3.2.3 重选设备
重选设备按其作用力场性质主要有跳汰机、摇床、螺旋选矿机、离心选矿机、水力旋流器及重介质旋流器等。表3-1列出了常用重选设备分选粒度范围及应用的非金属矿物品种。
表3-1 常用重选设备分选粒度范围及应用的非金属矿物品种
3.2.3.1 跳汰机
跳汰机是实现跳汰选矿的工艺设备，跳汰机按推动水流运动方式可分为：①活塞跳汰机；②隔膜跳汰机；③水力鼓动跳汰机；④动筛跳汰机；⑤无活塞跳汰机。活塞跳汰机，活塞漏水，传动效率低；动筛跳汰机，机械传动部分复杂；水力鼓动跳汰机，耗水量过多。这三种机型已很少应用。无活塞跳汰机主要用于大型选煤，现在选矿（非金属矿和金属矿）中应用较多的是隔膜跳汰机。这里主要介绍隔膜式跳汰选矿机。
按隔膜位置不同可分为上动隔膜（旁动）跳汰机、下动圆锥隔膜跳汰机和侧动隔膜跳汰机3种。如图3-3所示为双斗旁动隔膜跳汰机结构示意图。机械本身由机架、传动机构（含隔膜）、跳汰室和角锥形底箱四大部分组成。跳汰室共有两个，给料经第一室选别后再进入第二室选别，每室的水流由设在旁侧的隔膜推动运动。隔膜呈椭圆形，通过周边橡胶与机体连接，将水密封。位于隔膜上方的偏心传动机构通过摇臂带动隔膜上下运动。隔膜室的下方设有筛下补加水管，由阀门控制给水量。其特点是床层比较稳定、选别效果好、维修方便；但占地面积大、电耗高。多用于粗选和精选作业，合适粒度为0.1～2mm。
图3-3 双斗旁动隔膜跳汰机结构示意图
1—橡胶隔膜；2—摇臂；3—分水器；4—传动装置；5—连杆；6—储矿斗；7—跳汰机；8—机架；9—隔膜室；10—排矿活栓
（1）工作原理及过程 传统的跳汰机多为圆周偏心驱动，其跳汰脉动曲线为正弦波形，锥斗的上升和下降速度相等，上升水流和下降水流强度基本相同。新型锯齿波形跳汰机从传动结构上有所改进，使得脉动特性曲线为锯齿波形（即差动形跳汰曲线），可使锥斗快速上升，慢速下降，即压程大，吸程缓慢。压程前半段为加速度上升，后半段为减速上升，吸程则是匀速下降，这种曲线更符合跳汰床层分层规律，有助于床层松散及矿粒按密度分层，可使细粒级中的重矿物颗粒充分沉降，又由于减少对床层的强力吸啜，因此可大幅度减少筛下补给水。这种差动曲线的跳汰机可分选粒级较宽的原料，选别能力强，节约水、电。
（2）结构特点及应用 矿石被连续送至跳汰室的筛板上，形成厚的物料层（或称床层）。通过筛板周期地鼓入上升水流，使床层升起，接着水流下降（或停止上升），在这个过程中，密度不同的颗粒发生相对转移，重矿物进入下层，轻矿物转入上层，分别排出即得精矿和尾矿。跳汰选矿机，常用于重金属矿（如钨矿和锡矿）选矿以及选煤生产。在钛铁矿和金红矿等含钛矿物提纯中为脱除密度小于3g/cm3的脉石矿物，采用跳汰机分选。美国马科公司采用跳汰和浮选工艺选别凿井用重晶石，采用复振式跳汰机处理含BaSO475％、硅砂20％的原矿，冲程25mm，转数252r/min，给矿密度3.8g/cm3，精矿密度4.2g/cm3，尾矿密度3.25g/cm3，精矿回收率60％。国外也有采用跳汰机进行萤石粗选分离石英、方解石等，萤石精矿进一步通过浮选以提高品位。
3.2.3.2 摇床
