3.2.4 浮选设备
浮选机是实现浮选分离工艺的主要设备，经磨矿单体解离的矿物，调浆、调药后，进入浮选机，进行充气、搅拌，使已受捕收剂作用的目的矿物颗粒向气泡附着，在矿浆面上形成矿化泡沫层，用刮板刮出呈泡沫状产品，未上浮矿物由底流排走，达到浮选分离。浮选机结构性能是影响浮选指标的重要因素之一。浮选机必须能够向矿浆中充入或压入足量的空气，使它充分弥散成大小合适、均匀分布的气泡。充气量越大，空气弥散越好，气泡分布越均匀，则矿粒与气泡接触碰撞的机会也越多。浮选机还应确保槽内矿浆受到强烈而均匀的搅拌以使矿粒悬浮并均匀分布。泡沫的矿化及泡沫区形成是浮选提纯工艺的重要一环，既可使目的矿物浮游，也可使一部分夹杂的脉石从泡沫中脱落，所以矿浆表面应当保证能够形成比较平稳的泡沫区。同时，泡沫矿物的获取、非泡沫产物的排除及原矿的给入应当保持连续均匀。浮选机处理能力、充气性能、动力消耗、操作、运转、维修等，是评价浮选机性能好坏的技术标准。浮选机依据充气和搅拌方式不同，可分为以下4大类。
（1）机械搅拌式浮选机 矿浆的充气和搅拌都是由叶轮及定子组成的机械搅拌装置完成的，属外部气体自吸式，即在浮选槽下部的机械搅拌装置附近吸入空气，其特点是空气和矿浆可自吸，中矿返回以实现自流，辅助设备少，设备配置整齐，操作维修简单，但充气量较小，电耗高，磨损较大。这类浮选机依据机械搅拌装置的形式，有几种不同型号，如XJ型、XJQ（JJF）、BS-M（维姆科型）、SF型、XJZ型（XJ改进型）及XJB型（棒型）等。
（2）充气搅拌式浮选机 这类机型既装有机械搅拌装置，又装有气体给入（压入）装置，机械搅拌装置只起搅拌矿浆和分布气流作用，外部空气主要靠风压机压入。其特点如下：充气量可以调节；叶轮不起吸气作用，转速较低，功率消耗少，磨损小；脆性矿物不易产生泥化，处理量大。但要外加一套压气系统，中间产品返回要用砂泵扬送，主要机型有XJC型、CHF-X型、BS-X型（似丹佛D-R型）、KYF型（XCF型）、BS-K型、CJF型和LCH-X型等。
（3）充气式浮选机 这类浮选机没有机型搅拌器和其他运动部件，矿浆的充气是靠外部的压风机通过特别的充气器形成细小的气泡而输入。其特点为：结构简单，无机械磨损；但由于没有搅拌器，浮选效果受到一定影响；充气器易堵塞，不利空气弥散。主要类型为浮选柱。
（4）气体析出式浮选机 该类型浮选机主要是借助从溶液中析出大量微泡沫而浮选，主要机型有XPM型、维达格旋流浮选机等。
3.2.4.1 机械搅拌式浮选机
在国内外浮选生产中，机械搅拌式浮选机使用最为广泛，近年来，设备结构和性能有不少改进，并派生出一些新机型，主要有4种机型。
（1）XF型（A型）、XJF型机械搅拌式浮选机 这类浮选机的结构基本相同，如图3-9所示为XJ型浮选机结构示意图。由两个浮选槽构成一个机组。第一槽（带有进浆管）为吸入槽，第二槽为自流槽，之间设有中间室。叶轮安装在主轴下端，主轴上端有皮带轮，通过电动机带动旋转，空气由进气管吸入，每组浮选槽的矿浆水平面由闸门调节。叶轮上方装有盖板和空气筒（又称竖管）。空气筒上开有孔，用来安装进浆管，中矿返回管可用作矿浆循环，孔的大小可通过拉杆调节。
图3-9 XJ型浮选机结构示意图
1—主轴；2—叶轮；3—盖板；4—连接管；5—砂孔闸门丝杆；6—进气管；7—空气管；8—座板；9—轴承；10—带轮；11—溢流闸门手轮及丝杆；12—刮板；13—泡沫溢流唇；14—槽体；15—放砂闸门；16—给矿管（吸浆管）；17—溢流堰；18—溢流闸门；19—闸门壳（中间室外壁）；20—砂孔；21—砂孔闸门；22—中矿返回孔；23—直流槽前溢流堰；24—电动机及带轮；25—循环孔调节杆
