在一定的介質或介質流中(主要是水),按礦物原料顆粒的比重差異進行選別的過程。主要用於選別有用礦物與脈石有較大比重差的礦物原料,如鎢、錫礦及金礦等。對於煤,重選是最主要的選煤方法。優點是:①生產成本低廉。②可處理的物料粒度範圍寬,粗的可達幾百毫米,細的可至0.02mm。③對環境污染少,產品易於脫水。但對小於0.1mm的礦石和0.5mm的煤,選礦效率和設備處理能力都較低。

  按所用介質不同,重選分:①風力選,以空氣為介質;②水水力選,以水為介質;③重介質選,以重液或重懸浮液為介質。風力選主要用於選別石棉、白堊、膨潤土、某些稀有金屬礦石和在缺水地區選煤。

  用重選法分選礦物的難易度可表達為,

e為分選難易度,δ 2、δ 1ρ分別為密度高、密度低的礦物和介質的比重。 e值大致按下表判別。 ρ<δ 2時,增大介質的比重 ρ,可降低重選的難度。

  用重選法處理礦物原料時,一般先將物料用篩分或水力分級的方法,按粒度分成若幹級別,然後用適於處理各該粒度級別物料的重選設備選別,構成分級入選的工藝流程。選煤時往往不分級而將原煤直接入選。

  發展簡史 古代,就用重選法從砂裡淘金。明《天工開物》中記載有分選鐵礦砂和錫礦砂的淘洗盤。1848年在德國出現瞭第一臺機械傳動活塞跳汰機,1893年美國威爾弗利(A.Wilfley)發明搖床。1921年應用重介質分選機選別塊煤。1943年美國用漢弗萊斯(I.B.Humph-reys) 研制的螺旋選礦機從海濱砂礦中回收鉻礦。60年代研制成賴克特圓錐選礦機,中國的離心選礦機和40層搖動翻床等礦泥選別設備。重選發展的特點是:①能處理的物料由塊體、粗粒向細粒、礦泥擴展。目前重選已能選別20μm的礦石;②除重力外還引入瞭其他作用力,以強化重選過程;如離心選礦機與搖動翻床中分別加上離心力與剪切力,使礦泥的選別效率得以提高;③設備的大型化、多層化。理論研究隨著生產的發展而開展。18世紀牛頓和1851年斯托克斯(G.G.Stokes) 提出的運動阻力公式是重力選礦的基礎;1867年奧地利雷廷格爾(P.R.von Rittinger)提出等降現象,導致窄級別入選。20世紀早期美國裡恰茲(R.H.Richards)及蘇聯利亞先科(П.Β.Лященко)對於幹涉沉降進行瞭系統的研究。20世紀50年代德國麥爾(F.W.Mayer)提出跳汰分層的勢能假說。這些都標志著重選日益從工藝實踐發展成工程學科。20世紀50年代英國巴格諾爾德(R.A.Bagnold)關於礦漿受剪切時在與剪切相垂直的方向將產生分散壓的理論,促進瞭礦泥選別設備的發展。

  重選工藝 可分為重介質選、跳汰選、搖床選、溜槽選、離心選等過程。他們的適宜給礦粒度見表:

重選工藝的適宜給礦粒度表

  跳汰選 利用垂直交變水流使物料松散,達到按比重分層與選別的過程。跳汰機的基本組成部分是跳汰室,室內置有篩網。水與礦粒的混合物從一端給入跳汰室的篩網上,礦粒在垂直交變水流的作用下運動,交替發生松散和緊密,最後按自身比重差分層。比重小的產品在上層隨礦漿流由上部排出;比重大的產品在下層由下部排出。跳汰機種類繁多,選礦用跳汰機多借隔膜的往復運動引起水流的交變運動,形成有利於分層的鋸齒形運動曲線。無活塞跳汰機用壓縮空氣使水作上下運動。主要有鮑姆型及新型的篩下空氣室型,多用於選煤,少數情況也用於選礦。水流的脈動波形是影響跳汰過程的重要因素。由於物料的粒度對按比重分層有一定影響,故有時將礦石篩分成窄級別分別入選。跳汰機的主要操作參數為水流的沖次、沖程、篩下補給水量、給料量和給料濃度以及床石的比重、粒度和厚度等。跳汰機單位面積處理能力大、設備結構簡單、操作和維修容易。隨著選礦規模的擴大,跳汰機趨向大型化。選礦用圓形跳汰機(圖1)的跳汰室直徑達7.5m,面積達42m2。選煤用無活塞跳汰機的跳汰室面積已達35m2

