第三篇 重力分离技术
内 容 提 纲
第一章 重力选矿概论（ 0, 5 )
第二章 重选基本原理（ 3.5 ）
第三章 重介质分选技术（ 10 ）
第四章 跳汰分选技术（ 6 ）
第五章 流膜分选技术（ 4 ）
第六章 重选生产工艺（ 2 ）
第七章 物料可选性及重选工艺效果评定（ 2 ）
第一章
重 力 选 矿 概 论
教学重点
矿粒的性质,密度,粒度、形状、电性、
磁性、润湿性等。
分选介质的类型,水、空气、重液、重悬
浮液、空气重介质等。
重力选矿的定义及重选方法。
重选过程的共同特点。
重力选矿的应用。
质中运动时，由于它们性质的差异和介质流动
方式的不同，其运动状态也不同。在真空中不
同性质的物体具有相同的沉降速度，在分选介
质，如水、空气、重液（ 密度大于水的液体或
高密度盐类的水溶液 ）、悬浮液（ 固体微粒与
水的混合物 ）、空气重介质（ 固体微粒与空气
的混合物 ）中，由于它们受到不同的介质阻力，
才形成运动状态的差异。
不同粒度和密度矿粒组成的物料在流动介
重力选矿 就是根据矿粒间密度的差异，因
而在运动介质中所受重力、流体动力和其它机
械力的不同，从而实现按密度分选矿粒群的过
程，粒度和形状亦影响按密度分选的精确性。
各种重选过程的 共同特点 是：（ 1）矿粒
间必须存在密度的差异；（ 2）分选过程在运
动介质中进行；（ 3 ）在重力、流体动力及其
机械力的综合作用下，矿粒群松散并按密度分
层 ;（ 4）分层好的物料，在运动介质的运搬下
达到分离，并获得不同的最终产品。
重力选矿的目的,主要是按 密度 来分
选矿粒。因此，在分选过程中，应该想方
设法创造条件，降低矿粒的 粒度 和 形状 对
分选结果的影响，以便使矿粒间的 密度 差
别在分选过程中能起 主导 作用。
根据介质 运动形式和作业目的 的不同，
重力选矿可分为如下几种工艺方法：水力
分级,重介质选矿、跳汰选矿、摇床选矿、
溜槽选矿,洗矿。其中洗矿和分级是按密
度分离的作业，其它则均属于按密度分选
的作业。
重力选矿是当今最通用的几种选矿方法之一，
尤其广泛地用于处理密度差较大的物料。在我国它
是 煤炭 分选的最主要方法，也是选别 金、钨、锡矿
石 的传统方法。在处理 稀有金属 （钍、钛、锆、铌、
钽等）矿物的矿石中应用也很普遍。重力选矿法也
被用来选别 铁、锰矿石 ；同时也用于处理某些 非金
属矿石,如石棉、金刚石、高岭土等。对于那些主
要以浮选处理的 有色金属 （铜、铅、锌等）矿石，
也可用重力选矿法进行 预先选别,除去粗粒脉石或
围岩，使其达到初步富集。重力选矿法还广泛应用
于脱水、分级、浓缩、集尘等作业。而这些工艺环
节几乎是所有选矿厂和选煤厂所不可缺少的 。
第二章
重 选 基 本 原 理
教 学 参 考 书：
1,谢广元等, 选矿学, 中国矿业大学出版社,2001.8
2,姚书典, 重选原理, 北京冶金工业出版社,1992.8
3,张家骏等, 物理选矿, 煤炭工业出版,1992.10
4,张鸿起等, 重力选矿, 煤炭工业出版,1987.1 0
教学重点：
一、颗粒及颗粒群沉降理论
（一）矿粒在介质中的自由沉降
1,矿粒在介质中所受的重力
2,矿粒在介质中运动时所受的阻力
（ 1 ） 摩擦阻力及阻力个别公式
（ 2 ） 压差阻力及阻力个别公式
（ 3 ） 过渡区阻力及阻力个别公式
（ 4 ） 介质阻力通式
3,矿粒在静止介质中的沉降末速
（ 1 ） 沉降末速通式
（ 2 ） 沉降末速个别公式及统一形式
4,矿粒的自由沉降等沉比
（二）矿粒在介质中的干扰沉降
1,矿粒在干扰沉降中运动的特点及常见的几
种干扰沉降现象
2,颗粒的干扰沉降速度公式及求 n 值的方法
3,干扰沉降的等沉比
二、粒群按密度分层理论
（一）按颗粒自由沉降速度差分层学说
（二）按颗粒的干扰沉降速度差分层学说
（三）按矿物悬浮体密度差分层的学说
（四）按重介质作用原理分层学说
第一节 概 述
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 力或其它机械 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 动介质的运 搬达到
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。松散和运搬 分离几乎都是 同时发生的 。但松
散是分层的条件，分层是目的，而分离则是结果。
（ 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。
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，而有不同的沉降速度。为便于研究，首先分析颗
粒的 自由沉降 规律，在此基础上，再进一步讨论粒群存
在时的 干扰沉降 运动。
沉降过程中，最常见的介质运动形式有静止、上升
和下降流动三种。
单个颗粒在无限宽广的介质中的沉降，称为自由沉
降 。这是最简单的沉降运动形式。其运动状态，受重力
和阻力支配。
第二节
颗粒及颗粒群沉降理论
一、矿粒在介质中的自由沉降
（一）矿粒在介质中所受的重力
矿粒在介质中所受重力（ ）等于它在真空中的
重力（ ）与浮力（ ）之差。
即 （ N ） （ 2 - 2 - 1 ）
或 （ N ） （ 2 - 2 - 2 ）
因
故 （ N ） （ 2 - 2 - 3 ）
若设矿粒为球体，则
（ N ） （ 2 - 2 - 4 ）
0
G
G P
PGG
0
??
ρ) gV ( δG
0
??
δVm ??
g
δ
ρδ
mG
0
?
??
3
d
6
π
V ?
ρ) g(δd
6
π
G
3
0
??
可见，重力与矿粒的尺寸、密度及介质的密度有关。
（二）矿粒在介质中运动时所受的阻力
矿粒在介质中运动时，由于介质质点间内聚力的作
用，最终表现为阻滞矿粒运动的作用力，这种作用力叫
介质阻力 。介质阻力始终与矿粒相对于介质的运动速度
方向相反。由于介质的惯性，使运动矿粒前后介质的流
动状态和动压力不同，这种因压力差所引起的阻力，称
为 压差阻力 。由于介质的粘性，使介质分子与矿粒表面
存在粘性摩擦力，这种因粘性摩擦力所致的阻力，称为
摩擦阻力 。介质阻力由压差阻力和摩擦阻力所组成。这
两种阻力同时作用在矿粒上。介质阻力的形式与流体的
绕流流态，即雷诺数 有关。不同情况下，它们各自
所占比例不同，但归根结底，都由介质粘性所致。
Re
最重要的介质阻力公式为粘性摩擦阻力区 斯托克
斯公式 和涡流压差阻力区的 牛顿 - 雷廷智公式,其次是
过渡区的 阿连公式 。
摩擦阻力占优势，压差阻力可忽略（ ≤ 1 ），
摩擦阻力可用 斯托克斯公式 计算
（ N ） （ 2 - 2 - 5 ）
或写成 （ N ） （ 2 - 2 - 6 ）
粘性摩擦阻力和压差阻力是相同的数量级
（ ≤ 500 ），此时过渡区阻力用 阿连公式 计算
（ 2 - 2 - 7 ）
或写成 （ 2 - 2 - 8 ）
Re
3 πμd υR
s
?
22
s
ρυd
Re
3π
R ?
513
A
υμρd1.25πR
?
??
22
A
ρυd
Re4
5π
R ?
Re1 ?
当压差阻力占优势（ ），摩擦阻力
可以忽略不计。压差阻力可用 牛顿 - 雷廷智公式 来计算
（ 2 - 2 - 9 ）
或写成 （ 2 - 2 - 10 ）
可见，介质阻力是与矿粒尺寸、矿粒的相对速度、
介质密度及介质粘度有关的。当 压差阻力 占优势时，介
质阻力与矿粒的相对速度平方和直径 平方 成正比；当 摩
擦阻力 占优势时，介质阻力与矿粒的相对速度和直径的
一次方 成正比。
5
102Re500 ???
22
RN
ρυ0, 0 5 5 πdR ?
?
? ?
22
18
π22
20
π
16
π
RN
ρυdρυdR ??
?
~
介质阻力还可用下列通式表示：
（ 2 - 2 - 11 ）
式中为 阻力系数，它是矿粒形状和雷诺数 的
函数。由式（ 2 - 2 - 11 ）可知，介质阻力 与,,
、成正比，并与 雷诺数有关。
ρυψdR
22
?
ψ
Re
R
2
d
2
υ
ρ
Re
英国物理学家李莱（ L,R a y l e i g h, 1 8 9 3 ） 总结了
大量实验资料，并 在对数坐标上 作出了各种 不同形
状颗粒在流体介质 中运动时，雷诺数 与阻力系数
间的关系曲线，又称李莱曲线。
Re
ψ
图 2 - 2 - 1 球形颗粒的 与 的关系曲线ψ Re
图 2 - 2 - 2 不规则形状矿粒 与 的关系曲线ψ Re
（三）矿粒在静止介质中的沉降末速
矿粒在静止介质中沉降时，矿粒对介质的相对速度
即矿粒的运动速度。沉降初期,矿粒运动速 度很小，
介质阻力也很小，矿粒主要在重力（ ）作用下，作
加速沉降运动。随着矿粒沉降 速度的增大,介质阻力
渐增，矿粒的运动加速度逐渐 减小，直至为 零。此时
，矿粒的沉降速度达到最大值，作用在矿粒上的重力
与阻力 平衡，矿粒以等速度沉降。我们称这个
速度为矿粒的 自由沉降末速,以 表示。
矿粒在介质中沉降 时，受力与运 动加速度将 有如下
关系
（ 2 - 2 - 12 ）
0
G
R
0
υ
dt
dυ
mRG
0
??
0
G
若矿粒为球体，则 。将, m, R 代入式
（ 2 - 2 - 12 ），可得
（ 2 - 2 - 13 ）
运动开始的瞬间，则 ；所以,
此时的矿粒运动加速度具有最大值，通常以 来表
示，即 （ 2 - 2 - 14 ）
称为矿粒沉降时的 初加速度,是一种静力性质的
加速度，在一定的介质中（如水,），
为常数，它只与矿粒的密度有关。
颗粒运动时，介质阻力产生的 阻力加速度,
是动力性质的加速度，它不仅与颗粒及介质的密度有关，而
且还和颗粒的粒度及其沉降速度有关。
δd
6
π
m
3
?
πd δ
ρ6 ψυ
g
δ
ρδ
dt
dυ
2
?
?
?
0υ ?
g
δ
ρδ
dt
dυ ?
?
0
g
g
δ
ρδ
g
0
?
?
3
1 0 0 0 k g / mρ ?
0
g
πd δ
6 ψρυ
a
2
?
0
G
0
g
0
g
颗粒在静止介质中达到沉降末速 的条件为：
即
故得 （ 2 - 2 - 15 ）
式（ 2 - 2 - 15 ）即为计算颗粒在静止介质中自由沉降时的 沉降末
速 的通式。
（ 2 - 2 - 16 ）
为此，刘农（ R,L u n n on ） 提出了两个无量纲中间参数
和 。经推导易求出
（ 2 - 2 - 17 ）
（ 2 - 2 - 18 ）
0
υ
0ag
dt
dυ
或GR
00
????
πd δ
6 ψρυ
g
δ
ρδ
2
0
?
?
6 ψρ
ρ) gπd ( δ
υ
0
?
?
ρ) gπ( δ
ρ6 ψυ
d
2
0
?
?
ψRe
2
Re
ψ
μ
ρG
6μ
ρ) ρg(δπd
ψRe
0
2
3
2
?
?
?
3
0
2
υ6ρ
ρ) gπμ( δ
Re
ψ ?
?
0
υ
图 2 - 2 - 3 球形和不规则形状矿粒的
关系曲线Vk
2
V
ReψRe ?
图 2 - 2 - 4 球形和不规则形状矿粒的
关系曲线
VVk
Re/ R eψ ?
按照求沉降末速通式的原则，采用斯托克斯、阿
连和牛顿 - 雷廷智阻力公式，也可求出三个适用于不
同雷诺数范围的颗粒在静止介质中 自由沉降末速的个
别公式 。
介质阻力以摩擦阻力为主，此时可用 斯托克斯沉
降末速公式 计算,即
m / s （ 2 - 2 - 16 ）
若单位采用 C G S 制
c m / s
或 （ 2 - 2 - 17 a ）
即 （ 2 - 2 - 17 b ）
式中 —— 颗粒相对于介质的有效密度，或称比
密度； —— 流体介质的运动粘度
0
υ
ρ) g(δ
1 δμ
d
υ
2
os
??
)
μ
ρδ
(5 4, 5 dυ
2
os
?
?
1, 0
)
μ
ρ
(
1, 0
)
ρ
ρδ
(
2
5 4, 5 dυ
OS
?
?
11.02
OS
νΔ54.5dυ
?
?
?
?
中间尺寸矿粒的沉降末速，可用 阿连公式 计算，即,
m / s （ 2 - 2 - 18 ）
若单位采用 C G S 制
c m / s
或 （ 2 - 2 - 19 a ）
即 （ 2 - 2 - 19 b ）
3
μ
ρ
3 )
ρ
ρδ
g
15
2
(dυ
2
OA
?
?
?
3
μ
ρ
3 )
ρ
ρδ
(25.8dυ
2
OA
?
?
?
