重力分选方法的发展历程和趋势

重力分选方法的发展历程和趋势葛银光胡庆摘要：对重力选煤的过去、现在的各种分选方法进行了理论叙述，并介绍了各分选方法所对应设备的工作原理及研究进展，总结了未来重力分选方法的发展方向。

关键字：重力选煤；分选方法；工作原理Abstract: Theory narration about a great variety gravity concentration methods of past and ,introduction regarding to working principle and research progress of devices corresponding to these a summary about the future development direction of gravity concentration methods.0 重力分选概述不同粒度和密度的矿粒组成的物料，在分选介质中如水、空气、重液、悬浮液、空气重介质中，形成不同的运动状态，重力选矿就是根据矿粒间由于密度的差异，在运动介质中所受重力、流体动力和其他机械力的不同来实现分选的过程。

根据介质运动形式和作业目的不同，重力分选可分为以下几种工艺方法：水力分级、跳汰选矿、摇床选矿、溜槽选矿、重介质选矿和洗矿，其中分级和洗矿是按密度分离的作业，其他则属于按密度分选的作业。

1 重力分选方法的过去及对应设备的发展重力分选是一种应用最早的选矿方法，它的发展历史悠久。

很早以前，古代人们就开始用兽皮淘析自然砂金（或天然矿物），后来又用木制的溜槽进行分选。

随着工业生产的发展需要，重选技术也日趋完善。

跳汰选矿1.1.1 跳汰选矿理论在选煤领域，跳汰选矿是主要的选矿方法，是利用不同密度颗粒的沉降速度差别，对位于水流中固定筛板上的颗粒层，给以上升和下降的交变水流，使颗粒在筛板上按不同密度进行分层的技术。

高密度大颗粒沉降在床层底部而低密度细颗粒沉降在床层顶部。

跳汰床层的分层状态可以用一系列方程式来描述，而每一个颗粒群的描述可以用其密度分布函数来表达。

迄今为止关于跳汰分层机理的观点都只能反映跳汰的某个侧面,不能全面地描述在跳汰过程中矿粒按密度分层的物理实质。

跳汰选矿是处理粗、中粒矿石的有效方法，工艺操作简单，设备处理量大，并有足够的选别精确度。

在广泛用于选煤的同时也大量的用于选别钨矿、锡矿、金矿及某些稀有金属矿石，此外还用于选别铁、锰石和非金属矿石。

1.1.2 跳汰分选设备实现跳汰分选过程的设备叫跳汰机。

跳汰机的给料粒度范围通常为200～0.5mm，目前已经研制出能分选粗粒和细粒给料的跳汰机。

如处理粒度为350～40mm的ROM型跳汰机,另外，还研制出了离心跳汰机和填充柱式跳汰机，前者代表性的跳汰机Altair(Campbell)型离心跳汰机和Kelsey型离心跳汰机,这两种跳汰机对细粒煤的分离精度都较高。

动筛跳汰机主要应用于大块煤的排矸，在300～50mm原煤排矸下已显示出排矸量大、用水量小、系统简单、故障少等独特优点。

由德国KHD公司生产的动筛跳汰机，采用液压传动方式，国产动筛跳汰机既有液压传动式也有机械传动式，其中液压传动式使用效果较好，但故障率高，液压系统尚需进口；机械传动式机构简单、可靠，比较适合目前我国的操作水平和管理水平，但噪音较大、不便在线调节。

跳汰机的应用已走过了发展-完善-成熟的阶段，近年来，随着重介质选煤工艺的大力推广，跳汰选煤工艺所占比例在下降，跳汰机的发展创新也相对缓慢。

现阶段所追求的目标是设备大型化、智能化，提高单机处理能力、分选效率、控制装置的灵敏准确性及检测装置的精确性和整机的可靠性。

溜槽与摇床分选理论在现有的重选方法中，除利用矿粒在垂直介质流中运动状态的差异来实现分选过程外，还有利用矿粒在斜面水流中运动状态的差异来进行分选的方法，这种方法称为斜面流选矿。

