七、离心分选

79.离心选矿机的结构和分选过程是怎样的？

离心选矿机是利用离心力场进行选矿的设备，其结构如图4-64所示。

它的主要分选部件是一个卧式截锥形转鼓，圆锥面内侧为分选面，坡度为3°～5°，转鼓由电动机通过皮带传动以350～500r/min的速度绕主轴旋转，上下两个给矿嘴伸入到转鼓内。矿浆由给矿嘴喷出顺切线方向附着在鼓壁上，在随转鼓旋转的同时，沿鼓壁的斜面向低端流动，两种运动合成为螺旋线运动。矿浆在沿转鼓内壁流动过程中，重矿物因受到较大的离心力而趋向于矿浆流的外围（即贴在鼓壁上），而轻矿物则进入矿流表层。贴在鼓壁上的重矿物较少移动，而表层的轻矿物则随矿浆流由转鼓的低端排出。当重矿物在鼓壁上沉积到一定厚度时，停止给矿，位于转鼓小直径端内壁的冲矿嘴喷出高压水，冲洗下沉积的精矿。离心选矿机的给矿、排出尾矿、冲水、排出精矿均是由自动控制机构自动进行的。

80.离心选矿机的分选过程和工作原理是什么？

在离心选矿机内矿浆流沿鼓壁的运动情况如图4-65和图4-66所示。矿浆自给矿嘴喷出的速度大约为1～2m/s，而在给矿嘴处转鼓壁的线速度一般为14～15m/s。由于两者之间存在着很大的差异，所以矿浆将逆向流动，出现了滞后流速。此后受黏性牵制，滞后流速逐渐减小。在转鼓壁沿轴向的斜面上，由于离心惯性及重力的作用，矿浆流的运动速度由零逐渐增大。

离心选矿机内矿浆流运动的合速度是上述切向速度与沿鼓壁斜面运动速度的矢量和，因此矿浆流层内的剪切作用既有沿斜面流速产生的也有切向流速产生的，只是随着矿浆流向排料端推进，剪切作用逐渐过渡到以沿斜面流速产生的为主。

当矿浆从给矿嘴喷注到鼓壁上时，形成瞬时的堆积。随着转鼓的转动，堆积物呈带状展开，并在向下流动中形成螺旋线向前推进。在正常给矿量下，离心选矿机内矿浆流层厚度的平均值仅有0.3mm，但在给矿嘴附近的波峰处，流层的厚度达2.0mm，在波峰过后，波谷处的厚度只有0.1mm，波峰在设备内大约流动一周即排出。

在波峰向前推进的过程中，与波谷之间有很大的速度差，因而形成分界面结构，在分界面处有很强的剪切应力，并随之产生新的旋涡扰动，这对强化物料的松散有着重要作用。

矿石在离心选矿机内的分选过程与其他细粒溜槽的基本相同，只是在这里一方面由于存在着明显呈湍流流态的峰波区和剪切应力很强并能产生旋涡扰动的流层分界面，而使得物料的松散得到了强化；另一方面由于颗粒受到了比重力大数十倍乃至上百倍的离心惯性作用，大大加速了颗粒的沉降，从而使离心选矿机不仅具有比一般处理微细粒级物料的重选设备更低的粒度回收下限，而且转鼓的长度也比一般重力溜槽的长度短很多。

81.SLon离心选矿机的结构是怎样的？有何特点？

图4-67是SLon离心选矿机的结构图，其主要工作部件为一截锥形转鼓，借锥形底盘固定在回转轴上，由电动机带动旋转。

矿浆沿切线方向给到转鼓内后，随即贴附在转动的鼓壁上，随之一起转动。因液流在转鼓面上有滞后流动，同时在离心惯性及鼓壁坡面作用下，还向排料的大直径端流动，于是在空间构成一种不等螺距的螺旋线运动。