3
1
3
2
1.0
OA
)
μ
ρ
()
ρ
ρδ
(25.8dυ
?
?
3
1
3
2
1.0
OA
νΔ25.8dυ ?
介质阻力以压差阻力为主，此时用 牛顿 - 雷廷智沉
降末速公式 计算,即
m / s （ 2 - 2 - 20 ）
若单位 c m / s
或 （ 2 - 2 - 21 a ）
即 （ 2 - 2 - 21 b ）
总之，上述三个阻力公式，可在特定的阻力区内
使用，将它们写成统一形式，其系数和指数根据雷诺
数值在表 2 - 2 - 1 中查取，计算时采用 C G S 制。
ρ
ρ)d(δ
5.42
ρ
ρ) g3d(δ
υ
R-ON
?
?
?
?
?
??
?
)(
2.54
?
?
?
d
RON
0
2
1
2
1
)()(2.54
?
?
?
??
?
?
?
?
d
RON
0
2
1
2
1
R-ON
νΔ5 4, 2 dυ ?
0
υ
流态区 公式名称 K x y z Re Re2ψ ψ /Re
粘性摩擦阻
力区
斯托克斯公式
（层流绕流） 54.5 2 1 1 0~0.5 0~5.25 ∞ ~42
过渡流区的起始段 23.6 23 65 32 0.5~30 5.25~720 42~0.027
阿连公式
（过渡流区中间段） 24.3 1 3
2
3
1 30~300 720~
2.3× 104
0.027~
8.7× 10-4
过
渡
流
区
过渡流区的末段 37.2 3
2
9
5
9
1
300~3000 2.3× 10
4~
1.4× 106
8.7× 10-4~
5.2× 10-5
涡流压差
阻 力 区
牛顿公式
（紊流 密 绕流） 54.3 2
1
2
1 0 3000~105 1.4× 106~
1.7× 109
5.2× 10-5~
1.7× 10-6
高度湍流区 5102Re ×? 工业生产中遇不到
表 2-2-1
球形颗粒在介质沉降末速的个别公式系数、指数的选择
三个流态区颗粒沉降末速个别公式的统一表达式
为：
（ 2 - 2 - 22 a ）
或 （ 2 - 2 - 22 b ）
以上沉降末速通式和个别公式均表明：矿粒的沉
降末速与矿粒的性质（, ）和介质的性质（,
）有关。相对于形状不规则的矿粒，在使用上述
各公式时，必须考虑到形状的影响，而对公式 加
以修正，此时,应该用与矿粒同体积球体直径
（亦称体积当量直径），同时，公式应乘一个形状（
修正）系数,不规则形状矿粒的沉降末速通式：
（ 2 - 2 - 23 ）
zyx
0
)
μ
ρ
()
ρ
ρδ
(kdυ
?
?
zyx
0
νΔkdυ
?
?
? d
?
?
d
0
υ
V
d
Φ
00
kk
V
ok
Φυυ
ψ
ψ
ρ6ψ
ρ) g(δπd
υ ??
?
?
不规则形状矿粒的沉降末速个别公式：
（ 2 - 2 - 24 a ）
或 （ 2 - 2 - 24 b ）
式中 是矿粒沉降速度公式中的形状修正系数，
或简称形状系数。也就是说，若用球体沉降速度公式计
算形状不规则的矿粒沉降速度时，必须引入一个形状修
正系数。若将形状系数与球形系数作一比较（ 见表 2 - 2 - 2
）可以看出，两者是很接近的。因此，在进行粗略计算
时，可用球形系数取代形状系数。这说明了使用形状系
数来表示物体形状特征，在研究矿粒沉降运动时，具有
实际意义。
zyx
Vok
Kd )()(
?
?
?
??
?
?
??
zyx
Vok
νΔΦK dυ
?
?
Φ
表 2 - 2 - 2 不规则形状矿粒形状系数与球形系数的比较
形状系数
k
?
?
??
矿粒形状
阻力系数比值
?? /
k
范 围 平均值
球形系数
?
类球形 1, 2 ~ 1, 8 0, 9 1 ~ 0, 7 5 0, 8 5 1, 0 ~ 0, 8
多角形 1, 5 ~ 2, 2 5 0, 8 2 ~ 0, 6 7 0, 7 5 0, 8 ~ 0, 6 5
长条形 2 ~ 3 0, 7 1 ~ 0, 5 8 0, 6 5 0, 6 5 ~ 0, 5
扁平形 3 ~ 4, 5 0, 5 8 ~ 0, 4 7 0, 5 3 < 0, 5
因此，不规则形状矿粒的沉降末速中的 值
可用 值取代，即沉降末速通式
（ 2 - 2 - 25 ）
沉降末速个别公式
（ 2 - 2 - 26 a ）
或 （ 2 - 2 - 26 b ）
矿粒的筛分粒度 和体积当量直径 的换
算，可参照表 2 - 2 - 3 进行。
Φ
χ
0ok
χυυ ?
zyx
Vok
)
μ
ρ
()
ρ
ρδ
(χk dυ
?
?
-zyx
Vok
νΔχk dυ ?
s
d
V
d
表 2 - 2 - 3 筛分粒度和体积当量直径的换算关系
颗粒形状
测量值比 Vs /dd
颗粒形状
测量值比 Vs /dd
类球形 1, 1 5 ~ 1, 3 0 长条形 1,1 5 ~ 1, 2 2
（金粒在 1, 6 以下）
多角形 1, 0 6 ~ 1, 2 0 扁平形 1, 0 5 ~ 1, 1
（四）矿粒的自由沉降等沉比
沉降过程中，往往存在某些粒度大、密度小的矿
粒同粒度小、密度大的矿粒以相同沉降速度沉降的现
象，这种现象,叫做 等沉现象 。密度和粒度不同但具有
相同沉降速度的矿粒，称为 等沉颗粒 。等沉颗粒中，
小密度矿粒的粒度与大密度矿粒的粒度之比,称为 等
沉比 。常以 表示。
例如：两等沉粒，其密度和粒度分别以, 及
,表示，且设,因,所以，
，故
（ 2 - 2 - 27 ）
0
e
V2
d
2
δ
12
δδ ? 0201
υυ ?
V2V1
dd ?
1
d
d
e
V2
V1
0
??
1
δ
V1
d
等沉比的大小，可由沉降末速的个别公式或通式写
出。
如两颗粒等沉，则,那么，按通式求解得
故 （ 2 - 2 - 28 ）
由于等沉比通式中包含阻力系数,故无法直接
计算，所以 常借助于个别公式来求得。但 两个等沉
比颗粒必须在同一性质阻力范 围内。对形状 不规则的
矿粒还应把球形系数 考虑在内。
0
e
?
χ
ρ)(δψ
ρ)(δψ
d
d
e
1k2
2k1
V2
V1
0
?
?
??
g
ρ6ψ
ρ)(δπd
g
ρ6ψ
ρ)
1
(δπd
k2
2V2
k1
V1 ?
?
?
0201
υυ ?
（ 1 ） 按斯托克斯公式求，对形状不规则的矿粒，当
时，即 （ 2 - 2 - 29 ）
（ 2 ） 按阿连公式求,同理得
（ 2 - 2 - 30 ）
（ 3 ）按牛顿 - 雷廷智公式求,同理得
（ 2 - 2 - 31 ）
（ 4 ） 按个别公式求解 的统一形式为
（ 2 - 2 - 32 ）
式中指数, 与颗粒运动时的雷诺数 有关。
越大，意味着可选的粒级范围越宽。
ok2ok1
υυ ?
2
1
1
22
1
1
2
V2
V1
os
)
ρδ
ρδ
()
χ
χ
(
d
d
e
?
?
??
3
2
1
2
1
2
V2
V1
OA
)
ρδ
ρδ
)(
χ
χ
(
d
d
e
?
?
??
)
ρδ
ρδ
()
χ
χ
(
d
d
e
1
22
1
2
V2
V1
ON
?
?
??
n
1
2m
1
2
V2
V1
0
)
ρδ
ρδ
()
χ
χ
(
d
d
e
?
?
??
m n Re
0
e
0
e
0
e
0
e
1,初加速度与阻力加速度
2,自由沉降与干扰沉降
3,自由沉降末速
4,等沉现象、等沉粒与等沉比
5,球形颗粒自由沉降末速个别公式及其统一形式与
求解步骤。
6,用通式和个别公式求矿粒的自由沉降末速的计算
步骤。
* 7,为什么矿粒在等速上升介质流中达到恒速时，
其相对运动速度等于矿粒在静止介质中的沉降末速？
且达到恒速时所需时间满足：
to ’ （ 上升流）＜ to （ 静止介质流）
复 习 题 一
二、矿粒在介质中的干扰沉降
（一）矿粒在干扰沉降中运动的特点及常见的几种
干扰沉降现象
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：
（ 1 ）流体介质的粘滞性增加，引起介质阻力变大。
（ 2 ）颗粒沉降时与介质的相对速度增大,导致沉降
阻力增大。
（ 3 ）在某一特定情况下，颗粒沉降受到的 浮力作用
变大。
（ 4 ）机械阻力的产生。
上述诸因素都将使颗粒的干扰沉降速度小于自由
沉降速度。
颗粒干扰沉降时所受阻力（包括介质阻力和机械
阻力）的大小，主要取决于介质中固体颗粒的体积含
量，以固体容积浓度 表示。即单位体积悬浮液内固
体颗粒占有的体积为：
（ 2 - 2 - 33 ）
单位体积悬浮液内液体所占有的体积称为松散
度,可见
（ 2 - 2 - 34 ）
1 0 0 %
V
V
λ
g
??
θ
?? ?? 1
λ
图 2 - 2 - 5 常见的几种干扰沉降形式
（二）颗粒的干扰沉降速度公式
由于干扰沉降是实际重力分选过程中最基本而又最
普遍的现象。里亚申柯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，利用了均
匀粒群（密度、粒度均相同的粒群）在上升水流中的
悬浮研究了干扰沉降的规律。其试验装置如图 2 - 2 - 6 所
示。
当上升介质流速为某一恒速时，粒群相应的悬浮高
度即为定值。此时测量由上部溢流出的水量 Q, 然后
根据沉降管的横断面积 A, 便可算出上升介质流的速
度 。即
（ 2 - 2 - 35 ）
a
u
A
Q
u
a
?
a
u
图 2 - 2 - 6 干扰沉降试验装置
1 - 干扰沉降玻璃管； 2 - 筛网； 3 - 测压管；
4 - 溢流槽； 5 - 使水均匀分布的涡流管；
6 - 切向给水管； 7 - 橡胶塞
若突然切断水源，使 时，测定悬浮体上界面的下
落速度，该速度就是构成悬浮体的任一颗粒的干扰沉降速
度 。实验证明在数值上 。
里亚申柯通过实验得到如下结果：
（ 1 ）当上升水流速度 很小时，床层保持紧密，只有当
达到一定值后，粒群才开始悬浮。
（ 2 ）当 一定时，对于一定量的粒群悬浮高度
也是一定的；增加物料量，高度 也增加，并存在着下述关
系：
在确定的试验中，沉降管的断面积 和颗粒的重度 都为
定值，所以容积浓度 也是常数。即
（ 2 - 2 - 37 ）
g
?
ag
u??
a
u
a
u
a
u
H
H
常数?
?
H
G
0?
a
u
S ?
?
常数?
?
?
?
??
?
?
?
SH
G
SH
G
V
V
同理松散度 也是常数。由此可见，容积
浓度与粒群数量无关，只与上升流速 有关。也就
是干扰沉降速度 与同时沉降的物料量无关，只与
有关。
（ 3 ）随着 增大或减小,也发生增减变化，
和 亦随之改变。 增大,减小，反之亦然。说明
干扰沉降速度 不是定值，而是 的函数。
里亚申柯认为，当颗粒干扰沉降时，每个颗粒
都受到各种阻力的作用，这些阻力之和，可用干扰
沉降阻力 关系式表示。即
（ 2 - 2 - 38 ）
当,可求出颗粒的干扰沉降速度
（ 2 - 2 - 39 ）
)1( ?? ??
a
u
g
?
?
a
u
H
?
?
a
u
?
g
?
?
g
R
???
22
Vggg
dR ?
g
RG ?
0
g
?
ρ6ψ
ρ)(δπd
υ
g
V
g
?
?
里亚申柯通过干扰沉降管的大量试验，得到对应
的 及悬浮高度 H 值，算出矿粒在不同 （即 ）
下的 ? 和 的对应值。
该直线方程式为,
故 （ 2 - 2 - 40 ）
式（ 2 - 2 - 40 ）即为，及的关系式，将其代 入式（ 2 -
2 - 39 ）中得,
令 则 （ 2 - 2 - 41 ）
式中 —— 与矿粒性质有关的实验指数。
值求法可以利用 的经验公式，变换坐标求得。
g
ψ
λ)k l g ( 1lgψlgψ
g
???
kg
λ)(1
ψ
ψ
?
?
2
k
0
kV
g
λ)(1υλ)g(1
6 ψρ
ρ)(δπd
υ ???
?
?
2
k
n ?
n
00g
θυ
n
λ)(1υυ ???
n
n
g
υ
a
u
g
?
a
u
λ)l g ( 1lg
g
???图 2 - 2 - 7
关系曲线
如以 为横坐标，以 为纵坐标，或
以 为横坐标，以 即 为纵坐标均可
求得 值。
求 值的另一种方法，是用求 最大沉淀度法 。所
谓 沉淀度 是指在 单位时间内单位横断面积上所沉淀的
固体体积量 。可见沉淀度具有体积生产率的含义。据
此，沉淀度 =,将 代入，即
（ 2 - 2 - 42 ）
（ 2 - 2 - 43 ）
0
g
υ
υ
lg
λ)l g ( 1 ?
a
l g u
λυ
g
n
0g
λ)(1υυ ??
