选矿工艺与设备的概论

  选矿工艺技术与选矿设备的发展是同步的，设备的技术水平不仅是工艺水平的最好体现，其生产技术状态也直接影响着生产过程、产品的质量和数量以及综合经济效益。

  1 粉碎工艺与设备
  粉碎是大块物料在机械力作用下粒度变小的过程。粉碎是矿物加工过程的重要环节。粉碎可分为四个阶段：破碎、磨矿、超细粉碎、超微粉碎。粉碎过程是高能耗的作业，粉碎过程的基本原则是“多碎少磨”。
1.1 破碎流程

 （1）一段破碎流程。一段破碎流程一般用来为自磨机提供合适的给料，常与自磨机构成系统。该工艺流程简单，设备少，厂房占地面积小。

（2）两段破碎流程。该流程多为小型厂采用。

  (3) 三段破碎流程。该流程的基本形式有三段开路和三段一闭路两种。
（4）带洗矿作业的破碎流程。当给料含泥（-3mm)量超过5%~10%和含水大于5%~8%时，应在破碎流程中增加洗矿作业。

  1.2 磨矿分级工艺流程

 （1）球磨、棒磨流程

  对选矿而言，采用一段或两段磨矿，便可经济地把矿石磨至选矿所需要的任何粒度。两段以上的磨矿，通常是由进行阶段选别的要求决定的。

  一段和两段流程相比较，一段磨矿流程的主要优点是：设备少，投资低，操作简单，不会因一个磨矿段停机影响到另一磨矿段的工作，停工损失少。但磨机的给矿粒度范围宽，合理装球困难，不易得到较细的最终产物，磨矿效益低。当要求最终产物最大粒度为0.2~0.15mm（即60%~79%-200目），一般都采用一段磨矿流程。小型工厂，为简化流程和设备配置，当磨矿细度要求80%—200目时，也可用一段磨矿流程。                        

  两段磨矿的突出优点是能够得到较细的产品，能在不同磨矿段进行粗磨和细磨，特别适用于阶段处理。在大、中型工厂，当要求磨矿细度小于0.15mm(即80%-200目），采用两段磨矿较经济，且产品粒度组成均匀，过粉碎现象少。根据第一段磨机与分级机连接方式不同，两段磨矿流程可分为三种类型：第一段开路；第二段全闭路；第一段局部闭路，第二段总是闭路工作的磨矿流程。

 （2）自磨流程

  自磨工艺有干磨和湿磨两种。选矿厂多采用湿磨。为了解决自磨中的难磨粒子问题，提高磨矿效率，在自磨机中加入少量钢球，这时称为半自磨。

  自磨常与细碎、球磨、砾磨等破磨设备联合工作，根据其联结方式可组成很多种工艺流程。

  1.3 破碎筛分设备

  现在工业中应用的破碎设备种类繁多，其分类方法也有多种。破碎设备可按工作原理和结构特征划分为：颚式破碎机、圆锥破碎机、辊式破碎机、冲击式破碎机和磨碎机等。

  (1)颚式破碎机

  颚式破碎机破碎工作是靠动颚板周期地压向固定颚板，将夹在两颚板之间的物料压碎。

  按照动颚运动的轨迹，可分为简单摆颚式破碎机与复杂摆动颚式破碎机。颚式破碎机俗称"老虎口"，是历史悠久的破碎机之一，至今仍是破碎硬物料最有效的设备。

  (2)圆锥破碎机

  圆锥破碎机是借助于旋摆运动的圆锥面，周期地靠近固定锥面，使夹于两个锥面产品物料受到挤压和弯曲而破碎。它可以分为用于粗碎的旋回破碎机和用于中细碎的圆锥破碎机。

  （3）辊式破碎机

  辊式破碎机的工作部分是两个相对回转的辊子。辊子表面可以带齿牙，称为齿辊式破碎机。它以劈裂破碎为主兼有挤压的断破碎。按齿辊数目又可分为单齿辊、双齿辊与多齿辊破获碎机。

  （4）冲击式破碎机

  锤式破碎机和反击式破碎机都是冲击式破碎机。这种破碎机，有一个高速旋转的转子，上面装有冲击锤，当物料进入破碎机后，被高速旋转的锤子击碎或从高速旋转的转子获得能量，高速抛向破碎机壁或特设的硬板而被击碎。