①工作原理及过程 叶轮是用生铁铸成的圆盘，上面有6个辐射状叶片，上方装有盖板，其作用是：矿浆被叶轮甩出时，在盖板下形成负压吸气；调节进入叶轮的矿浆量；可避免矿粒在停机时压住叶轮而难以启动；起一定程度的稳流作用。浮选机在工作时，给矿管把矿浆给到盖板中心处，叶轮与盖板间形成负压，经由进气管自动地吸入外界空气。叶轮的强烈搅拌作用使矿浆与空气得以充分混合，并将气流分割成许多细小的气泡，此外在叶轮叶片的后方也会从矿浆中析出一些气泡。
②结构特点及应用 盖板上装有18～20个导向叶片（又称定子）。叶片倾斜排列，与半径成55°～65°角，对叶轮甩出的矿浆流具有导向作用，在盖板上的两个导向叶片之间开有18～20个循环孔，供矿浆循环用，由此可增大充气量；叶轮与盖板导向叶片间的间隙，一般为5～8mm，过大对吸气量和电耗造成不利影响。常将叶轮、盖板、主轴、进气管和空气筒等充气搅拌零件组装成一个整体部件，可使叶轮和盖板同心装配，以保证叶轮与盖板导向叶片之间的间隙符合要求；在空气筒下部，有一个调节矿浆循环量的循环孔，并用闸板控制循环量，通过叶轮中心的矿浆量，可随外界给矿量的变化进行调节。
（2）XJQ型、JJF型、BS-M型浮选机 这三种类型浮选机均系参照美国维姆科型浮选机研制生产的，结构基本相同。如图3-10所示为JJF型浮选机结构示意图。主要有槽体、叶轮、定子、分散罩、假底、导流管、竖筒、调节环组成。
图3-10 JJF型浮选机结构
1—槽体；2—假底；3—导流管；4—调节环；5—叶轮；6—定子；7—分散罩；8—竖筒；9—轴承体；10—电动机
①工作原理及过程 在叶轮旋转时，便在竖筒和导流管内产生涡流，形成负压，将空气从进气管吸入，在叶轮和定子区内与经导流管吸进的矿浆混合。由叶轮造成的切线方向运动的浆气混合流，经定子作用转换成径向运动，并均匀地抛甩于浮选槽中。矿化气泡向上升浮至泡沫层，自溢流口流出即为泡沫产品。
②结构特点及应用 叶轮直径小，转速低，安装深度浅，电耗较低；叶轮和定子之间间隙较大，矿粒对其磨损较小；定子的高度比叶轮低，叶轮在定子下露出一段，有利于矿浆的搅拌和循环；定子的伞形带孔分散罩用做稳定器，可使叶轮产生的涡流与泡沫层隔开，便于矿浆面保持平稳；吸气量较大，并可在0.1～1m3/（m2·min）之间调节充气量；槽底上方有一个假底，可造成矿浆的循环流动，使气泡得以充分弥散；搅拌程度适中，固体颗粒悬浮良好。
（3）SF型浮选机 SF型浮选机是我国20世纪80年代研制的机型，开始同JJF型浮选机组合使用，后来SF型浮选机也可单独使用，且效果较好。如图3-11所示为SF型浮选机结构简图。主要有槽体、装有叶轮的主轴部件、电机、刮板及传动装置组成。
图3-11 SF型浮选机结构示意图
1—带轮；2—叶气管；3—中心；4—主轴；5—槽体；6—盖板；7—叶轮；8—导流管；9—假底；10—上叶片；11—下叶片；12—叶轮盘
①工作原理及过程 在工作时，由于叶轮上装有上下两层叶片，所以在旋转时，在叶轮腔内空间被两层叶片同时产生的离心力甩向四周，使上下叶轮内形成负压区。盖板上部的矿浆盖板上的循环孔被吸入到上叶轮腔内，形成矿浆上循环；下叶片向四周甩出矿浆时，其下部矿浆向中心补充，形成矿浆的下循环。空气则经吸气管、中心筒被吸入到上叶轮腔，与被吸入的矿浆相混合，形成大量细小气泡，由盖板稳流后，均匀地弥散在槽内，形成矿化气泡。
②结构特点及应用 吸气量大，能耗小；有自吸空气、自吸矿浆能力，水平配置，不需要泡沫泵；叶轮与盖板间隙较大，叶轮与盖之间磨损后对吸气量影响较小；槽内矿浆按固定的流动方式进行上下双循环，有利于粗粒矿物的悬浮。
（4）XJB棒型浮选机 这些浮选机的搅拌充气器由若干根倾斜圆棒所组成，故称棒型浮选机，其结构如图3-12所示。
图3-12 XJB-1m3棒型浮选机结构