λλ)(1υλυ
n
0g
??
1
λ
1
n
l
??
λ)l g ( 1 ?
g
lgu
n
n
图 2 - 2 - 8 沉淀度与容积浓度的关系曲线
（三）干扰沉降的等沉比
将一组粒度不同、密度不同的宽级别粒群置于上升介质
流中悬浮，流速稳定后，在管中可以看到固体容积浓度自上而
下逐渐增大，而粒度亦是自上而下逐渐变大的悬浮柱。如图 2 -
2 - 9 所示，在悬浮体下部可以获得纯净的粗粒重矿物层，在上
部能得到纯净的细粒轻矿物层，中间段相当高的范围内是混杂
层。这是宽粒级混合物料在上升介质流的作用下，各种颗粒按
其干扰沉降速度的大小而分层的结果。各窄层中处于混杂状态
的轻重颗粒，因其具有相同的干扰沉降速度，故称其为干扰沉
降等沉颗粒。它们的粒度比称之为 干扰沉降等沉比 。以符号
表示，即
（ 2 - 2 - 44 ）
因是等沉粒，故 （ 2 - 2 - 45 ）
g
e
2
1
g
d
d
e ?
21
n
202
n
101
)λ(1υ)λ(1υ ???
图 2 - 2 - 9 两种密度不同的宽级别矿物混 合物在
上升水流中的悬浮现象
若两异类粒群的颗粒的自由沉降是在同一阻力范围内，则 。
。不规则形状矿粒的自由沉降速度 用式（ 2 - 2 -
26 b ） 表示并将 及 都代入式（ 2 - 2 - 45 ），经整理后则得
（ 2 - 2 - 46 ）
参看公式（ 2 - 2 - 32 ）得出
（ 2 - 2 - 47 a ）
或写
（ 2 - 2 - 47 b ）
（ 2 - 2 - 48 ）
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。
nnn
21
??
n
ok
υ
ok
υ
n
1
2x
y
1
2x
1
1
2
V
V
g
)
λ1
λ1
()
Δ
Δ
()
χ
χ
(
d
d
e
2
1
?
?
??
n
1
2
0g
)
λ1
λ1
(ee
?
?
?
n
θ
θ
0g
)(ee
1
2
?
0g
ee ?
第三节 粒群按密度分层理论
一、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发生。在紊流条件下，
即牛顿阻力条件下，球形颗粒的沉降末速为式（ 2 - 2 - 20 ）,
等沉比为,该式表
明，颗粒粒度对沉降速度有同样重要的影响。 ?, ?, 切乔特将上
式改写为 关系后，并予以延伸，给出不同密
度颗粒在同一介质中沉降时，沉降速度随粒度变化的关系，如
图 2 - 2 - 10 所示。由图可见，要 使两种密度不同的混合粒群在沉
降（或与介质相对运动）中达到按密度分层，必须使给料中最
大颗粒与最小颗粒的粒度比小于等沉颗粒的等沉比。
ρ
ρ)d(δ
ON
5.42υ
?
?
ρδ
ρδ
ON
1
2
e
?
?
?
AχdAυ
ON
??
图 2 - 2 - 1 0 不同密度颗粒的沉降速度随粒度
变化关系图
雷廷智的学说在 19 世纪末欧洲大陆上曾有
广泛的影响。按此观点，它要求矿石（煤）在
入选前作严格地 筛分分级,因而导致了生产流
程的复杂化，但在英国则基于经验对煤采取宽
级别入选，照样取得了良好的结果。当今的选
煤实践也证明了这一点。
二、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（
M o n r o e, 1888 ） 提出了按干扰沉降速度差分层的学
说。颗粒的干扰沉降速度为,干扰沉
降等沉比,由于,由此
可说明在干扰沉降条件下，可以分选宽级别物料的事
实。且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。
n
g
)1(
0
??? ??
n
θ
θ
og
)(ee
1
2
?
0g
ee ?
三、按矿物悬浮体密度差分层的学说
这一学说最早由 A,A 赫尔斯特（ Hi r s t, 1937 ） 和 R,T, 汉考克
（ Han c oc k ） 提出，里亚申柯在试验的基础 上进一步进行了验
证。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，在密度方面具有与均质介质相同的性质。在重力
作用下，悬浮体存在着静力不平衡，就象油与水混合在一起，
最终导致按密度分层，即在上升水流作用下，密度高的悬浮液
集中在下层，而密度低的集中在上层。局部轻矿物和重矿物悬
浮体的密度分别是：
（ 2 - 2 - 49 ）
和 （ 2 - 2 - 50 ）
按此学说实现正分层（重矿物在下）的条件便是
（ 2 - 2 - 51 ）
ρρ)(δλρ
11x1
???
ρρ)(δλρ
22x2
???
ρρ)(δλρρ)(δλ
1122
?????
以某种方式改变 与 的相对值，使
（ 2 - 2 - 52 ）
此时，应发生反分层（轻矿物在下）。当
（ 2 - 2 - 53 ）
此时，两种粒群应处于混杂状态。据此条件，为了简化问题的
分析，可将两种粒群的颗粒看成属于同一阻力范围，即在同一
雷廷智范围内，于是,以 代之。此时，由
代入（ 2 - 2 - 53 ）可得计算临界流速 的公式，即
（ 2 - 2 - 54 ）
2
λ
ρρ)(δλρρ)(δλ
1122
?????
ρρ)(δλρρ)(δλ
1122
?????
21
nn ? n
)n
υ
u
(1λ
0
??
L
u
n
n
υρ)(δ
n
υρ)(δ
δδ
υυu
021012
12
0201L
?
?
?
?
?
?
?
?
???
?
?
1
λ
四、按重介质作用原理分层学说
我国张荣增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。提出轻矿物粗颗粒的浮沉，取决于重矿物细颗粒
与水所构成的悬浮液的物理密度，即与重介质分选原理相同。
正分层的条件成为：
（ 2 - 2 - 55 ）
反分层的条件为：
（ 2 - 2 - 56 ）
悬浮分层由正常分层转为反分层。其分层转变的临界条件为,
（ 2 - 2 - 57 ）
临界上升水速为：
（ 2 - 2 - 58 ）
这就是按重介质作用分层的观点，计算临界水速 的公式。
用它计算的 与实测值很相近，但有时 的计算值偏低。
ρρ)(δλδ
221
???
ρρ)(δλδ
221
???
ρρ)(δλδ
221
???
2
2
1
02L
n
)
ρδ
ρδ
(1υu
?
?
??
u
l
L
u
L
u
L
u
一、颗粒在离心力场中的运动特点
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 有关。所以
不但改变介质的性质可以改善选矿过程。而且，提高作用于颗
粒上的重力加速度 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 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 去取代重力加速度,这就是近几十年来出现的离心
力场中的分选与分离技术。
0
υ
g
第四节 颗粒在离心力场中的运动规律
g
g
ga
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。 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 及重力
加速度 都是常数；在离心力场中则不然，离心力
和离心加速度,是旋转半径及
旋转速度的函数，而且一般说 来，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。
0
G
0
g
rmωF
2
? rωa
2
?
二、颗粒在离心力场中的径向速度
在离心力场中，颗粒在介质中所受的离心力（当介质也作
同步旋转运动时）为,
（ N ） （ 2 - 2 - 59 ）
介质对颗粒在径向上运动的阻力为（ 为颗粒与介质间的
相对运动速度）
（ N ） （ 2 - 2 - 60 ）
根据矿粒在径向运动时受力情况的分析，可建立起运动微
分方程式为
（ N ）
或 （ N ） （ 2 - 2 - 61 ）
rρ) ω(δF
2
6
πd
3
V
??
c
υ
ρυψdR
2
c
2
Vr
?
ρυψdrρ) ω(δ
6
πd
dt
dυ
m
2
c
2
V
2
3
Vc
???
δπd
ρ6 ψυ
rω
δ
ρ)δ
(
dt
dυ
V
2
c2c
?
?
?
?
颗粒在任一回转半径处的径向速度 可按
的条件得出,
m / s （ 2 - 2 - 62 ）
利用特殊条件下的个别阻力公式，按照上述原理
亦可求出适合于一定雷诺数范围内，求径向速度 的
个别公式，唯一应注意的是将重力加速度 g 用离心加
速度 （即 ）取代即可。
0
dt
dυ
c
?
6 ψρ
rρ) ω(δπd
υ
2
V
c
?
?
a rω
2
c
υ
c
υ
（ 1 ）按牛顿 - 雷廷智公式（适用于雷诺数 ）
m / s （ 2 - 2 - 63 ）
（ 2 ） 按阿连公式（适用于雷诺数 ）
m / s （ 2 - 2 - 64 ）
（ 3 ） 按斯托克斯公式（适用于雷诺数 ≤ 1 ）
m / s （ 2 - 2 - 65 ）
5
102Re5 0 0 ???
rω
ρ
ρ)(δ3d
χυ
2V
c
?
?
3 0 0Re30 ??
3
μ
ρ
3
2
1 5 ρ
ρ)2 ( δ
Vc
rωχdυ
?
?
Re
rω
1 8 μ
ρ)(δχd
υ
2
2
V
c
?
?
复 习 题 二
1,固体容积浓度与松散度
2,沉淀度与最大沉淀度
3,两种密度、粒度均不相同的矿粒混合物，其粒度比大于等
沉比，在不同等速上升水流作用下，所出现的悬浮分层现
象，简述悬浮分层学说及重介质作用分层学说的基本观点。
4,干扰沉降等沉比与自由沉降等沉比的关系。
5,颗粒在离心力场中的运动与重力场中的运动有什么区别？
* 6,求解干扰沉降末速时，其经验公式
中指数 的意义及四种求法。
? ?
n
0矿g
λ1VV ??
n
1,用通式和个别公式求矿粒的自由沉降末速的计算步
骤。
2,两种密度、粒度均不相同的矿粒混合物，其粒度比大于等
沉比，在不同等速上升水流作用下，所出现的悬浮分层现
象，简述悬浮分层学说及重介质作用分层学说的基本观点。
3,求解干扰沉降末速时，其经验公式
中指数 的意义及四种求法。
? ?
n
0矿g
λ1VV ??
n
作 业 一
教 学 参 考 书：
1, 谢广元等, 选矿学, 中国矿业大学出版社,2 0 0 1, 8
2,王祖瑞等, 重介质选煤的理论与实践, 煤炭工业出
版社,1988.11
3,张家骏等, 物理选矿, 煤炭工业出版,1992.10
4,张鸿起等, 重力选矿, 煤炭工业出版,1987.1 0
教学重点：
一、重悬浮液的性质
（一）悬浮液的密度
（二）悬浮液的粘度和流变性
（三）悬浮液的稳定性
二、重介质分选机
（ 一）选煤用块煤重介质分选机
（二）选矿用重介质分选机
三、旋转重介质流选矿
一、圆锥型重介质旋流器
二、圆筒形重介质旋流器
三、三产品重介质旋流器
四、重悬浮液的回收与净化
一、重悬浮液回收与净化系统
二、重悬浮液中煤（矿）泥量的动平衡
三、重悬浮液回收与净化的主要设备
四、重悬浮液回收与净化中的损失
五、悬浮液密度的自动控制
六,干法选煤
第一节 概 述
一、重介质选矿的基本原理
二、重介质的种类与加重质的选择
三、重介质选矿的应用
一、重介质选矿的基本原理
通常将密度大于水的介质称为重介质。在这样的介质中进行的选矿称
为重介质选矿，它是按阿基米德原理进行的。
从公式（ 2 - 2 - 4 ）知颗料在介质中的有效重力 与重力加速度 分别
为,
可见,及 均随 的增大而减小。
在重介质中，当 时，,与 的方向一致，矿粒将
向下沉降；而当 时，,与 的方向相反，
矿粒将向上浮起。因此，为使选别过程能有效进行，重介质密度的选择应
在矿石中轻、重两种矿物的密度之间，即 。在这样的介
质中，选别完全属于静力作用过程，流体的运动和颗粒的沉降不再是分层
的主要作用因素，而介质本身的性质倒是影响选别的重要因素。
0
g
)g
δ
ρδ
(g
)gρV ( δFGG
Zj
0
Zj0
?
?
????
ρ
ρδ ?
)(g
0
??
1Zj2
δρδ ??
0
G
0
g
0
G
)(g
0
??
