.21g/cm3 .

分选煤炭时，重介质密度若要求为1·4O g/cm3，那么配制悬浮液所用加重质，其密度应在为5·00-2·2lg/cm3范围的物料中挑选。密度符合这个条件的常用加重质很多，如磁铁矿、重晶石、黄铁矿

残渣、高炉灰渣、石英、黄土、矸石、浮选尾煤等。 2）容易回收和净化； 3）料源充足、制备容易； 4）硬度较大（防泥化）、球形（粘度低）、不与水发生化学作用。 4、选煤过程常用的加重质

重介质选煤多采用磁铁矿粉作为加重质，因用其配制的悬浮液密度范围宽，完全能够满足分选各种煤炭使用，而且便于回收。

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黄土、浮选尾煤、矸石粉等，只能配制低密度悬浮液，并用于回收精煤。 5、对磁铁矿加重质的要求

重介质选煤厂利用磁铁矿粉作加重质时，磁铁矿粉的磁性物含量越高，加重质的回收再使用的数量也越大，介质耗资少，生产费用可有所降低。还有加重质粒度愈细，悬浮液密度也越稳定，在悬浮液中为起稳定作用所需掺入的煤泥量也相应减少，悬浮液密度的真实性越高，分选效率也会越佳。

我国设计规范规定，用磁铁矿粉作加重质时，其磁性物含量应在95%以上，密度在4·5g/cm3左右。对加重质粒度的要求是，分选块煤 (用于斜轮或立轮重介质分选机)时，小于0·074(-200目)mm粒级的含最应占80%以上，用于重介质旋流器分选末 煤时，小于0·044mm粒级 (-325目)含量应占90%以上。如外来磁铁矿粉粒度不能满足要求时，选煤厂应设置研磨设备。 第二节 重介悬浮液性质 一、悬浮液密度

1、悬浮液密度的特点

悬浮液的密度在物理意义上与均质介质的密度不完全相同，只有将悬浮液中的固、液两相作为一个统一的整体看待时，才具有密度的概念。因为悬浮液是由两种密度完全不同的质点（固、液）所构成的两相混合物，故悬浮液密度ρzj在数值上不能表征其中每一个质点的密度，因此，

通常称该密度为悬浮液的假密度，或称悬浮液的物理密度。

当加重质粒度较细，容积浓度又较高，而入选的矿粒较大时，在分选过程中，对矿粒而言，悬浮液作为一个整体才称其分选介质。否则，此时的分选介质只是悬浮液中的液体而不是悬浮液的整体，矿粒在悬浮液中的沉降，仅仅看为矿粒在液体中受加重质悬浮粒作用的干扰沉降。矿粒排开的介质不是具有密度为悬浮液密度的本身，而是悬浮液中的液体，密度为ρs 。因此，尽管有的矿粒密度低于悬浮液的密度ρzj ，但也将下沉，即矿粒不能按悬浮液的密度ρzj进行浮沉过程，而达到低、高不同密度矿粒的分离。

重介质选矿过程中作为分选介质而起作用的悬浮液，其中固体悬浮粒 (加重质)的粒度和容积浓度与入选物料的粒度之间应具有一定的关系，悬浮液的密度要由加重质的密度和容积浓度来决定。

(二） 悬浮液密度对加重质粒度的要求

在悬浮液内，矿粒排开的同体积悬浮液中，至少应有一个加重质的颗粒。 即 悬浮液浓度λ> 加重质粒体积 / 矿粒体积

式中K值是个大于1的修正系数，一般K=1.6一4·93之间。 (三）悬浮液有效密度

从理论上讲，重介悬浮液的物理密度应该就是分选密度，但实际工作中有时并非如此。

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这是由于加重质颗粒很细，当悬浮液固体容积浓度大到一定程度后，加重质颗粒由于种种原因经直接接触而相互连接起来，形成空间网状结构物，这就便悬浮液发生了结构化。由于悬浮液出现结构化的影响，实际的分选密度常常高于悬浮液的物理密度。对于未结构化的重介悬浮液，因加重质颗粒的沉降，分选密度既可高于也可低于悬浮液的假定密度，这应由轻、重产物分离界限层的位置决定。

已出现结构化的悬浮液内，若体积为Vk的矿粒向下运动，开始时所遇到的静力作用，除悬浮液

二、悬浮液粘度

（一）悬浮液粘度及结构化

液体的粘性由分子间引力引起；

气体的粘性由动能不同的分子在流速不同的层间交换引起； 上两种流体为均质介质，符合牛顿内摩擦定律。

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悬浮液的粘性由于包括了因固液界面增大和颗粒间摩擦、碰撞所引起的流动切应力，外观表现为粘性增强。