  （5）磨碎机 

  磨碎机是一个两端带有中空轴颈的空心圆柱筒，物料从圆筒一端进入，产物从另一端排出。筒内装有磨碎介质（钢球、钢棒或砾石），根据磨碎介质的不同，磨碎机分为球磨机、棒磨机或砾磨机。筒体转动时将介质带到一定高度而下落，对物料产生冲击与磨剥作用，使物料粉碎。

  将颗粒大小不同的混合物料，通过单层或多层筛子而分成若干个不同粒度级别的过程称为筛分。筛分设备有固定筛、惯性振动筛、自定中心振动筛、重型振动筛、共振筛、直线振动筛。

  （1）固定筛

   固定筛是由平行排列的钢条或钢棒组成，钢条和钢棒称为格条，格条借横杆联结在一起，格条间的缝隙大小即为筛孔尺寸。固定筛分为格筛和条筛两种。

  （2）惯性振动筛

  振动筛是工业中普遍采用的一种筛子，应用范围广，适用于中、细碎的预先和检查筛分。根据筛框运动轨迹特点，可分为圆运动振动筛和直线振动运动筛两类。前者包括单轴惯性振动筛、自定中心振动筛和重型振动筛；后者包括双轴惯性振动筛和共振筛，按筛网层数还可以分为单层筛和双层筛两类。

  （3）自定中心振动筛

  自定中心振动筛适用于大、中型厂的中、细粒物料筛分。国产自定中心筛的型号为SZZ，根据筛层数不同分为SZZ1（单层）和SZZ2（双层）。一般为吊式筛，但也有座式筛。

 （4）重型振动筛

  重型振动筛的原理与自定中心振动筛相似，但振动器的主轴完全不偏心，而以皮带轮的轴孔偏心来达到运转时自定中心的目的。重型振动筛结构比较坚固，能承受较大的冲击负荷，适用于筛分大块度、相对密度大的物料，最大给料可达350mm。主要用于中碎前作预先筛分，此外，对含水、含泥量高的物料，可在中碎前进行预先筛分及洗矿，筛上物入中碎机，筛下物进入洗矿脱泥系统。

 （5）共振筛

  共振筛也称弹性连杆式振动筛，振幅大，筛分效率高，处理能力大，电耗小，结构紧凑。但制造工艺复杂，机器质量大，振幅难稳定，调整比较复杂，橡胶弹簧容易老化。

  （6）直线振动筛

  直线振动筛的振动力大，振幅大，振动强烈，筛分效率高，生产率大，可筛分粗块物料。由于水平安装，安装高度小，直线往返运动，对脱水、脱泥和重介质选矿脱介质有利。但结构比较复杂，两根轴的旋转速度高，故制造和润滑要求高，振动不易调整。

1.4磨矿分级设备

  选矿厂中广泛使用的磨矿设备是球磨机和棒磨机。在球磨机中，目前只有格子型及溢流型被采用。锥型球磨机因其生产率低，现己不制造，但个别旧选矿厂仍沿用着。球磨机和棒磨机的规格以简体内径D和筒体长度L表示。

  （1）格子型球磨机

  各种规格子型球磨机的构造基本相同，球磨机的筒体用厚约18～36毫米的钢板卷制焊成，它的两端焊有铸钢制的法兰盘 ，筒体内装有衬板，用锰钢、铬钢、耐磨铸铁或橡胶等材料制成，其中高锰钢应用较广，使用橡胶尚处于试制阶段。衬板厚约50～130毫米，与筒壳之间有10～14毫米的间隙， 用胶合板、石棉垫、或塑料极或橡皮铺在其中，用来减缓钢球对简体的冲击。

  （2）溢流型球磨机

  溢流型球磨机因其排矿是靠矿桨本身高过中空轴的下边缘而自流溢出，无需另外装设沉重的格子板。此外，为防止球磨机内小球和粗粒矿块同矿浆一起排出，故在中空轴颈衬套的内表面镶有反螺旋叶片。