ρδ ?
g
g
二、重介质的种类与加重质的选择
重液 重液是一些密度高的有机液体或无机盐类的水溶液。
重悬浮液 重悬浮液是由密度大的固体微粒分散在水中构成的
非均质两相介质。高密度固体微粒起着加大介质密度的作用，
故称为加重质。
加重质的选择 工业上所用的加重质常用的有下列几种。
硅铁 选矿用的硅铁含 Si 量为 13~ 18 %,这样的硅铁密度为 6.8
克 / 厘米
3
，可配制密度为 3.2~ 3.5 克 / 厘米
3
的重悬浮液。
方铅矿 纯的方铅矿密度为 7.5 克 / 厘米
3
，配制的悬浮液密度可
3.5 克 / 厘米
3
。
磁铁矿 纯磁铁矿密度为 5.0 左右，配制的悬浮液密度最大可达
2.5 克 / 厘米
3
。
选择的加重质，应具有足够高的密度，且在使用过程中不
易泥化和氧化，来源广泛，价格低廉，便于制备与再生。
三、重介质选矿的应用
重介质选矿的给矿 粒度下限,对 金属矿石 为 1, 5 ~3 毫米，对 煤 为 3 ~6 毫
米，应用重介质旋流器可到 0, 3 ~ 0, 5 毫米；给矿 粒度上限, 金属矿石 为
5 0 ~1 5 0 毫米,煤 为 3 0 0 ~4 0 0 毫米。
受加重质自身密度的限制，悬浮液难以达到很高的密度，通常只能比
轻矿物密度略高一点，故重介质选矿不能获得高品位的最终精矿，而只能
选出密度低的单体脉石或采矿过程混入的围岩，从而作为预先选别作业使
用。 对煤来说，通常多采用磁铁矿粉作为加重质 。因其配制的悬浮液密度
范围较宽，完全能够满足分选各种煤炭使用，而且便于回收。对 有色金属
矿石，最适合于处理有用矿物为集合体嵌布或粗粒嵌布的矿石。这类矿石
经中碎后，即有大量单体脉石产出，用重介质选矿法将其除去，使之不再
进入磨矿和选别作业，从而可大大降低生产成本并提高选厂的处理能力。
对于井下开采的 铁、锰矿石,利用重介质选矿法可预先除去混入的围岩，
恢复地质品位。重介质选矿法已在我国用于处理 铁、锰、锡、钨 等矿石。
第二节 重悬浮液的性质
一、悬浮液的密度
二、悬浮液的粘度和流变性
三、悬浮液的稳定性
四、影响悬浮液密度、粘度及
稳定性的因素
影响重介质选矿过程的重悬浮液性质，是指其
密度、粘度和稳定性。
一、悬浮液的密度
（一）悬浮液密度的特点
（二）悬浮液的有效密度
影响重介质选矿过程的重悬 浮液性质，是指其密
度、粘度和稳定性。
一、悬浮液的密度
（一）悬浮液密度的特点
悬浮液是一种不均质的两相系统，在固、液两相间具有很
大的相界面，因此，它具有类似胶体系统的物理化学性质，这
就使悬浮液在密度和粘度方面与均质重液有不同的性质。密度
是指单位体积所具有的质量。悬浮液的密度等于加重质的密度
和液体（水）密度的加权平均值，
（ 2 - 4 - 1 ）
sjzj
λ) ρ(1λδρ ???
11)λ( δρ
jzj
???
式（ 2 - 4 - 1 ）所求悬浮液的密度,在物理意
义上与均质介质的密度不完全相同，只有将悬浮液中
的固、液两相作为一个统一的整体看待时，才具有密
度的概念。因悬浮液是由两种密度完全不同的质点
（即固、液两相质点）所构成的两相混合物，故悬浮
液密度 在数值上不能表征其中每一个质点的密度，
因此通常称该密度为悬浮液的 假密度,或称悬浮液的
物理密度 。
zj
ρ
zj
ρ
（二）悬浮液的有效密度
从式（ 2 - 4 - 1 ）看出，重介悬浮液的密度 是由
加重质的密度 及其容积浓度 所决定。
按规定的重介悬浮液密度配制一定体积的悬浮液，
所需加重质的重量，可用公式计算。根据质量平衡关
系，则
故得
（ 2 - 4 - 2 ）
j
δ
λ
zjzjs
j
j
zjj
ρV)ρ
δ
M
(VM ???
sj
szjjzj
j
ρδ
)ρ(ρδV
M
?
?
?
zj
ρ
图 2 - 4 - 1 结构化悬浮液中矿粒的浮沉运动
在已出现结构化的悬浮液内，若体积为 的矿粒向
下运动，开始时所遇到的静力作用，除悬浮液的浮力
外，还有静切应力引起的支持力 （如图 2 - 4 - 1 a 所
示），故矿粒下沉的条件是
（ 2 - 4 - 3 ）
支持力 的大小与矿粒的表面积 和静切应
力 成正比，即
（ 2 - 4 - 4 ）
将式（ 2 - 4 - 4 ）代入式（ 2 - 4 - 3 ）中，两侧都用
除之，则得
（ 2 - 4 - 5 ）
V
FgρVδV
zjkkk
??
A
0
τ
0
Aτ
K
1
F ?
F
kg
V
k
0
zjk
V
A
g
τ
K
1
ρδ ??
F
图 2 - 4 - 2 K 值与矿粒粒度的关系
式中的 一项是矿粒比表面积，由于,
而, 故
（ 2 - 4 - 6 ）
式中, — 分别为等体积当量直径与等面积当量直径。
将式（ 2 - 4 - 6 ）代入式（ 2 - 4 - 5 ）中，则得
（ 2 - 4 - 7 ）
不等式（ 2 - 4 - 7 ）右侧第 2 项，是由于结构化悬浮液的静切
应力存在，所导致, 浮力, 增大的增大值。该不等式右侧两项之
和，称其为重介悬浮液的 有效密度,以 表示，即
（ 2 - 4 - 8 a ）
相当于实际作用在矿粒上的悬浮液密度值，其大小不
仅与静切应力有关，而且还随矿粒的粒度及形状不同而异。
k
A/V
6
πd
V
3
V
k
?
χ
πd
πdA
2
V2
A
??
Vk
χd
6
V
A
?
V
d
A
d
V
0
zjk
K g χd
6τ
ρδ ??
V
0
zjyx
K g χd
6τ
ρρ ??
yx
ρ
yx
ρ
由于静切应力之合力对矿粒的作用方向始终与矿粒的运动方向相反，
轻矿粒在重介悬浮液中上浮时，作用于矿粒的悬浮液有效密度以 表示，
即
（ 2 - 4 - 8 b ）
此时上浮矿粒实际受, 浮力, 作用小了，因为多了一个因静切应力所引
起的下拖力,如图 2 - 4 - 1 所示。若矿粒的密度 恰好介于 与
之间，即：
（ 2 - 4 - 9 ）
则此矿粒既不下沉也不上浮，在重介悬浮液中处于悬浮不动的状态，
因而就难以获得有效分选。粒度细小形状又不规则的矿粒，这种现象表现
尤为突出，这是导致分选效率不高的重要原因。
生产中悬浮液的密度可用浓度壶人工测定或仪器自动检查。自动测定
装置有压差式密度测量仪和放射性密度测定仪等，由这些装置获得的一次
信号，通过电子仪器转换成电讯号传输给执行机构，用补加水或补加加重
质方法调节悬浮液的密度。
yx
ρ
V
0
zjyx
K g χd
6τ
ρρ ???
F ? b
k
δ
)
K g χd
6τ
(ρδ)
K g χd
6τ
(ρ
V
0
zjk
V
0
zj
????
yx
ρ ?
yx
ρ ?
二、悬浮液的粘度和流变性
（一）悬浮液的粘度和流变性
（二）悬浮液粘度的测定
1,带有搅拌装置的毛细管粘度计
2,同心圆筒式粘度计
（一）悬浮液的粘度和流变性
悬浮液的粘度与均质液体不同，它是液体与液体、固体与
固体以及液体与固体之间的内摩擦力（切应力）的体现。因而
内切应力要比单一分散介质为大。根据流体（包括两相流体）
的切应力与速度梯度的关系，可将流体分为 四种流变类型,即
牛顿流体, 粘塑性流体, 假塑性流体 和 膨胀性流体 。后三种也
称作非牛顿流体。这些流体的速度梯度与切应力关系曲线称作
流变曲线，如图 2 - 4 - 3 所示。
牛顿流体的流变曲线为一通过坐标原点的直线，切应力与速
度梯度的关系可用下式表示：
N /m
2
（ 2 - 4 - 10 ）
dh
du
μτ ?
图 2 - 4 - 3 流体的速度梯度与切应力的关系
1 - 牛顿流体； 2 - 粘塑性流体； 3 - 假塑性流体； 4 - 膨胀性流体
当悬浮液内固体颗粒相互 连接形成网状结构物时，流体不
仅有粘性而且有塑性，称为 粘塑性流体 。流变曲线为一条不通
过原点的曲线。在高的速度梯度下，内部结构物遭到破坏，曲
线渐变为直线。将此直线段向下延伸与 轴的交点 称为 动
切应力 。其值表示粘塑性流体流动时，粘度（塑性粘度）变成
常数所需的最小切应力。直线段的 值与 的关系可表示
为：
（ 2 - 4 - 11 ）
粘塑性流体又称为 宾汉体 。用粘度计测得的这类流体的粘
度称为 视粘度,写成,
（ 2 - 4 - 12 ）
公式右侧第一项称作 结构粘度 。可见，粘塑性流体的视粘
度（总粘度）系由 结构粘度 和 塑性粘度 两项组成。显然视粘度
并非常数，而是随速度梯度的增大而减小。选矿用重悬浮液多
属粘塑性流体。
d
τ
τ
dh
du
dh
du
μττ
pd
??
c
μ
p
d
c
μ
d u / d h
τ
μ ??
τ
假塑性流体和膨胀性流体的流变曲线都通 过坐标原
点，两者均没有静切应力。假塑性流体的流变曲线凸
向 轴，即其视粘度随速度梯度的增加而变小；膨胀
性流体的流变曲线凸向 轴，即其视粘度随速度梯
度的增大而变大，两种流体的 关系服从
指数方程，故又称幂律流体，表达式如下：
（ 2 - 4 - 13 ）
假塑性流体和膨胀性流体的视粘度为：
（ 2 - 4 - 14 ）
τ
dh
du
dh
du
τ ?
n
dh
du
kτ ?
?
?
?
?
?
?
1n
c
dh
du
kμ
?
?
?
?
?
?
?
?
（二）悬浮液粘度的测定
1,带有搅拌装置的毛细管粘度计
1 - 粗玻璃管；
2 - 毛细管；
3 - 隔板；
4 - 搅拌装置；
5 - 接取的容器；
6 - 电动机；
7 - 支架
使用毛细管粘度计测定介质粘度，是因为粘性液体在层流条件下，通过
毛细管的流量，其体积 可按下式计算：
（ 2 - 4 - 15 a ）
公式（ 2 - 4 - 15 a ） 也可写成,
（ 2 - 4 - 15 b ）
或, （ 2 - 4 - 16 ）
或写成,
（ 2 - 4 - 17 ）
V
t
lV
hgr
?
?
?
8
4
?
t
l
hgr
V ?
?
?
8
4
?
t
l
Pr
V
?
?
8
4
?
zjzj
zj
t
l
hgr
V ?
?
?
8
4
?
zjzjzj
t
lV
hgr
?
?
?
8
4
?
由式（ 2 - 4 - 16 ）及式（ 2 - 4 - 17 ）可知，若用同一个毛细管粘度计，在相
同的操作条件下（ 和 不变），分别测定某已知粘度的介质（如水及悬
浮液）流出体积为 所需的时间（ 和 不变），则悬浮液的有效粘度
（视粘度）为,
（ 2 - 4 - 18 ）
或
（ 2 - 4 - 19 ）
式（ 2 - 4 - 19 ）中，重介质悬浮液的粘度与水粘度的比值，称为悬浮液
的 相对有效粘度,简称 相对粘度,以 表示，即
（ 2 - 4 - 20 ）
显然，悬浮液的运动粘度则为,
（ 2 - 4 - 21 ）
所以，悬浮液的 相对运动粘度 便为,
（ 2 - 4 - 22 ）
s
zj
s
zj
zj
zj
t
t
ν
ρ
μ
ν ??
ss
zjzj
szj
tρ
tρ
μμ ?
ss
zjzj
s
zj
tρ
tρ
μ
μ
?
'
zj
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ss
zjzj
s
zj'
zj
tρ
tρ
μ
μ
μ ??
Vh
V
t Zj
t
s
zj
s
zj
ZJ
t
t
ν
ν
ν ???
按上述原理，可利用毛 细管粘度计，测定重介质悬
浮液的相对动力粘度 及相对运动粘度 。测定方
法是：先将毛细管下端口堵住，在粗玻璃管中加入一
定体积（一般可为 200 mL ） 的水。然后开动搅拌装置
并测定由毛细管流出规定体积水（规定流出的体积应
少于加入体积）所需的时间 。再按同样方法在粗玻
璃管中加入与测水时体积相等的悬浮液，并测定与测
水时流出相同体积悬浮液所经历的时间 。于是便
可根据式（ 2 - 4 - 20 ）、式（ 2 - 4 - 22 ）算出悬浮液的相对
动力粘度 和相对运动粘度 。
'
zj
μ
'
zj
v
s
t
Zj
t
'
zj
μ
'
zj
v
2, 同心圆筒式粘度计
图 2 - 4 - 5 是外转筒式粘度计的示意图。
图 2 - 4 - 5 外转筒式粘度计示意图
1 - 转速表； 2 - 外转筒； 3 - 吊筒； 4 - 扭丝；
5 - 量角器； 6 - 电动机； 7 - 自耦变压器
根据式（ 2 - 4 - 23 ）及式（ 2 - 4 - 24 ）算出在该条件下的
速度梯度 与切应力 。
（ 2 - 4 - 23 ）
（ 2 - 4 - 24 ）
根据第二章的公式，即
将已计算的切应力及速度梯度代入，便可求出 值，该
即为要求的悬浮液粘度。
dh
du
τ
H2 πR
M
τ
2
1
?
dh
du
μτ ?
μ
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
2
2
2
1
2
1
R
1
R
1
R
2ω
dh
du
μ
三、悬浮液的稳定性
悬浮液的稳定性是悬浮液维持自身密度不变的性
质。由于悬浮液中的加重质受自身重力作用始终有向
下沉降的趋势，从而使上下层密度发生变化。显然加
重质的沉降速度直接影响悬浮液的稳定性，因此通常
用加重质在悬浮液中的沉降速度 的倒数表示稳定性
的大小，称作稳定性指标 （秒 / 厘米），即
（ 2 - 4 - 25 ）
值愈大，表示悬浮液的稳定性愈好，分选愈易进
行。
υ
Z
υ
1
Z ?