因与均质介质粘性形成的原因不完全相同，故所测得的悬浮液粘度称为视粘度。 当加重质的粒度和形状差别不大时，悬浮液的视粘度随容积浓度的增加而增大，与加重质颗粒的密度基本无关。图5-3是几种不同的加重质在粒度为0·074一0.037mm时，视粘度随容积浓度的变化关系。

从图6一3中可以看出，视粘度随容积浓度的变化规律。 在低浓度 (λ<0·2)时，粘度增长缓慢，呈直线关系。 在高浓度 (λ>0·4)时，也呈直线关系，但粘度随λ增大而迅速地升高。 在中等浓度时，其视粘度与λ呈曲线关系增长。 这是由于固体容积浓度很低时，不但颗粒间直接接触少，而且相对说固一液界面也不太大，此时悬浮液的内摩擦力虽有增加，但其增加值与颗粒体积含量大致成正比。 随容积浓度的增大，固体颗粒间直接碰撞与摩擦就不可避兔地增多。这种增加开始时属于粘性切应力，以后的浓度再大又过渡为惯性切应力，呈曲线关系。

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当λ增大到相当高数值后，悬浮液发生了结构化，视粘度随λ增加而急剧增大。 （二）非结构化悬浮液的流变特性 如图6-4 。

固体容积浓度低时，可视为牛顿流体；

固体容积浓度15~20%时，视为非牛顿流体。

结构化流体的流变特性：当外力小，只变形而不流动，当处力克服一定切应力后，流动。

当速度梯度达一定时，结构化被破坏。 （三）影响悬浮液粘度的主要因素 1、加重质性质对悬浮液粘度的影响

由于悬浮液的粘度和结构化的形成与加重质的比表面积有关，因此，一切与比表面积有关的加重质性质，如粒度、形状及含泥量等均对悬浮液视粘度有影响。 图6-5可以看出，在同样容积浓度下，加重质

降低粘性提高分选速度，但稳定性下降，分选条件难控制。 4、温度的影响

温度升高，粘度降低。可以认为，不同温度下，悬浮液的粘度与相同温度下水的粘度之比始终不变。

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三、悬浮液的稳定性

重力场中，悬浮液上、下层物理密度不稳。上层固粒少，下层固粒多。重介质密度不稳定，影响按密度分选精确性。保持悬浮液自身各部分密度不变的能力称悬浮液的稳定性。 通常用加重质颗粒在悬浮液中沉降的速度的倒数，表示稳定性大小，作为稳定性指标，用Z表示。

Z = 1 / v Z越大，悬浮液的稳定性越好。 影响稳定性的因素： 1、加重质粒度

粒度小，悬浮液稳定性好。因为粘度增加，阻力升高，沉速下降。图6-13、6-14。 粒度小，制备量大，回收难。

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2、加重质密度

降低加重质密度，悬浮液稳定性好。但密度降低，容积浓度增加，粘度上升。如图6-15。

3、悬浮液密度

一定加质，悬浮液密度越高，容积浓度越大，稳定性好。生产中，悬浮液密度一定，不能靠此法提高稳定性。

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悬浮液密度升高，稳定性增加，介质粘度升高。

用悬浮液密度大时，主要问题是粘性，应采用粗、密度大的加重质； 用悬浮液密度小时，主要总是是稳定性，应采用细、密度小的加重质。 分选粗粒物料，主要是稳定性； 分选细粒级物料，主要是粘度。 4、含泥量的影响

密度低、粒细的的泥质物混入悬浮液，粘性上升，稳定性增加。如图6-16。 当主要稳定性不好时，有意加入一些粒度微细的泥质物，以提高稳定性。

对同一种悬浮液，流变粘度和稳定性有一定关系。粘度越大，稳定性越好，粘度越小，稳定性越差，选煤要求粘度低、稳定性好，应使悬浮液在流变粘度和稳定性两方面都能满足选煤要求。

采用现有磁铁矿作加重质时，主要是悬浮液的稳定性不好，当悬浮液密度高达2.0以上，或原煤中有大量泥质污染悬浮液时，粘度才升为主要矛盾。 （三）维持悬浮液稳定性的措施

悬浮液的性质对分选效果的优劣，起着决出性的作用。然而，悬浮液的三个性质:密度、粘度和稳定性，都具有理想指标，是难能兼得的。实际工作中要看那个是主要矛盾，再采取相应措施。

工 为达到比较精确地分选，生产中常采用机械搅拌或使用各种不同方向的悬浮液流，用以保证它上下层密度的近似，使悬浮液在分进机中具有较好的稳定性。 当悬浮液在不断循环流动具有保持其本身各部分密度不变的性能，称为悬浮液的动稳定性。悬浮液的动稳定性不仅与悬浮液的稳定性 (是指悬浮液在静置时，保持其本身各部分密度不变的性能，也称悬浮液的静稳定性，以前所讨论的均为静稳定性，若静稳定性越好，也越容易得到较好的动稳定性)