斜面流选矿有两种即溜槽选矿与摇床选矿。

1.2.1 溜槽选矿概述在溜槽中，借助水流的冲力和槽的摩擦力，同时利用颗粒密度、粒度和形状的差异进行分选的方法，称溜槽选矿。

此法在很久以前已被采用，广泛地用于处理钨、锡、金、铁、某些稀有金属矿石及煤等。

在选煤上，溜槽选煤由于分选效率低、用水量大，因此新设计的选煤厂已基本上不再采用，只在一些小型选煤厂中还保留着这种简单的、动力消耗少的选煤方法。

溜槽选煤是利用煤和矸石在斜面水流中运动的速度差进行分选的。

选煤溜槽分为块煤溜槽和末煤溜槽，目前，块煤溜槽还在个别选煤厂使用，末煤溜槽由于结构复杂、操作困难，已不再使用了。

摇床选矿理论摇床选矿是在一个倾斜宽阔的床面上，借助床面的不对称往复运动和薄层斜面的水流的作用，进行矿石分选的一种设备。

摇床分选的给料粒度一般在3mm 以下，选煤时可达10mm，最大可达25mm。

摇床主要用于处理钨、锡、有色金属和稀有金属矿石。

多层摇床和离心摇床还用于选别黑色金属矿石和煤炭，常用作为精选设备与离心选矿机、圆锥选矿机等配合使用。

摇床分选机从早期的单层平面摇床发展到多层悬挂式摇床，再到今天的离心摇床，其处理能力和分选精度都有很大的提高。

其中多重力分选机（MGS）是利用离心力场和斜面流力场的一种复合力场式分选设备,与普通摇床相比，这种方法可使较细粒级矿物的回收率明显提高，并使回收粒级降低成为可能，并具有较好的脱硫效果。

2 重力分选方法的进展进入20世纪后，随着磁选法和浮选法等技术的迅速发展和普及，虽然重选的重要性有所降低，但是由于近年来对重选的分选原理、设备简化和选别对象的广泛性有了新的认识，所以，重选不仅用于选矿和选煤，而且广泛应用在资源再生利用、环境保护等领域，同时，对重选技术进行了各种创新，研制出了许多新型设备。

重介质选煤概述任何重力分选过程，都在一定的介质中进行，若分选介质的密度大于1g/cm3时，称为重介质。

重介质选煤是指采用密度介于煤和矸石之间的悬浮液作为分选介质，小于该介质密度的煤就会浮起，而大于该介质密度的矸石则下沉，从而完成煤炭分选的方法。

我国从事重介质选煤技术的研究起步于20世纪50年代中期，“十五”期间，重介质旋流器选煤技术发展迅速，并开发了具有自主知识产权的新工艺、新设备。

近年来，我国又研制出系列化的大型无压给料三产品重介质旋流器，重介质选煤技术在简化工艺系统、设备大型化以及生产过程自动控制等方面取得了突破性成就，其分选精度很高，可适应各煤种、不同可选性的煤质条件，尤其适用于其它重力分选设备难以分选的难选煤和极难选煤以及煤泥含量大的末煤，对高硫煤脱硫也有显着的分选效果和经济效益。

经过几十年的生产实践和科学研究，重介质选煤技术日趋成熟，传统的重介分选技术强调分级、脱泥入选，而新技术的应用却可以有条件地实现不分级、不脱泥入选，重介选煤方法已是和跳汰选煤方法一样为人们所熟悉。

由于重介选煤的基建投资及生产成本已经和跳汰选煤接近，而分选精度却高于跳汰，因此重介选煤方法将会占主导地位。

2.1.1 重介质旋流器分选原理及特点重介质旋流器是一种利用在比重力强几十倍甚至几百倍的离心力场中进行选煤分选机，它的特点是无运动部件，处理量大，分选效率高。

由于旋流器本身无运动部件，因而其分选过程完全是靠自身的结构参数与外部操作参数的灵活配合来实现最佳分选精度的，这是旋流器选煤与其它选煤方法截然不同的突出特征。

2.1.2 重介质旋流器发展方向中国采用先进的重介质选煤方法的入洗量约为总入选量的50％，与发达国家相比仍有很大差距。

因此，需采用高效简化的重介质选煤新技术，加大其在炼焦煤洗选方面的推广速度，并建设和改造示范型动力煤选煤厂。

另外，对三产品重介质旋流器二段密度的调节、提高大型旋流器的分选下限及主张分级脱泥分选的等入原则等方面多加以分析研究，还有重介质旋流器的流场理论和使用材料的耐磨性也是制约旋流器发展的两大问题。