1—主轴；2—斜棒轮；3—凸台；4—稳流器；5—导浆管；6—压盖；7—吸浆轮；8—底盘
棒型浮选机槽子在结构上有直流槽和吸入槽两种。直流槽内装有中空轴（主轴）、棒型轮、凸台和弧形稳流板等，不能从底部抽吸矿浆，只起浮选作用，又称浮选槽。吸入槽是在棒型轮下有一个吸浆轮，如离心泵一样从底部吸入矿浆。
①工作原理及过程 直流槽工作时，通过斜棒轮的旋转，使矿浆沿一定锥角强烈地向槽底四周冲射，在棒轮下部形成负压面吸入外界空气。在斜棒轮的搅动下，矿浆和空气充分混合，气流被切割弥散成细小气泡。借助于凸台的导向作用浆气混合物在槽内均匀分布并形成径向放射状运动，呈现一种特殊的心形运动轨迹，使矿液面比较平稳。
②结构特点及应用 搅拌器由斜棒轮、凸台和弧形稳流板构成；由于斜棒轮的特殊结构，使得旋转时斜棒的线速度越往下越大，造成很大的搅拌作用，避免矿浆密度较大，粗粒矿物沉积；由于凸台和弧形稳流板的作用，使矿浆呈现出一种特殊运动轨迹，有利于泡沫的稳定上升；槽体较浅，充气矿浆被甩射的出口速度较大，吸气能力高，电耗低；气泡分散浓度高，浆气接触机会多，浮选速度快。
3.2.4.2 充气机械搅拌式浮选机
（1）XJC型、CHF-X型、BS-X型充气机械搅拌式浮选机 这三种类型浮选机，均类似美国丹佛D-R型浮选机，其结构和原理基本相同，如图3-13所示为CHF-X型充气机械搅拌式浮选机。叶轮为带有8个径向叶片的圆盘，盖板与叶轮的轴向间隙为15～20mm，径向间隙为20～40mm，中心筒上部的充气管与总风筒相连，中心筒下部与循环筒相连，循环筒与钟形物之间的环形空间供循环矿浆用，钟形物具有导流作用。
图3-13 CHF-X型充气机械搅拌式浮选机
1—叶轮；2—盖板；3—主轴；4—循环筒；5—中心筒；6—刮泡装置；7—轴承座；8—皮带轮；9—总气筒；10—调节阀；11—充气管；12—槽体；13—钟形物
①工作原理及过程 运用了矿浆的垂直大循环和从外部特设的低压鼓风机压入空气来提高浮选效率。矿浆通过循环管和叶轮形成的垂直循环产生的上升流，把粗粒矿物和密度大的矿物提升到浮选槽的中上部，消除了矿浆在浮选机中的分层和沉砂现象。由鼓风机压入的低压空气，经叶轮和盖板叶片的作用，均匀地弥散在整个浮选槽中，矿化气泡随垂直循环流上升，进入槽子上部的平衡分离区，使不可浮的脉石与矿化气泡分离。矿化气泡进入泡沫层的路程较短。
②结构特点及应用 直流槽式结构，矿浆通过能力大，浮选速度快；采用外部鼓风机供气，可根据工艺要求调节充气量；占地面积小，单位体积质量轻；采用锥形循环筒，使矿浆垂直向上进行大循环，增大了浮选槽下部的搅拌能力，有效地保证矿粒悬浮而不易沉槽，适于要求充气量大、矿石性质较复杂的粗重难选矿物的选别；叶轮只用于循环矿浆和弥散空气，转速较低，搅拌器磨损较轻，矿液面较平稳；叶轮和盖板的轴向及径向间隙较大，易于安装和调整；药剂和动力消耗较低，选别指标有所提高。
（2）KYF（XCF）型和BS-X型浮选机 此类浮选机类似于芬兰奥托昆普OK型浮选机。如图3-14所示为BS-K浮选机（与KYF浮选机的结构大体相似）。该类浮选机采用“U”形槽体空心轴充气和悬挂定子，尤其是采用了一种新式叶轮，叶片后倾的锥形叶轮，扬送矿浆量大，压头小，功耗低，结构简单，叶轮腔中配置多孔圆筒空气分配器。空气可预先均匀地分散在叶轮叶片的大部分区域，有较大的矿浆-空气接触界面。
图3-14 BS-K型浮选机
1—带轮；2—轴承体；3—支座；4—风管；5—泡沫槽；6—空心轴；7—定子；8—叶轮；9—槽体支架；10—槽体；11—操作台；12—风阀；13—进风管