摇床属于斜面流膜选矿设备。所有摇床均由床面、机架和传动机构三大部分组成，典型结构如图3-4所示。床面呈梯形、菱形或矩形，在横向有1°～5°的倾斜，在倾斜的上方配置给矿槽和给水槽，床面上沿纵向布置床条，其高度自传动端向对侧降低，整个床面由机架支承，在床面一端安装传动装置，传动装置可使床面前进，接近末端时具有急回运动特性，即差动运动。矿物颗粒在摇床面上受到如下几个力的作用：①矿粒在介质中的重力；②横向水流和矿浆流的流体动力作用；③床面差动往复运动的动力；④床面的摩擦力，位于床条沟内的矿料群在这些力的作用下进行着松散分层和运搬分带。
图3-4 摇床的典型结构
1—精矿端；2—冲水槽；3—给矿槽；4—给矿端；5—传动装置；6—机架；7—床面
（1）工作原理及过程 首先矿物粒群在脉动水作用下松散，重矿物颗粒局部压强较大，排挤轻矿物颗粒而进入下层。粒度较小的颗粒，穿过粗颗粒间隙进入同一密度的下部，即析离分层。分层结果：细粒重矿物在最底层，上部是粗粒重矿物并有部分细粒轻矿物混杂，最上部是粗粒轻矿物。矿物粒群进行松散分层的同时，还要受到横向水流的冲洗作用和床面纵向差动摇的推动作用。在纵向上颗粒的运动是由床面运动变向加速度不同而引起的。由传动端开始，床面前进速度逐渐增大，在摩擦力的带动下，颗粒随床面的运动速度也增大，经过运动中点后床面运动速度迅速减小，负向加速度急剧增大，当床面的摩擦力不足以克服颗粒的前进惯性时，颗粒便相对于床面向前滑动。随粒群纵向移动，床条高度降低，位于床条沟内分层矿粒依次被剥离出来，在横向冲洗水流的作用下，粗粒轻矿物横向速度较大，依次为细粒轻矿物、粗粒重矿物、细粒重矿物。如此运搬分带，从而达到轻、重矿物分选的目的。
（2）结构特点及应用 从用途上分有矿砂摇床（处理2～0.074mm粒级）和矿泥摇床（处理<0.074mm粒级）、选矿用及选煤用摇床。依据摇床的床面形式及床头结构、支承方式不同可分为6-S摇床、云锡摇床、CC-2摇床、弹簧摇床及悬挂式多层摇床。摇床床面材质有橡胶、木板、玻璃钢、环氧树脂、生漆面等。表3-2为各种典型摇床的优缺点及应用特性。
表3-2 各种典型摇床的优缺点及应用特性
在非金属矿选矿提纯中，采用摇床单独作业的较少，多在一些联合流程中某段使用，如叶蜡石精选中采用摇床除铁以及石榴石、独居石、海滨砂矿的选矿提纯等。
3.2.3.3 螺旋选矿机
螺旋选矿机是借助在斜槽中流动的水流进行矿物选别的提纯设备，其主体结构为一个3～5圈的螺旋槽，用支架垂直安装，如图3-5所示，槽的断面呈抛物线或椭圆形。
图3-5 螺旋选矿机
1—给矿槽；2—冲洗水导槽；3—螺旋槽；4—连接用法兰盘；5—尾矿槽；6—机架；7—重矿物排出管
（1）工作原理及过程 一定浓度的矿浆自上部给矿槽给入后，在沿槽自上而下的流动过程中，矿物颗粒群在弱紊流作用下松散，按密度发生分层。运动着的矿物颗粒受几个力的作用：流体运动冲力、自身重力、惯性离心力、槽底摩擦力，分层后进入底层的重矿物颗粒受槽底摩擦力影响，运动速度较慢，离心力较小，在槽的横向坡度影响下，趋向槽的外缘。轻、重矿物在螺旋槽的横向展开分带，二次环流不断将矿粒沿槽底输送到外缘，促进分带的发展，最后矿粒运动趋于平衡，分带完成，如图3-6所示。靠内缘运动的重矿物通过排料管排出，轻矿物由槽的末端排出，达到轻、重矿物的分离。