有关，同时也与分选机的结构及重介质流在分选机中的流动状

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况有关。

使用机械搅拌，加重质颗粒可处于悬浮状态，从而维持了悬浮液各层的密度近于不变。 在各种不同类型的重介质分选机中，都采用方向不同的重介质流，来维持分选槽内重介质悬浮液各处密度的稳定。重介质流的运动可采用水平的、垂直 (上升或下降)的以及回转方式。经常是这些方式联合使用。当然，在重介质旋流器中悬浮液悬作旋转运动。

上升介质流可阴止加重质颗粒的沉降，使悬浮液稳定。但是，由于矿粒在分选机内分层时，虽然主要取决于它的密度，但粒度及形状也对分层有影响。

水平介质流的稳定作用，是靠分选机内分层表面由外部引入大理新鲜悬浮液来完成的。 实践证明，只有当水平介质流和垂直介质流联合使用，才能使静稳定性比较差的悬浮液，获得较好的动稳定性。尤其是水平介质流与下降介质流联合使用，可以用较小的下降流速使得悬浮液获得较高的动稳定性。 4.3 重介质分选机

一、对重介质分选机的要求及分类

重介质分选机是借助悬浮液在重力场中按密度分选物料的设备。

为保证分选机正常工作并具有较好的分选质量和较高的处理能力，重介质分选机 工艺性能及结构上应满足：

（1）重悬浮液 分选带各处的密度应保持稳定。

因悬浮液密度是决定分选机实际分选密度的最主要指标，密度偏离规定范围，影响产品质量，并增大 用矿物的损失，所以运动部件运动不宜过快，流动速度不宜过快高，避免涡流破坏分选带 介质密度稳定。

所以，结构要合理，确保按密度分选。

（2） 物料在分选槽中完成分层过程，合理选择长宽比。 分选槽是分选机的重要部件，其长度必须保证物料有足够的分层时间，宽度尽量满足入选物料上限的要求。因此正确安排长宽比，结构在满足分选质量前提下，最大限度使物料粒级加宽，简化工艺系统。 （3） 能迅速排出选后产品

其它条件相同时，迅速排出产品，则分选机生产能力大。 （4） 分选机内须引入一定的介质流

当原料中邻近密度物含量远销，悬浮液沿分选槽高度分布不均时，为提高分选效果，适当引入垂直介质流，使邻近密度物分层速度增快，不断随液流从分选机排出，但，此时矿粒粒度及形状对分选产生影响，要慎重引入垂直流，必要引入时，流速尽可能低。 （5）介质循环量尽量少，降低磨损及电耗。 （6）结构简单，操作维修方便。 重介质分选机分类：

按选后产品：两产品、三产品。

按悬浮液流动：水平液流、垂直液流、复合液流。

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（4） 分选机内须引入一定的介质流

当原料中邻近密度物含量远销，悬浮液沿分选槽高度分布不均时，为提高分选效果，适当引入垂直介质流，使邻近密度物分层速度增快，不断随液流从分选机排出，但，此时矿粒粒度及形状对分选产生影响，要慎重引入垂直流，必要引入时，流速尽可能低。 （5）介质循环量尽量少，降低磨损及电耗。 （6）结构简单，操作维修方便。 重介质分选机分类：

按选后产品：两产品、三产品。

按悬浮液流动：水平液流、垂直液流、复合液流。

按分选槽形式：深槽、浅槽。

按排矸装置形式：提升轮分选机、刮板分选机、圆筒分选机、空气提升式分选机。 各种重介质分选机的入料粒度上限，最大可达1200mm，下限6-13mm。 6-13mm以下，利用重介旋流器。 4.3.1 选煤用重介质分选机

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（一）斜轮重介质分选机

1、选后产品：两产品，生产能力大，入料粒级宽。

按分选槽形式：深槽、浅槽。

按排矸装置形式：提升轮分选机、刮板分选机、圆筒分选机、空气提升式分选机。 各种重介质分选机的入料粒度上限，最大可达1200mm，下限6-13mm。 6-13mm以下，利用重介旋流器。 4.3.1 选煤用重介质分选机 （一）斜轮重介质分选机

1、选后产品：两产品，生产能力大，入料粒级宽。 2 、结构：如图2-4-8所示。

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3、介质流方式

水平介质流和上升介质流

在给料端下部位于分选带的高度引入水平介质流，在分选糟底部引入上升介质流。水平介质流不断给分选带补充合格悬浮液，防止分选带密度降低。上升介质流造成微弱的上升介质速度，防止悬浮液沉淀。水平介质流和上升介质流使分选槽中悬浮液的密度保持稳定均匀，并造成水平流运输浮煤。 4、排料方式