Z
如图 2 - 4 - 7 所示。 称为临界
容积浓度。临界容积浓度因加重
质的种类和性质而异，一般介于
25~ 30% 之间。当悬浮液的容积浓
度超过临界值时，矿粒在其中的
沉降速度急剧降低，设备生产能
力相应减小，分选效率变低。
L
λ
四、影响悬浮液密度、粘度及稳定性的因素
（ 1 ）悬浮液中加重质容积浓度的影响
图 2 - 4 - 7 悬浮液粘度与容积浓度的关系粘度
单位以流出毛细管的时间（秒）表示
（ 2 ）加重质的密度、粒度和形状影响
悬浮液的容积浓度受流动性（主要是粘度）的限制，常不允许超过某最
大值。因此要求配制的悬浮液的密度愈高，则加重质的密度亦应愈高，即加
重质的选择应与所配制的悬浮液密度相适应。
一般来说，在同样容积 浓度下，加重质的粒度愈小，视粘度将愈大，
开始形成结构化的浓度亦愈低。加重质的形状则是愈接近球形，悬浮液的粘
度愈小。矿泥含量对悬浮液视粘度的影响也是很大的，对结构化的形成尤为
敏感。这里所说的矿泥系指小于 1 0 ~2 0 微米的颗粒。在原矿中含泥量多时即
须事先通过洗矿脱除；在介质循环过程中也会产生一部分矿泥，可在加重质
的再生系统中予以脱除。
悬浮液的稳定性和粘度常常是矛盾的。粘度大则稳定性高，粘度小则稳
定性低。而生产上则希望悬浮液既有小的粘度又有高的稳定性，可是这两者
是难以兼得的，所以在选择悬浮液时，应综合利弊统一考虑。为使悬浮液能
够更好地稳定，保持上下层的密度尽可能地一致，可在分选机内采用机械搅
拌、机械振动或使悬浮液流动等办法予以改善。
第三节 重介质分选机
一、选煤用块煤重介质分选机
二、选矿用重介质分选机
矿粒借重悬浮液在重力场中按密度完成选分过程
所用的设备称重介质分选机。
表 2-4-1 重介质分选机分类表
分 类 特 征 分 选 机 类 型
分选后的产品品种 两产品分选机三产品分选机
悬浮液流动方向
水平液流分选机
垂直液流分选机（上升流或下降流）
复合液流分选机（水平 -上升流或水平 -下降流）
分选槽形式 深槽分选机浅槽分选机
排矸装置形式
提升轮分选机（斜轮、立轮）
刮板分选机
圆筒分选机
空气提升式分选机
一、选煤用块煤重介质分选机
（一）斜轮重介质分选机
（二）立轮重介分选机
1,JL 型立轮重介质分选机
2,滴萨（ DISA ） 型立轮重介质分选机
3,太司卡（ TESKA ） 型重介质分选机
（三）圆筒型重介质分选机
（一）斜轮重介质分选机
1 - 分选槽；
2 - 提升轮；
3 - 排煤轮；
4 - 提升轮轴；
5 - 减速装置；
6 - 电动机；
7 - 提升轮骨架；
8 - 齿轮盖；
9 - 立筛板；
10 - 筛板；
11 - 叶轮；
12 - 支座；
13 - 轴承座；
14 - 电动机；
15 - 链轮；
16 - 骨架；
17 - 橡胶带；
18 - 重锤
图 2 - 4 - 8 斜轮重介质分选机
斜轮重介质分选机的优点：
（ 1 ）分选精确度高。由于重产物的提升轮在分选槽底部旁则
运动，在悬浮液中处于分选过程的物料不被干扰，可能偏差
可达 0.02~ 0.03 ；
（ 2 ）分选粒度范围宽，处理能力大。该机槽面由于制造得较
为开阔，斜提升轮直径可达 8 m 或更大。因此，分选粒度上限可
达 1 00 0 mm, 下限为 6 mm 。 如国产分选槽宽为 4 m 的重介质分选
机，其斜轮直径为 6.55 m, 处理能力为 350~ 500 t /h ；
（ 3 ） 该机悬浮液循环量少。由于轻产物采用排煤轮的重锤拨
动排放，所以被煤带走的悬浮液量少，故悬浮液循环量低（按
入料计约为 0.7 ~ 1.0 m
3
/ t,h ）；
（ 4 ） 由于分选槽内有上升悬浮液流使悬浮液比较稳定，分选
机可使用中等细度的加重质，即小于 3 2 5 目（ < 0, 0 4 mm ） 占
40% ~ 50 % 已达到细度要求。
E
（二）立轮重介分选机
立轮重介分选机作为块煤分选设备，在国外应用较多。
常见的有德国的太司卡（ T E S K A ） 型和波兰的滴萨（ DI S A ）
型立轮重介质分选机。我国 70 年代初期研制了 JL
1, 8
型立轮重介
质分选机。安装在汪家寨选煤厂，用来洗选跳汰机的中煤，获
得良好效果。在此基础上 80 年代初又设计了 JL
2, 5
型立轮重介质
分选机，用以处理 50~ 300 mm 粒级的块煤排矸。
立轮重介质分选机与斜轮重介质分选机工作原理基本相
同，其差别仅在于分选槽槽体型式和排矸轮安放位置等机械结
构上有所不同。在相同处理量，立轮重介质分选机具有体积小
、重量轻、功耗少、分选效率高及传动装置简单等优点。
1, J L 型立轮重介质分选机
图 2 - 4 - 10 JL
1, 8
型立轮重介质分选机结构示意图
1 - 分选槽； 2 - 排矸轮； 3 - 棒齿； 4 - 排矸轮传动系统； 5 - 排煤轮；
6 - 排煤轮传动系统； 7 - 矸石溜槽； 8 - 机架； 9 - 托轮装置
2, 滴萨（ D I S A ） 型立轮重介质分选机
图 2 - 4 - 1 1 D I SA - 1S 型立轮重介质分选机
N - 入料； K - 浮物； T - 沉物； a - 悬浮液入口； b - 悬浮液排放口；
1 - 分选槽； 2 - 分选槽侧部； 3 - 承重结构； 4 - 提升轮； 5 - 支撑中心线； 6 - 排矸溜槽；
7 - 入料口盖板； 8 - 分选槽底部； 9 - 振作平台； 10 - 提升轮传动装置； 11 - 定位辊； 12 - 导向辊；
13 - 传动皮带； 14 - 浮物刮板（ P
1
,P
2
分别为作用在横向及纵向支承梁上的重力）
图 2 - 4 - 1 2 D I SA - 2S 型立轮重介质分选机
N - 入料； K - 浮物； T - 沉物； a - 悬浮液入口； b - 悬浮液排放口；
1 - 分选槽； 2 - 分选槽侧部； 3 - 承重结构； 4 - 提升轮； 5 - 支撑中心线； 6 - 排矸溜槽；
7 - 入料口盖板； 8 - 分选槽底部； 9 - 操作平台； 10 - 提升轮传动装置； 11 - 定位辊；
12 - 导向辊； 13 - 传动皮带； 14 - 浮物刮板（ P
1
,P
2
为作用于支承梁上的重力）
图 2 - 4 - 1 3 D I SA - 3S 型三产品重介质分选机
Y - 入料； J - 精煤； Z - 中煤； G - 矸石； a - 悬浮液入口； b - 悬浮液入口； b - 悬浮液排放口；
1 - 分选槽； 2 - 分选槽侧部； 3 - 承重结构； 4 - 提升轮； 5 - 支撑中心线； 6 - 沉物排放溜槽；
7 - 入料槽； 8 - 分选槽底部； 9 - 操作平台； 10 - 提升轮传动装置； 11 - 定位辊；
12 - 导向辊； 13 - 传动皮带； 14 - 浮物刮板（ P
1
,P
2
分别为作用在横向及纵向支承梁上的重力）
3,太司卡（ T E S K A ） 型重介质分选机
图 2 - 4 - 14 太司卡重介质分选机结构图
图 2 - 4 - 15 太司卡重介质分选机的密封装置
1 - 充气橡胶圈； 2 - 橡胶块； 3 - 接触面； 4 - 提升轮； 5 - 分选槽
图 2 - 4 - 16 太司卡三产品重介分选机
立轮重介质分选机较斜轮重介质分选机有更多的优点，主要
有：
（ 1 ）在分选槽内立轮产生涡流的流动方向与沉物的沉降方
向一致，所以对分选过程影响不大；斜轮在分选槽内所产生的
涡流运动方向与沉物的沉降方向相反，并同时造成一个水平旋
转的涡流，不仅影响分选效果，而且降低处理量。
（ 2 ）相同槽宽的立轮重介质分选机比斜轮重介质分选机体
积小、重量轻。
（ 3 ）立轮重介质分选机传动机构简单，故不易损坏，事故
少；斜轮则传动机构较复杂，事故多，因而维修工作量大。
（ 4 ）重介分选机工作中的磨损情况，立轮比斜轮要 轻，如
排矸轮、分选槽等寿命均在 5 年以上。
图 2 - 4 - 17 立轮重介质分选机内涡流流动状况
图 2 - 4 - 18 斜轮重介分选机中涡流状况
（三）圆筒型 重介质分选机
2 - 4 - 19 维姆科圆筒重介质分选机结构示意图
1 - 纵向隔板； 2 - 沉物排放溜槽； 3 - 溢流排出口；
4 - 滚轮； 5 - 沉物与浮物的分隔板
图 2 - 4 - 20 维姆科圆筒重介质分选机的结构型式
维姆科圆筒重介质分选机的优点是结构简单，紧
凑，因除圆筒转动外，无其它运动部件；工作可靠，
分选精度高，可能偏差 值在 。其缺点是
悬浮液的循环量大，除浮煤靠溢流排走外，沉物也需
悬浮液冲送才能排出；另外，由于给入分选机的只有
一种 水平介质流,为确保重介质的稳定性，故所需加
重质粒度要较细。
E 03.0~02.0
二、选矿用重介质分选机
（一）重介质振动溜槽
（二）深槽式圆锥型重悬浮液选矿机
（一）重介质振动溜槽
图 2 - 4 - 21 重介质振动溜槽结构示意图
1 - 电动机； 2 - 传动装置； 3 - 连杆； 4 - 槽体； 5 - 给水管；
6 - 槽底水室； 7 - 支撑用的板弹簧； 8 - 机架； 9 - 分离隔板
图 2 - 4 - 22 重介质振动溜槽的工作过程示意图
1 - 振动溜槽； 2 - 脱介筛； 3 - 悬浮液循环泵； 2 - 4 - 贮存悬浮液圆锥
该设备的工作特点是床层松散性能好，可用较粗粒度
的加重质（一般粒级在 1.5~0.15 ）。 加重质在床层内也
要分层，层底容积浓度可达 55%~60%,而粘度仍较小。
因此，可采用较低密度的加重质，借助高的容积浓度仍
获得较高的分离密度。例如，在一般重介质分选机中用
磁铁矿作加重质，只能配成密度为 2.5 g/cm3 的悬浮液，
而在振动溜槽中分选密度可达到 3.3 g/cm3。 加重质粒度
变粗后，又有利于介质的净化和回收。在分选介质中混
入一些矿泥（如达 20%）对分选效果影响不大。
（二）深槽式圆锥型重悬浮液选矿机
图 2 - 4 - 23 深槽式圆锥型重介质分选机
a - 内部提升式单圆锥型重介质分选机； b - 外部提升式双圆锥型重介质分选机；
1 - 回转中空轴； 2 - 圆锥槽； 3 - 套筒； 4 - 刮板； 5 - 电动机； 6 - 外部空气提升管
复习题三
1, 加重质
2,悬浮液物理密度和有效密度
3, 简述牛顿流体和非牛顿流体的流变特性。
4, 影响悬浮液密度、粘度及稳定性的主要因素及
利用毛细管粘度计测定悬浮液粘度的方法。
5,斜轮重介质分选机两股介质流的作用以及斜轮
重介质分选机的优缺点。
* 6,试简述国产立轮分选机、滴萨型、太司卡型的
结构特点和工作过程。
7, 立轮重介质分选机与斜轮重介质分选机相比，
有哪些特点？
第四节 旋转重介质流选矿
一、圆锥型重介质旋流器
二、圆筒形重介质旋流器
三、三产品重介质旋流器
重介质旋流器是一种利用离心力场强化细粒级矿粒在重介质中分选的
设备，能使密度差值小（± 0, 1 含量大）的难选和极难选细粒物料也能获得
精确的分选。其结构简单，无运动部件，分选效率高。对于选煤来说，入
料粒度上限由原来的 13 （ 10 ） mm, 已扩大到 50 mm, 有效分选下限可达到
0, 1 5 （ 0, 1 0 ） mm 。 选别细粒煤时，可能编差,同时，还
可以脱除煤中黄铁矿硫。
根据其 机体结构和形状 分为：
圆锥型 和 圆筒型 两产品重介质旋流器；
双圆筒 串联型,圆筒 型与 圆锥 型串联的三产品重介质旋流器。
根据 给料方式 可以分为 有压给料式 和 无压给料式 两种。
属于无压给料式的 有荷兰的 D, S,M 重介质旋流器及其仿制品（日本永田
式、苏联两产品重介质旋流器及我国煤用或矿用重介质旋流器），另外，
美国的麦克纳利、英国的沃西尔、日本的倒立旋流器等。
属于无压给料式的有美国 D, W,P 旋流器、苏联 ГЦ - 5 0 0 型旋流器等。
06.0~02.0?