 （3）棒磨机 

  目前选矿厂使用的棒磨机，只有溢流型和开口型两种，前者用得较普遍，后者现已停止制造。棒磨机的构造与溢流型球磨机大致相同。所用磨矿介质为长圆棒。

 （4）离心磨

  离心磨是一种新型的高效率超细密设备，它分为竖式和卧式两种。根据管的数目，前者又可分为单管和三管(行星式)离心磨。

 （5）振动磨矿机 

  振动磨是在高频下工作，而高频振动易使物料生成裂缝，且能在裂缝中产生相当高的应力集中，故它能有效地进行超细磨。但此种机械的弹簧易于疲劳而破坏，衬板消耗也较大，所用的振幅较小，给矿不宜过粗，而且要求均匀加入，故通常适用于将1～2毫米的物料磨至85～5微米(干磨)或5～0.1微米(湿磨)。

 （6）喷射磨矿机 

  喷射磨是一种把物料的细磨与分级、干燥等作业相综合的新型干磨设备。主要用在化工和建筑材料工业，但最近有用于磨矿的趋势。喷射磨的工作情况是：用高温压缩空气，或过热蒸气，或其他预热气体作介质。用含铁石英岩的喷射磨产品经磁选后的选别指标，和球磨机的及砾磨机的相比较，精矿品位约高2～3％，铁的回收率约高2～15％。

   (7) 螺旋分级机

  螺旋分级机是与湿法球磨机配套的设备与球磨机共同完成磨碎与分级。其规格用直径表示，根据螺旋个数可分为单螺旋分级机和双螺旋分级机。按分液面的高低，其又可分为高堰式、浸入式和低堰式。

 （8）水力旋流器

  水力旋流器的上部呈圆柱形，下部呈圆锥形，圆柱体的中央插入一根溢流管，上部外侧有一与其相切的进浆管。水力旋流器在我国选矿厂已有多年的应用实践,主要用于细粒级的分级、矿浆浓缩、脱泥脱水等。

2 重选工艺与设备

  在过去30年,环境意识不断增强。成本和最大回收率不再是工厂设计仅有的考虑。效率、有效的和环境允许的工艺,加之了解了最大回收率不一定导致最佳经济效益是今天的考虑。重选不受颗粒粗度的限制,假定矿物间充分解离,尾矿就能在尽可能粗的情况下排除,从而减少了磨矿能的需要。另外,重选不需要药剂。由于尾矿的排放和废物的净化被简化,不仅降低了主成本,而且降低了环境成本。

 2.1 重选工艺

  矿石的重选流程是由一系列连续的作业组成。作业的性质可分成准备作业、选别作业、产品处理作业三个部分。
（1）准备作业，包括a:为使有用矿物单体解离而进行的破碎与磨矿；b:多胶性的或含黏土多的矿石进行洗矿和脱泥；c:采用筛分或水力分级方法对入选矿石按粒度分级。矿石分级后分别入选，有利于选择操作条件，提高分选效率。
（2）选别作业，是矿石的分选的主体环节。选别流程有简有繁，简单的由单元作业组成，如重介质分选。
（3）产品处理作业，主要指精矿脱水、尾矿输送和堆存。

2.2  重选设备

   处理现代矿物, 所需的设备必须要具备以下几个特点: (1) 处理量大, 现代的矿物处理客观上要求以规模效应来创造效益。(2) 对微细粒级效果显著, 特别是对- 01037 mm 粒级要效果明显, 原有设备基本上能保证+ 01037 mm 粒级的回收。(3)富集比较高, 选别指标好。(4) 功耗低。(5) 结构简单, 便于维护。重选设备有水力分级的云锡式分级箱、分泥斗，重介质分选的圆锥形重介质分选机、重介质振动溜槽、重介质旋流器、斜轮重介质分选机，跳汰机，溜槽分选机，摇床，涡流分选机，光电分选机等。

3 磁电选工艺与设备

  磁选：基于矿物间磁性差异，在不均匀磁场中实现矿物之间分离的一种选矿方法

 目前，国内外使用的磁选机种类很多，分类方法不一。
（l）按磁选机的磁源可分为永磁磁选机与电磁磁选机；
（2）根据磁场强弱可分为：弱磁场磁选机，中磁场磁选机，强磁场磁选机；
（3）按选别过程的介质可分为干式磁选机与湿式磁选机；
（4）按磁场类型可分为恒定磁场、脉动磁场和交变磁场磁选机；
（5）按机体外形结构分为带式磁选机、筒式磁选机、辊式磁选机、盘式磁选机、环式磁选机、笼式磁选机和滑轮式磁选机。
 