  搖床選 搖床由帶有床條或溝槽的橫向傾斜床面和傳動機構組成。傳動機構使床面沿縱向作不對稱往復運動。床面上的礦粒在機械振動、礦漿橫向流和床條間渦流的聯合作用下松散、析離、分層、分帶。上層礦粒比重小、粒度大,下層礦粒比重大、粒度小,上層礦漿流速快,故礦粒橫向移動也較快;下層礦漿流速小,其中的礦粒因與床面摩擦受機械搬運力大,縱向移動速度大;不同粒度和比重的礦粒便由於在床面上運動軌跡不同而分離。搖床主要結構參數為傳動機構的運動特性、床面和床條形狀、尺寸與佈置方式。主要操作參數是床面的沖次、沖程、橫向傾角、沖洗水量、給礦量和給礦濃度等。通常,對細粒給礦用小沖程、高沖次和低床條;反之采用大沖程、低沖次和高床條。搖床的選別效率高,尤其是富集比高,可得多種產品;但是設備單位面積處理量小。為節省占地面積,50年代以來出現瞭各式多層搖床,其中懸掛式多層搖床(圖2)優於座落式。

  溜槽選 借助在傾斜槽中流動的水流進行物料選別的過程。礦粒在重力、摩擦力、水流動壓力、剪切力及擋條阻力(槽面上有擋條時)等聯合作用下,松散、分層,達到按比重分選。根據處理物料的粒度分為:①粗粒溜槽(給礦粒度通常為2~3mm,最大可達100mm以上),有固定式及帶式,用於選別砂金、砂錫及鎢礦等;②礦砂溜槽(給礦粒度2~0.074mm)。溜槽類型較多,常用的有下列幾種。

  ① 帶式溜槽 主要部分為一無極的平膠帶,帶面與水平作13°~17°傾斜,由傳動輪帶動低速運轉。礦漿給至離傳動輪一定距離處。比重大的礦粒沉至帶面隨膠帶向上運動;在傳動輪附近用沖洗水將混雜的脈石顆粒洗出,由頂端排出;比重小的礦粒隨礦漿流向下流動,由尾端排出。

  ② 尖縮溜槽(又稱扇形溜槽)與圓錐選礦機 尖縮溜槽槽長約1m,給礦端寬125~1400mm,向排礦端逐漸尖縮至25~9mm左右,槽面作16°~20°傾斜放置。含固體重量50~65%的礦漿由上端給入,向下流動時,隨槽面變窄礦漿層逐漸增厚,礦粒在流動中按比重分層,由分離隔板分離開。圓錐選礦機由尖縮溜槽演變而成。礦漿由中心給入正置的給礦錐,沿錐面向底部周緣流動,抵周緣後垂直下落至倒置的選別錐(一層或兩層)。隨礦漿由周緣向中心流動,選別錐表面逐漸縮小,礦漿層逐漸變厚,礦粒在流動過程中按比重分層,由中心處的分割器將輕、重產品分離開。圓錐選礦機直徑通常為2m,最近出現直徑3m的新設備,一般為多層重疊配置。一次可完成粗、精、掃多段選別。圓錐選礦機主要特點是處理能力大,每臺設備達60~100t/h(直徑2m)及200~300t/h(直徑3m);投資和生產費用均較低,推廣迅速;但要求給礦濃度高。一般為55~70%(固體重量),且波動范圍不大於 ±2%。適於選別粒度均勻、含泥少的物料,尤其是海濱砂礦(圖3)。

  ③ 搖動翻床 又名巴特萊斯-莫茲裡翻床,是選別細泥的有效設備。由40層玻璃鋼平板組成床面,懸吊式。傳動機構由直流電機和一不平衡重塊組成,使床面作平面圓運動。床面與水平作1°~3°傾斜,床面上礦漿受連續剪切作用,沿緩傾斜床面徐徐向下流動,借重力及剪切力引起的層間斥力,使礦粒按比重分選,比重大的礦粒沉落在床面上,工作一段時間後,停止給礦,床面向另一方向傾斜,比重大的礦粒被水沖出。

  此外,還有橫流帶式溜槽、五層自動翻床和逆流洗煤槽等。

  ④ 螺旋選礦機與螺旋溜槽 是由螺旋形斜槽組成(圖4)。

圖4 螺旋溜槽

礦漿由頂端給入。自上而下繞中心軸旋轉流動。礦粒在重力、液流動力、離心力、摩擦力和沿內圈給入的沖洗水的聯合作用下各自沿不同的軌跡運動,比重大的礦物顆粒繞裡圈回轉;比重小的礦物顆粒則進入外圈。在不同位置分別接出,即可得不同產品。螺旋選礦機橫載面形式多為橢圓的1/4周,適於選別2~0.07mm的礦粒;螺旋溜槽的斷面為立方拋物線形,適於選別0.3~0.02mm的礦粒。螺旋選礦機和螺旋溜槽基建投資少,能耗低,設備簡單可靠,操作容易,富集比高,可以得到多種產品。但必須均勻給礦。為減少占地面積,60年代又出現將多個螺旋槽重疊在一起的多頭螺旋選礦機與螺旋溜槽。

  離心選礦 利用離心力強化、按比重選別的過程,1964年中國雲南錫業公司創制瞭離心選礦機,可選別74~10μm的礦粒,單位面積處理能力達0.8t/(m2·h),已廣泛用於中國錫礦、鎢礦和赤鐵礦選別。多用作粗選。