p
E
一、圆锥型重介质旋流器
（一）重介质旋流器的构造和分选过程
（二）重介质旋流器中流体的分布规律
1,切向分速度
2,径向分速度
3,轴向分速度
（三）影响重介质旋流器工作的因素
1,进料压力
2,悬浮液的密度
3,入料的固液比（矿粒与悬浮液的体积比）
4,旋流器结构参数对工作效果的影响
5,重介质旋流器的给料方式
6,重介质旋流器的安装
（四）其它类型圆锥形重介质旋流器简介
1,倒立型重介质旋流器
2,麦克纳利重介质旋流器
υ
r
υ
a
υ
（一）重介质旋流器的构造和分选过程
D, S, M 型两产品重介质旋流器结构图如图 2 - 4 - 24 所示。
图 2 - 4 - 24 两产品重介质旋流器
1 - 入料管； 2 - 锥体； 3 - 底流口； 4 - 溢流管； 5 - 溢流室； 6 - 基架
图 2 - 4 - 25 重介质旋流器分选过程
（二）重介质旋流器中流体的分布规律
为了说明矿物颗粒在旋流器 内的分离过程，首先
介绍旋流器中流体的分布规律。旋流器中的流体流速
分布是很复杂的。旋流器中任一点矿浆的流动速度可
分解成为 切向、径向和轴向三个分速度 。凯尔萨尔用
特殊的显微镜观察过细粒在透明的水力旋流器内运动
的情况。为了方便起见，现对三个分速度分别进行分
析。图 2 - 4 - 26 为凯尔萨尔测定的旋流器中流体流速分
布图。
图 2 - 4 - 26 凯尔萨尔测定的旋流器中流体速度的分布图
a - 切向速度曲线； b - 径向速度曲线； c - 轴向速度曲线；
1 - 旋流器器壁； 2 - 空气柱； 3 - 溢流管
1,切向分速度,
矿浆在旋流器中的切线速度是由于进料以切线方向给入而
获得的。图 2 - 4 - 26 a 为流体在旋流器中不同水平断面及不同半径
处的切向速度 分布图。从该图可看出，在同一水平面上，
切向速度随半径减小而增大。在接近溢流管壁和空气柱处时达
到最大值，尔后迅速减小。不同断面上的切向速度分布曲线略
有不同，除靠近中心空气柱及溢流管壁处 随 而减小外，
其它部分 与 之间有下列方程式关系。即
式中 —— 为幂指数。
是一个变数，凯尔萨尔通过试验认为,值取决于旋转
半径，靠近水力旋流器壁处,而在空气柱半径处
。匈牙利达尔扬教授提出 为 0.5~ 0.9 。日本人藤本敏治确定
为 0.5~ 0.83 。旋流器的工作条件不同,值亦不同。同一旋流
器的不同断面处，值略有差异，但仍可用平均值表示。
υ
常数rυ
n
t
?
0.5n ?
r
t
υ
t
υ r
t
υ r
n
n n
n n
n
0.3n ?
2,径向分速度
由图 2-4-26b可知，径向分速度 随半径的减小而减小（直至零），然
后改变方向。在器壁附近，径向速度是向外的，而靠近轴心处，径向速度
是向里的。
3,轴向分速度
由图 2-4-26c可知，流体的轴向分速度在旋流器壁附近方向向下，随半
径减小，流体的轴向速度减小，直至零。速度曲线通过零点位置改变方向，
之后随半径减小，向上速度增加，到接近空气柱边缘时达到最大值。
将各断面上轴向分速度为零的点连接起来，可以得到一个圆锥形包络
面。在锥形包络面以外的全部矿浆都向下流动，在锥形包络面以内的矿浆
则为上升流。
以上结论是在固体浓度很小的水介质中所测得的。对重悬浮液的运动
情况测得较少。
使用重悬浮液作为分选介质时，悬浮液是由高密度的固体粒子与水混
合成的不均匀两相体系。由于旋流器中的离心力相当大，因此，悬浮液本
身将在旋流器中受到强烈的浓缩作用，从而造成悬浮液的密度在旋流器中
分布不均匀。
图 2-4-27为直径 75mm旋流器悬浮液密度的分布情况。
rυ
aυ
rυ
图 2 - 4 - 27 重介质旋流器恒密度面
给料密度 1.50 g/c m
3；
溢流密度 1.40 g /c m
3；
底流密度 2.78 g/c m
3
从图中可看出，悬浮液的密度由旋流器的 中心向外 随 半径增加
而增高 。半径相同处,由上到下,悬浮液的密度 逐渐增高 。越接
近器壁，越接近底流口，悬浮液密度越大。由于 浓缩 作用,底流
的密度 比溢流 的密度 高 得多。加重质的粒度越粗、密度越大、离
心力越大、锥角越大、底流口越小，则悬浮液的浓缩作用越强。
同样，由于浓缩结果，旋流器 底流 中悬浮液的密度将 高于入料 悬
浮液的密度,溢流 则 低于入料 悬浮液密度。矿粒在旋流器中的 实
际 分选密度 介于溢流 密度和 底流 密度 之间,并且 高于入料 的密
度 。分选密度增高的数值（ 与入料相比）与 操作条件（浓缩作
用的强弱）有关。一般为 0,2 ~ 0, 4 g/ c m
3
。 因此，在重介质旋流器
中可以采用密度较低的悬浮液来得到较高的分选密度，从而减少
加重质的用量。
因此，重介质旋流器的分选过程，可以用, 分离锥面, 的学说来概括，即
在旋流器内存在一个 低密度 与 高密度 物体的 分离界面,这个界面是轴向零
速面和径向零位面的综合面，其形状基本上是锥形，该 界面上的介质密度
一般 等于 矿粒的 分离密度 。矿粒进入旋流器后，在离心力的作用下，位于
,分离锥面, 内部 的 高密度矿粒 则由 中心向外移动,如它的密度高于, 分离锥
面, 附近悬浮液的密度，则该故粒将 越过, 分离锥面, 进入 下降流,并由底流
口排出。反之，则仍停留于上升液流中，并由溢流口排出。在, 分离锥面,
外部 的 低密度的矿粒,则 向中心移动,如它的密度低于, 分离锥面, 附近悬
浮液的密度，则该矿粒将越过, 分离锥面, 而进入 上升流 中，并由溢流口排
出。反之，仍留在下降流中，由底流口排出。所以, 分离锥面, 上的悬浮液
的密度，是矿粒在旋流器中的实际分选密度。有人认为，由于在整个, 分离
锥面, 上，悬浮液各点的密度并不相同，密度自上而下地逐渐增加，因此，
矿粒在旋流器中分选是一个连续进行多次分选过程,决定矿粒最终分选密
度 的，是分离锥面 最下端的悬浮液密度,这一点的密度和位置不仅与给料
速度、介质性质、介质密度有关外，还与旋流器本身的结构参数有密切关
系。对于这一点研究得还很不够。
（三）影响重介质旋流器工作的因素 （六个方面）
1,进料压力
2,悬浮液的密度
3,入料的固液比（矿粒与悬浮液的体积比）
4,旋流器结构参数对工作效果的影响
1 ）圆柱体的长度
2 ）圆锥角的大小
3 ）溢流口的直径
4 ）底流口的直径
5 ）锥比 底流口直径与溢流口直径之比谓之锥比。
6 ）入料口尺寸
7 ）溢流管插入深度
5,重介质旋流器的给料方式
6, 重介质旋流器的安装
图 2 - 4 - 2 8 圆柱长度与分
选效果关系
重介质旋流器的给料方式
重介质旋流器的给料方式有三种,第一种 是将物料与悬浮液混合后 用
泵打入 旋流器。入料压力可达 0, 1 M P a 以上。 第二种 是 利用定压箱 给料，
物料和悬浮液在定压箱中混合后靠自重进入旋流器。定压箱液面高于旋
流器入料口（视旋流器直径大小而定），一般 500 mm 直径的旋流器不低
于 5 m 的高度，以保证入料口压力不低于 0, 0 4 M P a, 否则，压力过低离心
力过小，影响分选效果，降低处理能力。这种给料方式称为低压给料旋
流器。生产上广泛采用这种方式。第一种用泵给料，在给料过程中，致
使物料粉碎现象严重，并增加设备磨损，虽然可降低厂房高度，仍比较
少用。由于旋流器的结构改变，又产生 第三种 给料方式，即悬浮液用泵
以切线方向给入圆筒旋流器下部，而物料靠自重从圆筒顶部给入，称为
无压 旋流器。 旋流器的入料口形状有多种多样的形式，如圆形、方形、
长方形等。入料管一般是直倾斜的，也有采用抛物线形和摆线形的。总
的要求应该考虑使矿浆按切线方向进入旋流器，阻力要小，易于制造。
重介质旋流器的安装
重介质旋流器一般 倾斜安装,旋流器 轴线与水平 的
夹角为 10
0
，便于旋流器入料、溢流和底流管路系统的
的安装。当设备停止运转时,物料能顺利的 从旋流器
中排出来。对低压给料旋流器 更应倾斜安装,因如采
用正立垂直安装，溢流口与底 流口高差引起 压力变化
，底流口所受压力比溢流口大,从而使矿浆 大量从底
流口排出，影响旋流器正常工 作。日本涡流 旋流器，
采用粗粒磁铁矿粉作加重质,在结构上有所 改变，采
用倒立安装方式。
（四）其它类型圆锥形重介质旋流器简介
1,倒立型重介质旋流器
图 2 - 4 - 29 倒立重介质旋流器
1 - 浮物室； 2 - 浮物排出口； 3 - 溢流套管；
4 - 溢流管； 5 - 底板； 6 - 主入料室；
7 一次入料室； 8 - 调节闸板；
9 - 给料喷嘴； 10 - 接头；
11 - 圆锥体； 12 - 空气柱调节管；
13 - 圆锥口； 14 - 盖板；
15 - 液位调节器； 16 - 调节套管；
17 - 沉物室； 18 - 沉物室盖；
19 - 托架； 20 - 调整螺母
2,麦克纳利重介质旋流器
美国麦克纳利公司制造的一种圆锥形重介质旋流器，其
主要特点是入料沿摆线方向给入，见图 2 - 4 - 30,图 2 - 4 - 31 。
图 2 - 4 - 30 麦克纳利重介质旋流器 图 2 - 4 - 31 麦克纳利旋流器的给料方式
二、圆筒形重介质旋流器
1,D.W,P 型圆筒重介质旋流器
2,原苏联 ΓЦ - 500 型旋流器
3,沃西尔重介质旋流器
4,大粒级煤重介质旋流器
1,D.W.P 型圆筒重介质旋流器
由美国维尔莫特公司研制的 D, W, P 型重介质旋流器，机体为圆筒形，
筒长与直径比为 3 ~ 6,它是一种无压给料式重介质旋流器。
图 2 - 4 - 3 2 D, W,P 重介质旋流器
图 2 - 4 - 33 D,W.P 旋流器布置图
图 2 - 4 - 34 H M C C - 400 型圆筒重介质旋流器布置示意图
1 - 给料斗； 2 - 反压力调节筒； 3 - 圆筒重介质旋流器
图 2 - 4 - 3 5 φ 6 5 0 m m 无压给料两产品重介质 旋流器结构示意图
2,原苏联 ΓЦ - 500 型旋流器
图 2 - 4 - 36 ΓЦ - 500 型旋流器
3, 沃西尔重介质旋流器
图 2 - 4 - 37
沃西尔重介质旋流器
1 - 调排料口；
2 - 沉物室；
3 - 旋涡排料室；
4 - 旋涡溢流管；
5 - 主分选室
4, 大粒级煤重介质旋流器
图 2 - 4 - 38
大粒级煤重介质旋流器
三、三产品重介质旋流器
三产品重介质旋流器，是由两台两产品重介质旋流器串联
组装而成，从分选原理上没有差别。第一段为主选，采用低密
度悬浮液进行分选，选出精煤和再选入料，同时由于悬浮液浓
缩的结果为第二段准备了高密度悬浮液；第二段为再选分选出
中煤和矸石两种产品。三产品重介质旋流器的主要优点是需一
套悬浮液循环系统，简化再选物料的运输。其缺点是在第二段
分选时，其重介质密度的测定和控制较难。因第二段悬浮液入
料是由第一段旋流器浓缩而来。由于悬浮液密度与两段旋流器
结构尺寸有关，所以第二段旋流器的分选密度除与第一段分选
密度和两段旋流器的溢流管直径有关外，还与第二段旋流器底
流口直径有关。因此，溢流管直径要选择适当。三产品重介质