图3-6 轻、重矿物在螺旋选矿机槽面上的分带
（2）结构特点及应用 国外生产的螺旋选矿机基本采用直径为610mm，距径比介于0.42～0.65，最大0.73，材质已由铸铁转为玻璃钢，槽面上涂以聚氨酯耐磨层并掺入石英粉，以增大摩擦系数。我国生产的螺旋选矿机多为铸铁和玻璃钢的椭圆形断面。螺旋选矿机结构简单，无运动部件，容易制造，占地面积小，单位处理量大，工艺指标良好，操作维修简便，适于处理含泥砂少的矿砂，给矿粒度以0.1～2mm为佳。粒度回收下限一般为0.04mm。螺旋选矿多应用于非金属矿的选矿提纯，如碎云母的除铁、大规模独居石、海滨砂的提纯等。美国特雷耳山选厂采用螺旋选矿机回收密度较高的锆英石。选矿过程中，粗选、精选、扫选均采用螺旋选矿机。重选较典型的是铬铁矿的重选提纯，因铬铁矿与伴生的其他矿物密度差较大。美国汉弗莱斯公司选用30台螺旋选矿机，日处理1000t含CrO312％的砂矿，使其和磁铁矿、石榴石、锆石、橄榄石分离，获得含CrO325％的铬铁矿。
3.2.3.4 离心选矿机
离心选矿机是借助离心力的作用使回转流内的矿物颗粒按密度大小分离选矿的提纯设备。离心选矿机有卧式和立式之分，选矿用离心机多为卧式。我国卧式离心机最初是由云锡公司在20世纪60年代研制成功的，经过几十年的研究和改进，其性能有很大提高。如图3-7所示为卧式离心选矿机结构示意图，主要部件为一个圆锥形转鼓4，由内向外直径增大，坡度（半锥角）为3°～5°，转鼓通过锥形底盘5固定在中心轴上，并由电动机12带动旋转。
图3-7 卧式离心选矿机结构示意图
1—给矿斗；2—冲矿嘴；3—上给矿嘴；4—转鼓；5—地盘；6—接矿槽；7—防护罩；8—分矿器；9—皮膜阀；10—三通阀；11—机架；12—电动机；13—下给矿嘴；14—洗涤水嘴；15—电磁铁
（1）工作原理及过程 上给矿嘴3和下给矿嘴13伸入到转鼓内，矿浆由给矿嘴喷出顺切线方向附着在转鼓壁上，随着转鼓旋转的同时，沿鼓壁的斜面流动，形成在空间的螺旋形运动轨迹。此时的矿浆流为一弱紊流流膜，当离心力大小适当时可形成足够的流变层厚度和合适的速度梯度，矿物颗粒在流变层内发生有效分层，矿粒群借助切变运动产生的层间斥力松散，轻、重矿物依自身的局部压强不同相对移动，重矿物转入底层，轻矿物进入上层。进入底层的重矿物即附着在鼓壁上较少移动，轻矿物则在脉动速度作用下悬浮，其矿浆流通过转鼓与底盘间的缝隙随较高的轴向流速排出。当重矿物沉到一定厚度时，停止给矿，由冲矿嘴2给入高压水，冲洗沉积的重矿物，实现了重、轻矿物分离。离心选矿机属间断性作业设备，但给矿、冲洗水和重矿物、轻矿物排出过程是自动进行的。离心选矿机按转动鼓数分为单转鼓和双转鼓两种，按转鼓锥度分为单锥度、双锥度和三锥度三种。