矿浆在沿鼓壁运动的过程中，其中的矿物颗粒发生分层，高密度颗粒在鼓壁上形成沉积层，低密度颗粒则随矿浆流一起通过底盘的间隙排出。当高密度颗粒沉积到一定厚度时，停止给矿，用精矿冲洗水冲洗下沉积的高密度产物。

离心选矿机的分选过程是间断进行的，但给矿、冲水以及产物的间断排出都自动进行。在排料口下方设有分矿装置，将精矿和尾矿分时段排到精矿槽和尾矿槽中。

82.影响离心选矿机分选指标的因素有哪些？

影响离心选矿机分选指标的因素分为结构因素和操作因素两个方面。操作因素的影响情况与设备的结构参数相关。

结构因素主要包括转鼓的直径、长度及半锥角。增大转鼓直径可以使设备的生产能力成正比增加；而增大转鼓长度则可以使设备的生产能力有更大幅度的提高，但遗憾的是回收粒度下限也将随之上升。增大转鼓的半锥角可以提高高密度产物的质量，但回收率将相应降低。为了解决这一矛盾，又先后研制出了双锥度、三锥度乃至四锥度的离心选矿机。

离心选矿机的操作因素主要包括给矿浓度、给矿体积、转鼓转速、给矿时间及分选周期。当不同规格的离心选矿机处理同一种物料时，单位鼓壁面积的给矿体积应大致相等，而给矿浓度则应随着转鼓长度的增大而增加；当用相同的设备处理不同的物料时，给矿浓度和体积的影响与其他溜槽类设备相同。转鼓的转速大致与转鼓直径和长度乘积的平方根成反比。在一定的范围内增大转速可以提高回收率，但由于分层效果不佳而得到的高密度产物的质量相应降低。

离心选矿机的主要优点是处理能力大、回收粒度下限低、工作稳定、便于操作；但它的富集比不高。

83.离心选矿机与平面溜槽相比有哪些优缺点？

离心选矿机与平面溜槽相比有如下优点：

（1）离心选矿机对微细矿泥的处理比较有效，对37～19μm的粒级回收率高达90％左右。因为矿粒在离心选矿机中的分选是借离心力和横向流膜的联合作用，所以其富集比高于平面重力溜槽。

（2）由于离心选矿机利用离心力的作用，因而强化了重选过程，缩短了分选时间。因此其处理能力大，为自动溜槽的10倍左右。

（3）占地面积小，自动化程度高。

其主要缺点是：

（1）耗水耗电比平面溜槽大。

（2）鼓壁坡度不能调节。

（3）生产过程为间断作业，不能连续给矿。

84.尼尔森离心选矿机的结构是怎样的？有何特点？

尼尔森选矿机是由加拿大人尼尔森（Byron Knelson）研制成功的离心选矿设备，其主要组成部分包括分选锥、给矿管、排矿管、驱动装置、供水装置、控制系统等（见图4-68）。

分选锥用高耐磨材料铸成，是一个内壁带有反冲水孔的双壁倒置截锥，也就是由两个可同步旋转的同心截锥构成，外锥与内锥之间构成一个密封水腔；内锥称为富集锥，其内侧有数圈沟槽，沟槽的底部有按设计要求排列的进水孔，称为流态化水孔。

用尼尔森选矿机分选矿石时，分选锥在电动机的带动下高速旋转（n=400r/min以上），其离心力强度i可以达到60以上；给矿矿浆经给矿管送到矿浆分配盘以后，在与分配盘一起旋转的同时，由于离心惯性的作用，被甩到富集锥内壁的下部，然后沿富集锥的内壁面一边旋转，一边向上运动。给矿矿浆中的矿物颗粒在随矿浆一起运动的过程中，在离心惯性、向心浮力Fr和介质阻力Rr的共同作用下，沿径向发生沉降运动。

