二、重选原理

9.重选的实质是什么？

重选的实质概括起来就是“松散—分层”和“搬运—分离”过程。置于分选设备内的散体物料，在运动介质中，受到流体浮力、动力或其他机械力的推动而松散，被松散的矿粒群，由于沉降时运动状态的差异，不同密度（或粒度）颗粒发生分层转移。就重选来说，就是要达到按密度分层，通过运动介质的作用达到分离。其基本规律可概括为：“松散—分层—分离”。重选理论研究的问题，简单地说就是探讨松散与分层的关系。松散和搬运分离几乎都是同时发生的，松散是分层的条件，分层是目的，而分离则是结果。

10.重选的基本原理包括哪几个方面？

各种重选工艺方法即是实现“松散—分层—分离”这一过程的目的，它们的工作受这样一些基本原理支配，主要有如下几个方面：

（1）颗粒及颗粒群的沉降理论；

（2）颗粒群按密度分层的理论；

（3）颗粒群在回转流中分层的理论；

（4）颗粒群在斜面流中的分选理论。

有关颗粒及颗粒群的沉降理论，主要是研究颗粒沉降规律的。有关颗粒群按密度分层理论，最早是从跳汰过程入手研究的，并提出了不少的跳汰分层学说，后来又出现一些专门在垂直流中分层的理论。有关回转流中的分选，尽管介质的运动方式不同，但除了重力与离心力的差别外，基本的作用规律仍是相同的。斜面流选矿最早是在厚水层中处理粗粒矿石。分选的根据是颗粒沿槽运动的速度差。20世纪40年代以后，斜面流选矿向流膜选矿方向发展，主要用来分选细粒和微细粒级矿石。流态有层流和紊流之分。一贯认为紊流脉动是松散床层的基本作用力的观点，在层流条件下则难以作出解释。1954年R.A.Bagnold提出的层间剪切斥力学说，补充了这一理论上的空白。但同分层理论一样，斜面流选矿要依靠现有理论进行可靠的计算仍是困难的。尽管重选理论到今天仍未达到完善地步，但和许多工艺学科一样，它仍可为生产提供基本的指导，并可作为数理统计和相似与模拟研究的基础。

11.重选的颗粒及颗粒群的沉降理论如何解析？

矿粒在流体介质中的沉降是重力分选过程中矿粒最基本的运动形式，松散可以看作是矿粒在上升介质流中沉降的一种特殊形式。矿粒固体本身的密度、粒度和形状不同，沉降速度也就不同。

实际选矿过程，并非是单个颗粒在无限介质中的自由沉降，而是矿粒成群地在有限介质空间里的沉降。这种沉降形式称为干扰沉降。干扰沉降时，其沉降速度除受到自由沉降因素支配外，还受容器器壁及周围颗粒所引起的附加因素的影响。所受附加因素有：颗粒沉降时与介质的相对速度增大，导致沉降阻力增大；在某一特定情况下，颗粒沉降受到的浮力作用变大；机械阻力的产生；固体颗粒的大量存在，增加了流体的黏滞性，从而使沉降速度降低。

根据物体在介质中的有效重力和介质的动压力平衡即可维持悬浮的原理，重介质选矿中悬浮液的稳定性影响分选效率。利用均匀粒群（密度、粒度均相同的粒群）在上升水流中的悬浮可研究出干扰沉降的规律，即干扰沉降等沉比总是大于自由沉降等沉比，且可随容积浓度的减小而降低。

12.颗粒群按密度分层理论的内容是什么？

颗粒群按密度分层是重选的核心问题，许多学者提出了他们的认识和研究成果，因而形成了众说纷纭的局面。各种学说、观点可归纳为以下几种：

（1）按颗粒自由沉降速度差分层学说。这一学说最早由雷廷智提出，他认为在垂直流中，床层的分层按轻、重矿物颗粒的自由沉降速度差进行。

（2）按颗粒的干扰沉降速度差分层学说。为了解释矿石可按宽级别（给料上下限粒度比大于自由沉降等沉比）入选问题，R.H.门罗提出了按干扰沉降速度差分层的学说。说明了随着粒群容积浓度的增大，按密度分层的效果会更好。

（3）按矿物悬浮体密度差分层的学说。这一学说最早由A.A.Hirst和R.T.Hancock于1937年提出，他们将混杂的床层视作由局部重矿物悬浮体和局部轻矿物悬浮体构成。在重力作用下，悬浮体存在着静力不平衡，就像油与水混合在一起那样，最终导致按密度分层。