旋流器工艺简化，基建投资省和生产成本较低，受到了用户的
欢迎。
图 2 - 4 - 39 无压给料三产品重介质旋流器结构示意图
图 2 - 4 - 4 0 φ 7 1 0 / 5 0 0 三产品重介质 图 2 - 4 - 4 1 φ 5 0 0 / 3 5 0 三产品重介质
旋流器示意图 旋流器结构示意图
图 2-4-42 Γ T-3/80型三产品重介旋流器
1-第一段圆筒形旋流器； 2-入料管； 3-底流口； 4-连接管； 5-溢流管； 6-溢流室；
7-排料管； 8-第二段旋流器的圆筒部分； 9-第二段旋流器的圆锥部分； 10-底流口；
11-矸石室； 12-排料管； 13-溢流管； 14-中煤室； 15-排料管
图 2 - 4 - 43 Γ T - 3 / 50 型三产品重介旋流器结构
1 - 圆筒旋流器； 2 - 圆筒圆锥旋流器； 3 - 连接管； 4 - 悬浮液给入管；
5 - 入料管； 6 - 溢流管； 7 - 精煤排出管； 8 - 第二段底流口
图 2 - 4 - 44 T r i - F lo 分选机
第五节 重悬浮液的回收与净化
一、重悬浮液回收与净化系统
二、重悬浮液中煤（矿）泥量的动平衡
三、重悬浮液回收与净化的主要设备
四、重悬浮液回收与净化中的损失
物料经分选后，轻、重产品都带走大量的悬浮液，必须迅
速地回收循环使用。为使回收的悬浮液性质符合要求，必须进
行净化浓缩。因此，悬浮液的回收与净化是重介选矿流程中的
一个重要组成部分，这个环节工作的好坏将直接影响分选效果。
一、重悬浮液回收与净化系统
常用于粗粒（块煤）重介质分选悬浮液回收净化流程，如图
2 - 4 - 45 所示。
图 2 - 4 - 45 悬浮液回收净化流程比较简单。缺点是细粒磁铁 矿
容易损失。常用于粗粒（块煤）分选的悬浮液回收净化流程。
图 2 - 4 - 46 是适用于末煤重介选悬浮液回收净化流程。该流 程
比前者复杂。优点是能够回收细粒磁铁矿和细煤泥，保持悬浮
液稳定，减少磁铁矿损失。
图 2 - 4 - 45
常用悬浮液回收净化流程
1 - 重介分选机；
2 - 重产品脱介筛；
3 - 轻产品脱介筛；
4 - 合格介质桶；
5 - 合格介质泵；
6 - 稀介质桶；
7 - 稀介质泵；
8 - 稀介质桶；
9 - 一段磁选机；
10 - 二段磁选机
图 2 - 4 - 46
稀介质回收净化流程
1 - 稀介质桶；
2 - 稀介质泵；
3 - 低压旋流器；
4 - 浓缩机；
5 - 第一段磁选机；
6 - 第二段磁选机
二、重悬浮液中煤（矿）泥量的动平衡
进入悬浮液系统中的煤泥量有两部分，一是由原料煤所带
入的原生煤泥，二是在分选过程中产生的次生煤泥。从悬浮液
系统中排出的煤泥有：产品带走的煤泥、稀介质和分流量进入
磁选机后以尾矿形式排除的煤泥。当原料煤的数质量、选煤工
艺流程及分流量等各项参数不变时，按照数质量进出平衡原则，
煤泥量不可能在系统中无限积存，也不可能在系统中无限减少。
进入系统的煤泥量应该与系统中排除的煤泥量平衡，即 动平衡 。
当某一参数改变后，煤泥量就失去平衡。煤泥量在合格悬浮液
中增加或减小，但达到一定数值后又在新的基础上平衡了 。
比如当分流量增加后，进入系统中的煤泥量没变，但从磁
选机排除的煤泥量增加了。于是从系统中排除的煤泥量，大于
进入系统的煤泥量。合格悬浮液中煤泥量逐渐减少，合格悬浮
液中的流变粘度也逐渐减小。这样，脱介筛的脱介效果将会改
善，进入第二段稀悬浮液中的煤泥量将会逐渐减小。最后由产
品带走的煤泥量也逐渐减小。结果是从系统中排除的煤泥量逐
渐与进入系统中的煤泥量趋于平衡，也就是在合格悬浮液中煤
泥含量减少的基础上达到了新的平衡。所以，当原料煤的煤泥
含量增多或分流量减小时，合格悬浮液中的煤泥含量就会增加。
所以在一般情况下，可通过改变分流量来调节悬浮液中的煤泥
含量。
三、重悬浮液回收与净化的主要设备
1,脱介筛
2,浓缩设备
3,净化设备
4,介质桶
5,提升和输送介质的设备
图 2 - 4 - 47 倾斜板浓密箱结构示意图
1 - 给料槽； 2 - 浓缩板； 3 - 稳定板； 4 - 排料口
图 2-4-48 空气提升器
1-入料管； 2-液位电极； 3-进气管； 4-桶体；
5-排气管； 6-排料管； 7-逆止阀
四、重悬浮液回收与净化中的损失
由产品带走和磁选机尾矿流失的加重质（磁铁矿粉）之和，
折合成每吨原煤的介质损失量，称为磁铁矿粉的 技术损失 。由
于运输、转载和添加方式不佳等管理不善而造成的损失，称为
管理损失 。技术损失和管理损失相加，构成 总介质损失 。
根据国内外较好水平要求,块状物料 重介质选矿的实际损失
应低于 0.5kg（ t.原矿）。 粉状物料 重介质选矿的实际损失应该
低于 1.0kg（ t.原矿）。 我国选煤厂设计规范中规定，重介质选
煤过程中，入选一吨原煤的磁铁矿粉耗量（技术损失）宜直接
在下列指标内,对于块煤系统 0.2kg； 对于末煤系统 0.5~1.0kg。
可从以下几个方面，控制加重质的损失：
1 ）加强对脱介筛的维护及改善其工作效果
2 ）有条件的选煤厂可采用直接磁选工艺
3 ）提高分选设备的回收率
应保证磁选机回收率在 99,8% 以上。进磁选机的磁铁矿量
6 t/ h, 当回收率为 99.9% 时，则损失 6 kg/h ； 回收率为 99% 时，
损失高达 60 kg/ h ； 若回收率降至 98%,损失将大到 1 20 kg/h 。
4 ） 保持各设备液位平衡，防止堵、漏事故发生
5 ）减少进入稀介质中的加重质数量，并尽量保持稀介质的
质量稳定
6 ）保证加重质粒度的要求
7 ）严格控制从重介质系统中向外排放矿浆
8 ）采用最佳的加重质储运及添加方式
第六节 悬浮液密度的自动控制
悬浮液密度自动控制系统
重介质选生产过程，悬浮液的密度直接影响实际分选密度。为
了提高分选过程的 工艺效果，实际分选密度的波动尽可能小。一般
要求进入分选机中的悬浮液，其密度波动需小于± 0, 1 / cm
3
。 悬浮液
的密度根据对精煤 灰分指标的要求确定的。但由于分选机中流体运
动的影响,悬浮液密度与实际分选密度是有差别 的。 对于上升介质
流的块煤重介质分选机, 悬浮液密度比实际分选 密度一般要低
0, 0 3 ~0, 1 g / cm
3； 若用重介质旋流器，悬液液密度比实际分选密度要低
0, 2 ~0, 4 g / cm
3
。 在日常生产中，检查悬浮液密度的方法有两种，一是
人工检查,即用 浓度壶测定 ；另外，亦可用 密度计测量 。但这种检
查方法，既费力,经检查后又难以及时调整。另一种方法是用仪器
自动检测,由这些装置将所获得的一次信号，通过电子仪器转换成
电讯号，传输给执 行机构，用补加水或补充加重质的方法，使悬浮
液的密度维持稳定状态。
图 2 - 4 - 52 常用的密度自动控制系统
1 - 密度计； 2 - 自动控制箱； 3 - 变流箱； 4 - 水阀； 5 - 合格介质桶； 6 - 稀介质桶；
7 - 介质泵； 8 - 浓缩机； 9 - 第一段磁选机； 10 - 第二段磁选机
悬
浮
液
密
度
自
动
控
制
系
统
总之，自动控制系统的功能是：合格介质桶内
悬浮液密度一旦升高，就立即补加清水；一旦密度
降低，就加大分流量，进行浓缩。液位低加新的磁
铁矿粉；液位高加大分流量。在正常生产过程中，
液位一般比较稳定，因悬浮液密度的波动很小，因
而液位变化难以反应。密度和液面的自动控制系统，
应具有这样的能力，当合格介质桶内悬浮液密度产
生很大偏差时，它能很快的把密度调整过来。
复 习 题 四
1, 重介质旋流器按给料方式可分为几种？具体含义是什么？
2, 重介质旋流器的三种给料方式。
3, 悬浮液的回收与净化包含哪几方面内容？怎样保证悬浮液中泥质
物含量的平衡。
4, 重介质密度的自动测定基本原理。
5, 画出重介质回收与与净化的常用工艺流程。
6, 介质损失的原因，如何降低介质损失？
* 7,重介质旋流器工作时，悬浮液在其中密度分布不均匀，分布规律
如何？最终为何还能按某一密度分选，试做简要说明。若已知旋流器
入料口重介质密度，问实际分选密度和底流口悬浮液密度如何估算。
若已知采用重介质 选煤时，要求分选密度为 1, 4 0 g / c m
3
,那么配制悬
浮液密度范围应为多少？
作 业 二
1,简述圆筒圆锥形有压给料与圆筒形无压给料
重介质旋流器结构与性能特点。
2,重介质旋流器工作时，悬浮液在其中密度分
布不均匀，分布规 律如何？最终为何还能按某一
密度分选，试做简 要说明。若已知旋流器入料口
重介质密度，问实 际分选密度和底流口悬浮液密
度如何估算。若已 知采用重介质选煤时，要求分
选密度为 1, 4 0 g / c m
3
,那么配制悬浮液密度范围应
为多少？
第七节 干法选煤
一、空气重介质流化床干法选煤
二、复合式干法选煤
一、空气重介质流化床干法选煤
（一）空气重介质流化床干法选煤的基本原理和特点
1,流态化的过程
2,流化床的似流体性质
3,空气重介质流化床分选原理
（二）空气重介质流化床干法分选机
（三）空气重介质流化床干法选煤的实际应用及效果
在我国占可采储量 2 / 3 以上的煤炭地处山西、陕西、内蒙
古西部和宁夏等严重缺水地区，因而无法大量采用现在耗水量
较大的湿法选煤方法来提高煤质。我国自行研制的气固两相流
空气重介质流化床选煤技术及复合式干法分选机，能较好地满
足干旱缺水地区和易泥化煤炭的分选要求。
一、空气重介质流化床干法选煤
（一）空气重介质流化床干法选煤的基本原理和特点
1,流态化的过程
见图 2 - 4 - 53 。
图 2 - 4 - 53 理想流态化过程
2,流化床的似流体性质
气 - 固体流化床在很多方面都呈现类似于流体的性质。如
图 2 - 4 - 54 所示。
1 ）两连通床能自动调至同一水平面（图 2 - 4 - 54 a ）；
2 ） 当容器倾斜，床层上表面仍保持水平（图 2 - 4 - 54 b ）；
3 ） 床层中任意两点压力差等于此两点间的床层静压头 （
图 2 - 4 - 54 c ）,即
（ 2 - 4 - 28 ）
4 ）具有象液体一样的流动性，如在容器壁面开孔，颗粒
将从孔口喷出（ 2 - 4 - 54 d ）；
5 ） 小于床层密度的物体将浮于床面，大于床层密度的 物
体，将沉于床底，这一按密度分层的过程服从阿基米德定律（
图 2 - 4 - 54 e ）,即
（ 2 - 4 - 29 ）
ρhρhPPΔP
2121
????
21
ρρρ ??
图 2 - 4 - 54 气 - 固流化床的似流体性质
3,空气重介质流化床分选原理
所谓空气重介质分选就是运用气 - 固流化床的似流体性
质，在流化床中形成一种具有一定密度的均匀稳定的气 — 固
悬浮体，其床层平均密度 为：
（ 2 - 4 - 30 ）
因此，根据阿基米德定理，轻重产物在悬浮体中按密度
分层，即小于床层密度的轻产物上浮；大于床层密度的重产
物下沉，经分离和脱介获得两种合格的产品。
ρ
L A g
W
ε) ρ(1ρ
s
???