浮煤由排煤轮刮出，经脱介进入下一脱介脱水作业。 沉煤由斜轮提升至排料口排出。提升过程进行 次脱介。 5、排矸轮减速装置：

摆线针齿齿轮减速器具有速比大、传动功率高、重量轻、结构紧凑、占地面积小、噪音小等优点，但要求精度高、制造复杂、维修闲难。

歪脖子减速器使用较多，其结构紧凑、占地少、维修方便、使用性能也较好，只是大小伞齿轮啮合调整有些困难。

普通减速器加开式伞齿轮传动，使用可靠、制造容易、调整方便;但其结构落后，占地面积大、装配不紧凑等。 6、斜轮重介质分选机的优点

(1)分选精确度高。由于重产物的提升轮 分选槽底部旁则运动，在悬浮液中处于分选过程的物料不被干扰，可能偏差E可达0·02-0·03；

(2)分选粒度范围宽，处理能力大。该机槽面由于制得较为开阔，斜提升轮直径可达8m或更大。因此，分选粒度上限可达10OOmm，下限为6mm。如国产分选槽宽为4m的重介质分选机，其斜轮直径为6·55m，处理能力为350一500t/h;

(3)该机悬浮液循环最少。由于轻产物采用排煤轮的重锤拨动排放，所以被煤带走的悬浮液量少，故悬浮液循环量低;

(4)由于分选槽内有上升悬浮液流使悬浮掖比较稳定，分选机可使用中等细度的加重质，即小于325目(<0·04mm)占40%-50%已达到细度要求。

缺点：斜轮重介质分选机的排矸轮采用中心传动，这将使制作槽宽5m以上的大型设备受到限制。

（二）三产品斜轮重介质分选机 1、产品

分选出三产品：精煤、中煤、矸石。工艺流程简化，节约基建投资。 2、悬浮液

分选槽内 高、低两密度级悬浮液,悬浮液具有明显和稳定的分界面。

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3、排煤方式

原煤从分选槽上部给入，首先在上部低密度悬浮液中分选出精煤，由六角轮及时排出。 沉物 (中煤和矸石)在高、低密度分界面进行再分选。此时，中煤被分界面下部的高密度悬浮液，带到斜轮的内隔室提升，经中煤排料口排出。矸石沉入分选槽最下部，由斜轮的外隔室提升并从矸石排料口排出。

三产品重介斜提升轮重介分选机入料粒度为6·3~254mm，其处理量不受中煤和矸石的含量影响。三产品分选机，应根据需要，在密度为1300-1900 kg/m3之间，选配两种密度不同的悬浮液，并且能使得界面分明，密度稳定。这样才能精确地分选 出三种产品，从而获得较好的分选效果。 （三）立轮重介质分选机 1、JL型立轮重介质分选机 1）结构

如图6-25所示。 2）分选槽

用钢板制作的焊接件，几何形状规整，相对排矸轮分选槽基本是独立的，故重介质受排矸轮2的干扰较小。分选槽的有效宽度为1800mm，分选槽底部与排矸轮相通。 3）排矸轮

由两套托轮装置9支承，传动是靠安装在两侧

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的棒齿3带动。悬浮液经管道水平给入分选槽内。原煤从给料端进入，浮煤经排煤轮5的刮板从溢流口刮出。沉物由槽底经排矸轮提上，并从矸石溜槽7排出。

立轮重介质分选机规格是以分选槽的槽宽表示，我国自行设计制造的有JL1.8、JL2.0及 JL2.5等。可能偏差E=0.05，数量效率η=99·91%。 2、DISA 型立轮重介质分选机 1）传动

环形皮带 2）介质流形式

水平流、上升流 3）产品

两产品、三产品

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3、TESKA重介质分选机 1）结构

如图6-29所示

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2）介质流方式

水平流、下降流 3）排料

浮煤溢流堰处刮板刮出，沉物下沉至分选槽底部由叶板提升至顶部经溜槽排出。 4）传动

链轮、链条传动

4）提升轮与分选槽间密封

螺栓紧固双重密封。如图6-30

5）优缺点

优点是采用下降介质流的方式保持分选机中悬浮液的稳定，因此如采用较粗的磁铁矿粉 (0·2~0·06mm级占90%)做加重剂时，同样可得到良好的分选效果。避免因粗颗粒物料在分选槽中沉淀而影响提升轮旋转。回收加重剂可用静力法。此外，排放嘴的

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直径根据煤的可选性不同进行调节。易选煤介质循环量少，其排放嘴直径可小些，反之加大。 该机缺点是介质循环量大，提升轮的高度高，需要检修高度也高，因此增加厂房的高度。密封装置所用之橡胶块磨损快。 6）三产品太司卡分选机

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