（4）按重介质作用原理分层学说。我国张荣曾和姚书典等人根据他们各自的试验于1964年提出了这一学说。

13.颗粒群在回转流中分层理论的内容是什么？

从研究颗粒在流体介质中的自由沉降可知，其沉降末速除与颗粒及介质的性质有关外，还与重力加速度g有关。所以，不但改变介质的性质可以改善选矿过程，提高作用于颗粒上的重力加速度g也是改善重力选矿的有效途径。然而，在整个重力场中，重力加速度g几乎是一个不变的常数。这就使得微细颗粒的沉降速度受到限制。为了强化细粒尤其是微细颗粒按密度分选和按粒度分级及除尘的过程，于是采用惯性离心加速度a去取代重力加速度g，这就是近几十年来出现的离心力场中的分选与分离技术。

在离心力场中选矿与在重力场中选矿并没有什么原则性的差别，不同仅是作用于颗粒上并促使其运动的力是离心力而不是重力。在离心力场中，离心力的大小、作用方向以及加速度、在整个力场中的分布规律，都与重力场有所不同。例如：在重力场中，颗粒在整个运动期间，在介质中所受的重力G0及重力加速度g0都是常数；在离心力场中则不然，离心力F=mω2r和离心加速度a=ω2r，是旋转半径及旋转速度的函数，而且一般来说，它们随着半径的增加而加大。离心力的作用方向是作用在垂直于旋转轴线的径向上，所以在离心力选矿过程中，分选作用也是发生在径向上。此时，沿径向作用于物体上的力有离心力与阻力。所受重力忽略不计。

14.颗粒群在斜面流中分选理论的内容是什么？

应用斜面水流进行选矿也是由来已久的，早年多以厚水层在长槽内处理粗、中粒矿石，称粗粒溜槽。水流呈较强的紊流流态，人工操作，目前在选别砂金中仍有应用。现在大量的斜面流选矿则是以薄层水流处理细粒和微细粒矿石，称流膜选矿。处理细粒级的流膜具有弱紊流流态特征，如摇床，圆锥选矿机、螺旋选矿机等属于这一类。处理微细粒的流膜则多呈层流流态，如矿泥皮带溜槽，巴特莱斯-莫兹利翻床等属于这一类。离心选矿机是借助离心力处理微细粒级矿石的，由于流速的增大表现为弱紊流流动。理论内容分为如下几个方面：

（1）层流斜面流的流动特性和松散作用力　包括：①层流的流速沿深度分布；②层流矿浆流膜的松散作用力——层间斥力。

（2）紊流斜面流的流动特性和紊动扩散作用　包括：①紊流的流速沿深度分布；②紊流斜面流的粒群松散——紊动扩散作用。

（3）厚层紊流斜面流中矿石的分选　厚水层的紊流斜面流主要处理粗中粒（>2mm）矿石。设备通常为直线的倾斜长槽。为了有效地松散床层并滞留重矿物，在槽内还常设置挡板或粗糙的敷面物，轻、重矿物在沿槽底（或沉积物）表面运动中，重矿物滞留在槽内，轻矿物排出槽外，从而达到分离。

（4）在薄层流膜中矿石的分选　呈弱紊流流动的矿浆流膜，厚度在数毫米至数十毫米之间，多用于处理小于2mm的细粒级矿石。颗粒在流膜内呈多层分布，经过粒群的消紊作用，底部层流边层增厚，颗粒大体呈沿层运动，在这里可称之为“流变层”。流变层以上旋涡迅即形成和发展。在紊动扩散作用下，矿粒群被松散并向排矿端推移，这一层称为“悬移层”。悬移层以上脉动速度减弱，只悬浮少量微细颗粒，称为“表流层”或“稀释层”。稀释层中悬浮的微细颗粒不再能够进入底层，故该层的脉动速度即决定了分选粒度下限，约为30～40μm。进入悬移层的矿物颗粒，在旋涡扰动下不断上下运动，重矿物被底部流变层容纳，剩下的轻矿物则悬浮在该层中。如同在上升水流中一样，颗粒呈“上细下粗、上稀下浓”分布。底部流变层内颗粒处于紧密接触状态。借助剪切运动维持松散。颗粒依自身压强不同分层转移，故这一层是最有效的静力分选区。保持该层具有一定的厚度和剪切速度，对提高重矿物的回收率和品位有重要意义。