对于密度为ρ1、直径为d的微细矿物颗粒，当离心沉降运动的雷诺数Re<1时，在斯托克斯阻力范围内，其径向沉降速度vrs为：

式中　ρ——分选介质的密度，kg/m3；

μ——分选介质的动力黏度，Pa·s；

ω——分选锥的旋转角速度，s-1；

r——矿物颗粒的回转半径，m；

vt——流态化反冲水的径向流速，m/s。

矿浆中的矿物颗粒沿径向沉降的结果，是在富集锥内壁的沟槽内形成高浓度床层，由于沟槽的底部有反冲水（流态化水）连续流入，使床层处于稳定的松散悬浮状态，使矿物颗粒在径向上发生干涉沉降分层。式（4-12）表明，当分选锥的旋转速度一定时，矿物颗粒的密度越大，其径向沉降速度也越大。因此，矿物颗粒发生分层后，高密度矿物颗粒总是紧贴沟槽底部，在这里形成高密度矿物层；低密度矿物颗粒不能到达沟槽的底部，在离心惯性沿轴向分布和轴向水流推动力的共同作用下，随矿浆流一起从分选锥的顶部溢流出去，形成尾矿。

尼尔森选矿机于1978年开始在选矿工业生产应用，现已形成间断排矿型和连续可变排矿型（CVD）两大类、二十几个规格型号的产品系列，包括实验室小型试验设备﹑半工业试验设备和工业生产设备，单机处理能力最大可达650t/h。30多年来，尼尔森选矿机已在70多个国家的金矿石分选厂得到应用。

间断排矿型尼尔森选矿机主要用于回收岩（脉）金矿石﹑伴生金（铂、钯）的有色金属矿石﹑砂金矿等矿石中的贵金属，给矿粒度通常为-6mm。连续可变排矿型尼尔森选矿机主要用来分选高密度矿物的含量较大（一般大于0.5％）的矿石，常常用于回收含金银的硫化物矿物﹑黑（白）钨矿﹑锡石﹑钽铁矿﹑铬铁矿﹑钛铁矿﹑金红石﹑铁矿物等，给矿粒度一般为-3.2mm。尼尔森选矿机的粒度回收下限可达0.010mm。

尼尔森选矿机的突出优点是选矿比非常高，可达10000～30000；用于选别金矿石时，精矿的富集比可以达到1000～5000倍；而且设备的占地面积小，单位占地面积的处理能力大，截锥最大直径为ф762mm的尼尔森选矿机，单台处理能力为50～100t/h，ф1778mm的尼尔森选矿机的单台处理能力可达650t/h，因而生产成本比较低。

在消化吸收尼尔森选矿机技术特点的基础上，长春黄金研究院研制的STL型水套式离心选矿机（见图4-69），在砂金矿石的选矿生产中也得到了应用。当给矿粒度为-4mm时，金的选矿回收率可以达到90％以上；当给矿粒度为-2.5mm时，金的选矿回收率可以达到99％以上。

85.法尔康离心选矿机的结构是怎样的？有何特点？

法尔康选矿机是美国南伊利诺斯大学与加拿大法尔康（Falcon）公司共同研制的离心选矿设备，于1996年开始工业应用，迄今已有Falcon SB、Falcon C和Falcon UF三个系列的设备成功应用于选矿生产实践中。SB系列法尔康选矿机主要用于选别金矿石，采用间歇式排出精矿；C系列和UF系列法尔康选矿机主要用于选别钨矿石、锡矿石和钽矿石，精矿和尾矿都连续排出。法尔康选矿机的机械结构和工作原理与尼尔森选矿机的相似，但工作时分选锥的离心力强度i通常在150～300，是尼尔森选矿机的2～5倍。

SB系列法尔康选矿机的结构如图4-70所示，其核心部件是1个立式塑料转筒（高度约为其直径的2倍），转筒的下部是1个内壁光滑的倒置截锥（筒壁角有10°、14°、18°等几种），是分选过程的分层区；转筒的上部由2个来复圈槽构成，槽底均匀地分布1圈小水孔，以便使反冲水进入来复圈槽内，松散或流态化高密度产物床层。