  3.1 磁选工艺应用

    用途：黑色金属矿选矿――铁矿石磁选；有色和稀有金属矿精选――钨锡分离、铜钼分离、铜铅分离；重介质选矿中磁性重介质的磁选回收；非金属矿物原料选矿中除去含铁杂质――高岭土除铁；废水处理。
 (1) 磁铁矿的弱磁选
  我国鞍山钢铁公司大孤山铁矿所处理的矿石为鞍山式贫磁铁矿，原矿含铁量30%~40%，sio2含量42%~46%。采用的原则流程为阶段磨矿阶段选别流程，选别设备是永磁式磁力脱泥槽和永磁筒式磁选机。
(2)赤铁矿、镜铁矿、菱铁矿的还原焙烧--弱磁选，强磁选用于锰铁矿，黑钨粗精矿和锆英石粗精矿，钛铁矿，高领土和煤等。

  3.2 电选工艺

  电选是以带不同电荷的矿物和物料在外电场作用下发生分离为理论基础的。电选法应用物料固有的不同摩擦带电性质、电导率和介电性质。因为静电力与颗粒表面电荷大小和电场强度成正比,所以静电力对细的、片状的轻颗粒影响大些。因此,颗粒可以得到有效的分离。

  电选过程的工业应用可细分为几类:
 1) 矿物和煤的分选(选矿和选煤部门) 
 2) 食物提纯(食品业) 
 3) 废料处理(废料管理) 
 4) 静电分级(根据粒度和形状将固体分类) 
 5) 静电沉积(从固体中除去粒状污染物质或从气体中除去液体)。

  3.3 磁选设备

 （1）湿式弱磁场永磁筒式磁选机
     这种磁选机主要用于分选强磁性物料。

 （2）电磁磁滑轮
    设备由沿物料运行方向极性交变或极性单一的多极磁系组成。电磁磁滑轮的磁感应强度可达0．1～0．15T，给矿粒度10～100mm。滑轮的尺寸为￠×L（600～1000）×（1700～2400）mm。它在选矿厂中的作用和永磁磁滑轮相同。

  （3）永磁筒式磁选机

  设备结构:它的主要部分由滚筒和磁系构成。磁系和磁场特性：磁系为锶铁氧体.应用：细粒强磁性矿物粒的干选，磁性材料的提纯，粉状物料中排除磁性杂质。

  （4）湿式弱磁磁选机
设备由圆筒、磁系、槽体等三个主要部分组成。

  （5）超导高梯度磁选机
设备结构：周期式的超导高梯度磁选机是一台设超导磁滤器。主要部分是超导线圈、制冷机构、分选机构、给矿机构等。该超导磁法器可作为：
1）磁分离过程基础研究的实验室装置；
2）模拟大型装置操作条件的中间试验之用；
3）小规模生产用。
3.4 电选设备
电选设备是以施加到临时带电颗粒上的静电力为基础的。电选机的设计是以矿物带电机理为依据的。根据带电机理,电选机可分为以下3类:
1) 自由落体静电电选机(接触带电和摩擦带电);
2) 高压电选机(电晕带电);
3) 接触电选机(感应带电)。
(1)接触或摩擦带电电选机(自由落体电选机)

   在这种电选机中,颗粒之间或与第三种材料(如容器、给料器、溜槽或喷嘴的壁) 接触或摩擦而获得电荷。这些颗粒然后进入电场中,根据它们的极化和所带电荷多少而发生分离。

(2)传导感应带电电选机

  当颗粒与传导电极接触时,在电场中可将导体与非导体分离开,这就是传导电选机的依据。当有高压电场存在时,不同颗粒与接地导体接触,可以发生传导感应带电。通常通过传导,导体颗粒迅速带电,而绝缘颗粒带电的速度要慢得多,从而使导体颗粒与绝缘颗粒分开。

4 浮选工艺与设备

  浮选即泡沫浮选，是根据矿物表面物理化学性质的不同来分选矿物的选矿方法。
4.1 浮选工艺
   在浮选过程中，矿物的沉浮几乎与矿物密度无关。比如黄铜矿与石英，前者密度为4.2，后者为2.68,可是重矿物的黄铜矿很容易上浮，石英反而沉在底部。经研究发现矿物的可浮性与其对水的亲和力大小有关，凡是与水亲和力大，容易被水润湿的矿物，难于附着在气泡上难浮。而与水亲和力小，不易被水润湿的矿物，容易上浮。因此可以说，浮选是以矿物被水润湿性不同为基础的选矿方法。一般把矿物易浮与难浮的性质称为矿物的可浮性。浮选就是利用矿物的可浮性的差异来分选矿物的。在现代浮选过程中，浮选药剂的应用尤其重要，因为经浮选药剂处理后，可以改变矿物的可浮性，使要浮的矿物能选择性地附着于气泡，从而达到选矿的目的。