①工作原理及过程 工作时，随着叶轮的旋转，槽内矿浆从四周经槽底由叶轮下端吸到叶轮叶片之间，由鼓风机给入的低压空气经空心轴和叶轮腔的空气分配器，也进入其中。矿浆与空气在叶片之间充分混合后，从叶轮上半部周边向斜上方推出，由定子稳流和定向后进入整个槽子中。气泡上升到泡沫稳定区，矿化富集后，从溢流堰溢出，重新混合形成矿化气泡。剩余的矿浆流向下一槽直至最终成尾矿。
②结构特点及应用 U形槽体，搅拌均匀，不易沉积；结构简便，调整方便；能耗低；在同一水平配置吸浆槽而形成独立的浮选回路。不需要泡沫泵；矿浆循环性能好，空气弥散均匀，泡沫稳定悬浮性好，药剂消耗少；配有先进的矿浆液面控制系统，给气、给药等操作和调节，可实现自动化控制。
3.2.4.3 充（压）气式浮选机
充（压）气式浮选机，属于外部供气的无机械搅拌器类型浮选机，目前有代表性的机型为浮选柱。如图3-15所示为浮选柱结构示意图。主要部分为一个圆柱体，内装充气器（气泡发生器），并配有给矿器、泡沫槽及管网等。
图3-15 浮选柱结构示意图
1—竖管充气器；2—下体；3—上体；4—中间圆筒；5—风室；6—给矿器
①工作原理及过程 经药剂处理的矿浆，由柱体上部给矿器均匀连续给入，矿粒在重力作用下缓缓沉降，空气由空压系统经底部充气器（气泡发生器）不断压入，由充气器出来的细小气泡，均匀分布在柱体的整个断面上，并穿过向下流动的矿浆徐徐上浮。在对流运动中，矿粒和气泡发生相互接触，实现气泡矿化。矿化气泡升浮至泡沫层，可得泡沫产品，非泡沫产品则由柱体底部排出。浮选柱存在“二次富集”现象，即矿化泡沫在上升过程中，受不断给入并下沉的矿浆冲洗，使夹杂的脉石矿物被不断冲刷下来，有利于提高精矿质量。
②结构特点及应用 浮选柱结构简单，操作维护方便，无运动部件，机械磨损小；矿浆给气系统具有外部可调节性，以使矿浆有足够的空气量；配有竖管充气器，充气平稳均匀，充气面积可调节，形成细小、弥散的气泡，液面平稳等。浮选柱可依浮选作业性质不同确定其高度，一般为：粗选7～8m，精、扫选5～6m。浮选柱多用于粗、扫选作业。
3.2.4.4 气体析出式浮选机
气体析出式浮选机属无机械搅拌器类浮选机。有真空式（减压式）和矿浆加压式两种，矿浆加压式又分为空气自吸式（我国为喷射旋流式浮选机）和压气式两种。如图3-16所示为喷射式浮选机结构简图，主要由充气搅拌器（外部）、槽体、刮泡器等组成。
图3-16 喷射旋流式浮选机结构简图
1—槽体；2—充气搅拌器；3—刮泡器
（1）工作过程及原理 该浮选机的充气，是借助加压矿浆（0.2～0.25MPa）从充气搅拌器的喷嘴，以20m/s的速度喷出，在混合室产生负压，将外界空气经进气管吸入，并随喷射浆流裹进旋流器和浮选槽内。矿浆经药剂处理后，给入浮选机内，矿粒和气泡碰撞时，形成矿化气泡上浮。未黏附于气泡的矿粒，由槽外循环泵进入充气搅拌器。在充气搅拌器的混合室内，形成负压矿浆区，溶解于矿浆中的空气，有选择性地呈微泡形式在疏水矿粒表面析出。强化了气泡的矿化过程，矿石从浮选槽末端排出。
（2）结构特点及应用 机械磨损小，结构简单；疏水矿物表面可大量析出活性微泡；充气搅拌器对药剂有乳化作用；气泡粉碎度高，与矿粒做互呈直角运动且气泡分布均匀；矿浆呈W形轨迹运动；充气搅拌器浸水深度小，故充气量大，功率消耗低；矿液面平衡；处理能力大，多用于浮选煤和非金属矿物。
矿物颗粒受到磁力和机械力（包括重力、离心力、水流动力等）的联合作用，磁性不同的矿粒受到不同的磁力作用。磁性较强的矿粒，在不均匀磁场作用下磁化，产生较强的磁作用力f磁，f磁大于f机；磁性弱或非磁性矿物受到的磁力很小（
），
小于f机，由于作用在各矿物颗粒上的磁力和机械力的合力不同，从而实现了磁性强的矿物和磁性弱的矿物（或无磁性矿物）的磁选分离。其分离必须条件为：
（3-1）
式中，f磁为作用在强磁性矿物上的磁力；f机为与磁力相反方向的所有机械力的合力；
为作用在弱磁性矿物颗粒上的磁力。