干法分选理论及设备的发展目前在选煤领域普遍采用基于水的湿法分选方法，如跳汰、重介等，虽然它们的分选效率高，但耗水量大，投资及生产费用高，对于干旱缺水地区、高寒地区的煤炭以及易泥化煤炭就难以进行有效分选。

干法选煤主要是利用煤与矸石的物理性质差别进行分选，它的分选方法有风选、摩擦选、磁选、电选、空气重介质流化床等。

上述干法选煤技术在工业生产中应用较多的主要有风选和空气重介质流化床。

传统的风力分选包括风力摇床和风力跳汰，以空气作为分选介质，使物料在强烈的上升气流场中进行分选，适用于易选煤的排矸。

复合式干法选煤是我国在风力摇床的基础上独创的一种新型选煤方法，在我国使用较多的是FGX系列复合式干选机和FX系列风力干法选煤机，这两种设备综合了摇床和风力分选的优点，实用性强，投资及加工费用较低。

目前关于复合式干法分选的研究重点主要放在了工业应用的可行性和实际应用效果上，对分选机理方面研究较少，缺乏能指导生产实际的理论。

空气重介干法选煤技术是应用气-固流化床的似流体性质，利用磁铁矿和煤粉作为分选介质在流化床中形成具有一定密度的均匀稳定气-固悬浮体，使入料中小于床层密度的轻产物上浮，大于床层密度的重产物下沉。

其处理煤炭粒度下限为6mm，要求入选煤的外在水分<2％。

虽然空气重介流化床在干法选煤工艺中处于领先地位，但实际应用还受多种因素制约。

今后干法选煤技术的理论研究重点是分选机理，掌握提高分选精度的控制机制技术；发展方向是进一步拓宽技术适应性和设备可靠性。

3 重力分选方法的未来细粒煤的分选随着煤矿开采机械化的普及和地质条件的逐渐变化，加之选煤厂煤炭分选过程机械化程度的提高，同时，为了能使某些高硫煤用于炼焦，在煤炭分选过程还需要对其进行细粉碎，这使得分选过程中原生煤泥、次生煤泥和细粒煤含量都逐渐增加，因此，寻找更有效的细粒煤脱硫降灰新技术是当前煤炭工业的迫切任务和难题。

3.1.1 细粒煤分选技术生产实践表明，我国研制的多层平面摇床、离心摇床以及摇床与MGS联合使用等技术和设备，在中等可选性条件下，能使细粒煤得到有效的脱硫降灰作用；重介质旋流器分选技术尤其适用于高硫煤、氧化煤、难选煤的精选，对原煤的性质变化适应性强。

磁流体分选是根据矿石密度、磁性和电性的差异，在磁场或电场的联合作用下能够磁化而呈现“似加重现象”，使位于其中的颗粒产生的磁浮力高于原来的介质。

根据所加外力场的不同，磁流体分选方法可分为磁流体动力分选和磁流体静力分选。

该方法分选精度较高，但设备复杂，介质价格昂贵，回收困难，目前难于实现工业化生产。

3.1.2 细粒煤分选设备目前，我国工业生产中应用较多的细粒煤分选设备有：螺旋分选机、水介质旋流器、TBS干扰床、浮选机（柱）、煤泥重介质旋流器等。

而细粒煤分级设备主要有三大类：筛分设备、水力分级设备和离心分级设备。

螺旋分选机则以其单位面积处理量大、操作管理方便、能耗低、本身无运动部件、维修量少等优点在炼焦煤选煤厂及中、小地方煤矿的煤泥分选中得到广泛应用。