   浮选与其他选矿方法一样，要做好选别前的物料准备工作，即矿石要经过磨矿分级，达到适宜于浮选的浓度细度。此外，浮选还有以下几个基本作业：
一、矿浆的调整与浮选药剂的加入

  其目的是要造成矿物表面性质的差别，即改变矿物表面的润湿性，调节矿物表面的选择性，使有的矿物粒子能附着于气饱,而有的则不能附着于气泡。

二、搅伴并造成大量气泡
  借助于浮选机的充气搅拌作用，导致矿浆中空气弥散而形成大量气泡，或促使溶于矿浆中的空气形成微饱析出。

三、气泡的矿化
  矿粒向气泡选择性地附着，这是浮选过程中最基本的行为。 

四、矿化泡沫层的形成与刮出
  矿化气泡由浮选槽下部上升到矿浆面形成矿化饱沫层，有用矿物富集到泡沫中，将其刮出而成为精矿（中矿）产品。而非目的矿物则留在浮选槽内，从而达到分选的目的。通常浮选作业浮起的矿物是有用矿物，这样的浮选过程称之为正浮选，反之，浮起的矿物为脉石，则称之为反浮选（或称逆浮选）。

  浮选工艺是一个较复杂的矿石处理过程，其影响因素可分为不可调节因素（原矿性质和生产用水的水质）和可调节因素（浮选流程、磨矿细度、矿浆浓度、矿浆酸碱度、浮选药剂制度）。

4.2 浮选设备
   为了实现矿粒之间的分离，矿物表面必须具有不同的润湿性，又有数量和质量满足需要的泡沫，还应有合适的机械设备，使它们分成性质和质量各不相同的产品，这些设备就是浮选机。浮选机是实现浮选过程的重要设备。浮选效果的好坏，除药剂、工艺流程的影响外，浮选机性能的优劣有着相当大的关系。为此，各国在改进和发展浮选机方面都做了相当多的工作。
浮选机类型：机械搅拌式浮选机、充气式浮选机、混合式浮选机或充气搅拌式浮选机 、气体析出式浮选机 。
（1）机械搅拌式浮选机
    机械搅拌式浮选机的特点：矿浆的充气和搅拌都是由机械搅拌器来实现的，属于外气自吸式浮选机，充气搅拌器具有类似泵的抽吸特性,既自吸空气又自吸矿浆。
XJK 浮选机（俗称A型）其特点是：
第一、盖板上安装了18～20个导向叶片 。
第二、叶轮、盖板、垂直轴、进气管、轴承、皮带轮等装配成－个整体部件。
第三、槽子周围装设了一圈直立的翅板，阻止矿浆产生涡流。 
（2）充气搅拌式式浮选机
其特点是：1、充气量易于单独调节2、机械搅拌器磨损小3、选别指标较好4、功率消耗低
丹佛型浮选机：1〉有效充气量大；2〉槽内形成一个矿浆上升流。 
（3）充气式浮选机
  充气式浮选机：1、结构特点:无机械搅拌器无传动部件 2、充气特点：充气器充气，气泡大小由充气器结构调整3、 气泡与矿浆混合特点：逆流混合。用途：处理组成简单、品位较高、易选矿石的粗、扫选
浮选柱：结构简单、占地面积小、维修方便、操作容易、节省动力。
（4）气体析出式浮选机
气体析出式浮选机主要用于细粒矿物浮选和含油废水的脱油浮选。

5 结论
  选矿技术的发展很大程度上是与选矿工艺的改进和选矿设备的发展息息相关的。我国有色金属矿产资源富矿少，贫矿多；粗颗粒少，细颗粒多；单一矿少，共生矿多。为了充分利用这些“贫、细、杂”的矿产资源，实现矿业的可持续发展，必须大力开发选矿工艺，如重选、磁电选、浮选、重介质预选等相互联合的各种联合选矿工艺。在选矿设备上，保证设备取得优良选别效果和独具中国特色。