SL型连续排矿射流离心选矿机是我国研制的新一代离心矿泥重选设备。该机由离心沉降力、拜格诺力和强冲击力联合力场形成独特的射流流膜选矿过程，对微细和超细粒物料有特殊分选效果，矿浆切面给入转鼓表面，由于离心力较大，迅速在转鼓表面形成环带分布，借助高压水射流的冲击，转鼓表面可形成动态水力堰，瞬间产生沉积、松散、再沉积、再松散的离心流膜动态过程，确保了微细粒矿物的分选回收，并推动重矿物逆坡上行，轻矿物翻过水力堰顺坡下行，实现同时反方向连续排矿。这种离心选矿机的转鼓内径有300mm、600mm和1200mm三种规格，可分离细度小于10μm的矿泥。
（2）结构特点及应用 结构简单、分选效率高、单位面积处理量大、回收下限粒度低（达10μm）。缺点是精矿富集比低、耗水量大、水压要求高、常需配备精选作业设备。离心选矿机在一些矿物如长石、石英、硅藻土等矿物的脱泥中得到了应用。
3.2.3.5 重介质选矿机
矿物粒群在相对密度大于1的介质中按其密度值的不同而分离的选矿方法为重介质选矿，其配套的设备为重介质选矿机，介质多采用重液或重悬浮液，其介质密度应介于矿石中轻矿物与重矿物两者的密度之间，即δ2>ρ>δ1。这样轻矿物颗粒即不再沉降，重矿物颗粒则可下沉，从而实现按密度分离，其分选过程完全属于静力作用过程。
重介质选矿设备有动态和静态两类。动态有重介质旋流器、重介质涡流旋流器和重介质振动溜槽等；静态有鼓形重介质分选机和圆锥形重介质分选机等。重介质选矿设备用于重选，主要是重介质旋流器、鼓形或圆锥形重介质选矿机等。
（1）工作原理及过程 重介质旋流器结构和普通水力旋流器基本相同，只是以重介质代替水介质，其结构如图3-8所示。主要由一个空心圆柱体1和圆锥体2连接而成，圆柱体中心插入一个溢流管5，沿切线方向接有给矿管3，圆锥体下部有沉砂口4。矿石连同重悬浮液以一定的压力给入旋流器，在回转运动中矿物颗粒依自身密度不同分布在重悬浮液相应的密度层内。在重介质旋流器内存在一个轴向零速包络面，包络面内悬浮液密度小，在向上流动中随之将轻矿物带出，在向下作用回转过程中由沉砂口排出。整个包络面自上而下密度增大，故位于上部包络面外的矿粒在向下运动中受悬浮液密度逐渐增大的影响不断得到分选，即密度低者又被推入包络面内，从上部排出。
图3-8 重介质旋流器结构示意图
1—柱体；2—锥体；3—给矿管；4—沉砂口；5—溢流管；6—溢流口
（2）结构特点及应用 分选粒度粗，处理能力大，对给矿变化的适应性强，选矿指标较高，选矿费用较低。缺点是矿石入选前需要洗矿或筛分，除去矿泥及细粒等，要配备介质制备及净化回收系统。重介质洗矿机在非金属矿的应用较多，涉及的矿物有石灰石、白云石、长石、红柱石、菱镁矿等，如美国凯泽公司以硅铁作为加重剂采用重介质选矿机回收作为尾矿的白云石资源，在分选密度为2.76kg/dm3、分离粒度为12～15mm条件下，进行白云石和方解石的分离，结果分别回收了含MgO 21.01％、CaO 30.56％的重产品和含MgO 2.14％、CaO57.22％的轻产品。南非特兰斯瓦尔公司采用圆锥重介质选矿机提纯红柱石（密度为3.15kg/dm3），脉石为石英（密度为2.75kg/dm3），给矿粒度为0.6～3.3mm，以硅铁为重介质，设备为ф1500mm圆锥重介质选矿机，分选密度为2.95kg/dm3，结果红柱石作为沉砂被提纯回收，石英作为浮物脱除。另外在菱镁矿的粗选阶段也有采用重介质选矿机分选的，即准确控制介质密度，进行菱镁矿和白云石的分离。