（二）空气重介质流化床干法分选机
图 2 - 4 - 55 空气重介质流化床干法分选机示意图
1 - 排矸端； 2 - 集尘口； 3 - 原料入料口； 4 - 介质入料口；
5 - 刮板机； 6 - 排煤端； 7 - 流化床； 8 - 气室； 9 - 压链板
（三）空气重介质流化床干法选煤的实际应用及效果
图 2 - 4 - 56 50 t / h 空气重介
质选煤工艺系统原则流程
二、复合式干法选煤
（一）复合式干法分选机的分选机理
1,分选物料在螺旋运动中的分选作用
2,离析作用及风力作用相互补充
3,自生介质的分选作用
4,颗粒相互作用的浮力效应
（二）复合式干法分选机的结构及技术特征
1,结构
2,技术特征
3,复合式干法选煤的分选效果及适用范围
传统的风力跳汰机和风力摇床由于其效率差已
渐被淘汰。我国吸取美国近年来研制的无风干式摇
床和俄罗斯风选机的优点，研制成功了复合式干法
分选机。
（一）复合式干法分选机的分选机理
复合式干法分选机根据分选物料（煤和矸石）
的密度、粒度、形状和表面物理性质不同，完成复
杂的分选过程，其分选机理可以从四个方面进行分
析：
1, 分选物料在螺旋运动中的分选作用
物料在床面上堆积成层，最下层矿粒直接和振动的床面接
触，摩擦力大，得到的惯性力使下层矿粒沿床面排料边向背板
方面运动。由于背板的阻挡，引导物料沿背板向下运动。而上
层物料受背板的推力和重力作用沿表层向排料边下滑，使床层
上、下部位矿粒具有方向相反的速度梯度。在床面格条的引导
和不断给入物料的压力下，形成物料边旋转边向矸石端推进的
螺旋运动。低密度煤在外围形成大直径螺旋运动，高密度矸石
及黄铁矿则在床面与背板夹角中形成小直径螺旋运动，见图 2 -
4 - 59 。
图 2 - 4 - 59 分选物料的螺旋运动
由于物料床层厚度不同，靠近排料边薄，
混入表层的矸石能在接 近排料边处迅速落到床
面而被输送向背板，只 有表层密度最低的轻物
料才能越过挡板排出。 在整个分选过程中，由
于床面宽度减缩，物料 从给料端到矸石端形成
直径递减的螺旋运动,每一个循环周期都分离
出部分表层较轻的煤，直至最后排出矸石。
2,离析作用及风力作用相互补充
复合式干选机床面上物料的松散与分层是由机械振动和上升气流
的悬浮作用而实现的。松散强度随机械振动强度和底部风速的提高而
增加。
根据热力学第二定律，任何体系都倾向于自由能降低。分层前床
层的位能高于分层后的位能，只要给以适当的松散条件，重矿物就要
进入下层。分层即通过矿粒的再分布达到位能降低的过程。在无风干
式摇床中，不同密度矿粒按位能降低的原理而分层，这样就不可避免
地使矿粒形成一种类似筛孔可变的筛子一样，造成离析分层。密度大
的矿粒因其重力压强大而力图向下运动，密度小的矿粒则被挤入上层
。密度虽小，粒度也小的矿粒也会漏到底层。
为了解决这个问题，在分选床底部加少量风力，一方面加强矿粒
群的松散，另一方面加强分层，使粒度小而轻的煤粒被风力推向表层
。由于综合作用的结果，使分选过程趋于完善，使矿粒实现按密度分
层（见图 2 - 4 - 60 ）。
图 2 - 4 - 60 矿粒分层作用图
3, 自生介质的分选作用
复 合 式 干 法 分 选 机 的 入 料 粒 度 范 围 是
8 0 ~ 0 mm, 而传统风选的入料粒度为 5 0 ~ 2 5 mm 或
2 5 ~ 1 3 mm 。 复合式干法分选机的入料粒度级别宽
，反而分选效果好,其主要原因就是细粒物料和
空气组成了气固两 相混合介质，在分选床层中形
成一种具有一定密度，相对稳定的气 - 固悬浮体。
在复合式干法分选机靠近给料端 的第一风室
上的床层中，含有 大量细粒物料。在操作中使该
室风量减小，以充分利用自生介质的分选作用。
4,颗粒相互作用的浮力效应
将复合干法分选机按风室顺序将相对应的床面分为三段。在入选
不分级煤时，靠近入料端第一床面上的物料受自生介质分选作用较强
。分选结果 8 0 % 以上 6 ~0 mm 的粉煤随大粒度精煤排出，其余物料进入
第二、三段。由于含细粉煤量已很少，主要分选作用已不是自生介质
分选，而是颗粒相互作用的浮力效应。矸石、黄铁矿密度大，能沉到
床面；煤块则浮于床层表面。此时风力的作用不仅是松散作用，而且
需将漏斗下层的煤推向表层，因此风量大于第一段。
综上所述，复合式干选机的分选机理是使物料作螺旋翻转运动的
条件下，利用振动和风力作用造成床层松散，在不同区段既有重力（
位能）分层作用，也有自生介质分选作用，又利用了颗粒相互作用的
浮力效应，使离析作用和风力作用有效配合的综合分选机理。且在不
同区段各分选作用各有所侧重（见图 2 - 4 - 61 ）。
2 - 4 - 61 复合式干选机的各段不同分选作用
I - 自生介质分选区； II - 离析介质分选区； III - 风力净化区
（二）复合式干法分选机的结构及技术特征
1, 结构
复合式干法分选机由分选床、振动器、风室、机架和吊挂装置组成，
如图 2 - 4 - 62 所示。
分选床由床面、背板、格条、排料挡板组成。床面下有三个可控制风
量的风室，由离心通风机供风，气流通过床面上的风孔向上作用于分选物
料。由吊挂装置将分选床、振动器悬挂在机架上，可任意调节分选床的纵
向及横向坡度。
其作用原理如下：入选物料由给料机送到给料口，进入具有一定纵向
及横向坡度的分选床，在床面上形成具有一定厚度的物料床层。床层底层
物料受振动惯性力作用向背板运动，由背板引导物料向上翻动。密度较低
的煤翻动到上层，在重力作用下沿床层表面下滑。由于振动力和连续进入
分选床的物料的压力，使不断翻转的物料形成螺旋运动并向矸石端移动。
因床面宽度逐渐减缩，密度低的煤从表面下滑，通过排料挡板使最下层煤
不断排出，而密度较高的矸石、黄铁矿等则逐渐集中到矸石端排出。床面
上均匀分布有若干风孔，使床层充分松散。物料在每一循环运动周期都将
受到一次分选作用。经过多次分选后可以得到灰分由低到高的多种产品。
图 2 - 4 - 62 复合式干法分选机示意图
2,技术特征
目前复合式干法机系列已有两种型号，其技术特征见表 2 - 4 - 13 。
项 目 单 位 F G X - 1 F G X - 3
分选面积 m
2
1 3
入料粒度 mm 8 0 ~ 0 8 0 ~ 0
生产能力 t/h 10 30
入料外在水分 % < 9 < 9
可能偏差 E 0, 2 3 0, 2 3
不完善度 I 0, 1 1 0, 1 1 分选效果
数量效率 % > 9 0 > 9 0
功率 kW 1, 5 3
振动次数 1 / m i n 960 960 振动器
振幅 mm 4 4
设备重量 Kg 2150 3450
外形尺寸 mm 2 8 8 0 × 2 5 2 0 × 2 8 6 0 3 9 2 0 × 2 5 5 0 × 4 1 4 0
3, 复合式干法选煤的分选效果及适用范围
近年来用复合式干法分选机对不同煤样进行了
干法选煤半工业性试验，又在工业生产中取得较好
的分选效果。图 2 - 4 - 63 为朝阳市边杖子矿干选系统
设备联系图。现列举部分实例于表 2 - 4 - 14,主要分
选指标列于表 2 - 4 - 15 。表 2 - 4 - 16 是复合式干法分选
机与传统风选机和俄罗斯风选机的比较。
图 2 - 4 - 63 边杖子矿干选系
统设备联系图
1 - 翻笼； 2 - 固定筛；
3 - 振动筛；
4 - 粉煤胶带运输机；
5 - 干法入料胶带输送机；
6 - 缓冲仓；
7 - 电磁振动给煤机；
8 - 复合式干选机；
9 - 扩散式旋风除尘器；
10 - 高压离心通风机；
11 - 扁布袋除尘器；
12 - 精煤胶带输送机
表 2 - 4 - 16 干 选 设 备 比 较 表
项 目 复合式干选机 风力选矸机 俄风选机
型 号 F G X - 3 IV C
Π - 112
入料粒度（ mm ） 8 0 ~ 0 5 0 ~ 2 5 2 5 ~ 1 3 7 5 ~ 6
8 0 ~ 0 30 8 120
处理量
30 10 4, 2 10
入料外在水分（ % ） < 9 < 7 < 7
风量 ? ?)/(
23
hmm ? 5700 15625 1 1 5 0 0
风压（ Pa ） 6100 3000 6820
分选效率
Ep
0, 2 3 0, 25
数量效率（ % ） > 9 0 选矸率 80
产品种类 多产品 二产品 多产品
分选面积（ m
2
） 3 1, 9 2 12
设备重量（ t ） 3, 5 24, 6
复合式干法选煤与传统风选最大区别是：
（ 1 ）采用自生介质（粉煤）作气 — 固两相混合介质分选，
而不是单以空气作介质，因此入选物料粒度范围很宽，可达
80~ 0 mm 。
（ 2 ） 采用机械振动使物料作螺旋运动，即使无风也能分选
。传统风选则以风力作为主要分选条件。
（ 3 ）只利用风力松散床层并与细物料组成混合介质，不需
要将物料吹离床层表面，所需风量仅为传统风选的 1 / 3 以下。
（ 4 ）充分利用床层中颗粒相互作用产生的浮力效应。越靠
近矸石端，床层密度越大，因此可得到粒度级别宽、纯度高的
矸石产品。
内 容 提 纲
第一章 重力选矿概论（ 0, 5 )
第二章 重选基本原理（ 3.5 ）
第三章 重介质分选技术（ 10 ）
第四章 跳汰分选技术（ 6 ）
第五章 流膜分选技术（ 4 ）
第六章 重选生产工艺（ 2 ）
第七章 物料可选性及重选工艺效果评定（ 2 ）
第一章
重 力 选 矿 概 论
教学重点
矿粒的性质,密度,粒度、形状、电性、
磁性、润湿性等。
分选介质的类型,水、空气、重液、重悬
浮液、空气重介质等。
重力选矿的定义及重选方法。
重选过程的共同特点。
重力选矿的应用。
质中运动时，由于它们性质的差异和介质流动
方式的不同，其运动状态也不同。在真空中不
同性质的物体具有相同的沉降速度，在分选介
质，如水、空气、重液（ 密度大于水的液体或
高密度盐类的水溶液 ）、悬浮液（ 固体微粒与
水的混合物 ）、空气重介质（ 固体微粒与空气
的混合物 ）中，由于它们受到不同的介质阻力，
才形成运动状态的差异。
不同粒度和密度矿粒组成的物料在流动介
重力选矿 就是根据矿粒间密度的差异，因
而在运动介质中所受重力、流体动力和其它机
械力的不同，从而实现按密度分选矿粒群的过
程，粒度和形状亦影响按密度分选的精确性。
各种重选过程的 共同特点 是：（ 1）矿粒
间必须存在密度的差异；（ 2）分选过程在运
动介质中进行；（ 3 ）在重力、流体动力及其
机械力的综合作用下，矿粒群松散并按密度分
层 ;（ 4）分层好的物料，在运动介质的运搬下
达到分离，并获得不同的最终产品。
重力选矿的目的,主要是按 密度 来分
选矿粒。因此，在分选过程中，应该想方
设法创造条件，降低矿粒的 粒度 和 形状 对
分选结果的影响，以便使矿粒间的 密度 差
别在分选过程中能起 主导 作用。
根据介质 运动形式和作业目的 的不同，
重力选矿可分为如下几种工艺方法：水力
分级,重介质选矿、跳汰选矿、摇床选矿、
溜槽选矿,洗矿。其中洗矿和分级是按密
度分离的作业，其它则均属于按密度分选
的作业。
重力选矿是当今最通用的几种选矿方法之一，
尤其广泛地用于处理密度差较大的物料。在我国它
是 煤炭 分选的最主要方法，也是选别 金、钨、锡矿
石 的传统方法。在处理 稀有金属 （钍、钛、锆、铌、
钽等）矿物的矿石中应用也很普遍。重力选矿法也
被用来选别 铁、锰矿石 ；同时也用于处理某些 非金
属矿石,如石棉、金刚石、高岭土等。对于那些主
要以浮选处理的 有色金属 （铜、铅、锌等）矿石，
也可用重力选矿法进行 预先选别,除去粗粒脉石或
围岩，使其达到初步富集。重力选矿法还广泛应用
于脱水、分级、浓缩、集尘等作业。而这些工艺环
节几乎是所有选矿厂和选煤厂所不可缺少的 。
第二章
重 选 基 本 原 理
教 学 参 考 书：
1,谢广元等, 选矿学, 中国矿业大学出版社,2001.8
2,姚书典, 重选原理, 北京冶金工业出版社,1992.8
3,张家骏等, 物理选矿, 煤炭工业出版,1992.10
4,张鸿起等, 重力选矿, 煤炭工业出版,1987.1 0
教学重点：
一、颗粒及颗粒群沉降理论
（一）矿粒在介质中的自由沉降
1,矿粒在介质中所受的重力
2,矿粒在介质中运动时所受的阻力
（ 1 ） 摩擦阻力及阻力个别公式
（ 2 ） 压差阻力及阻力个别公式
（ 3 ） 过渡区阻力及阻力个别公式
（ 4 ） 介质阻力通式
3,矿粒在静止介质中的沉降末速
（ 1 ） 沉降末速通式
（ 2 ） 沉降末速个别公式及统一形式
4,矿粒的自由沉降等沉比
（二）矿粒在介质中的干扰沉降
1,矿粒在干扰沉降中运动的特点及常见的几
种干扰沉降现象
2,颗粒的干扰沉降速度公式及求 n 值的方法
3,干扰沉降的等沉比
二、粒群按密度分层理论
（一）按颗粒自由沉降速度差分层学说
（二）按颗粒的干扰沉降速度差分层学说
（三）按矿物悬浮体密度差分层的学说
（四）按重介质作用原理分层学说
第一节 概 述
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 力或其它机械 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 动介质的运 搬达到
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。松散和运搬 分离几乎都是 同时发生的 。但松
散是分层的条件，分层是目的，而分离则是结果。
（ 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。
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，而有不同的沉降速度。为便于研究，首先分析颗
粒的 自由沉降 规律，在此基础上，再进一步讨论粒群存
在时的 干扰沉降 运动。
沉降过程中，最常见的介质运动形式有静止、上升
和下降流动三种。
单个颗粒在无限宽广的介质中的沉降，称为自由沉
降 。这是最简单的沉降运动形式。其运动状态，受重力
和阻力支配。
第二节
颗粒及颗粒群沉降理论
一、矿粒在介质中的自由沉降
（一）矿粒在介质中所受的重力
矿粒在介质中所受重力（ ）等于它在真空中的
重力（ ）与浮力（ ）之差。
即 （ N ） （ 2 - 2 - 1 ）
或 （ N ） （ 2 - 2 - 2 ）
因
故 （ N ） （ 2 - 2 - 3 ）
若设矿粒为球体，则
（ N ） （ 2 - 2 - 4 ）
0
G
G P
PGG
0
??
ρ) gV ( δG
0
??
δVm ??
g
δ
ρδ
mG
0
?
??
3
d
6
π
V ?
ρ) g(δd
6
π
G
3
0
??
可见，重力与矿粒的尺寸、密度及介质的密度有关。
（二）矿粒在介质中运动时所受的阻力
矿粒在介质中运动时，由于介质质点间内聚力的作
用，最终表现为阻滞矿粒运动的作用力，这种作用力叫
介质阻力 。介质阻力始终与矿粒相对于介质的运动速度
方向相反。由于介质的惯性，使运动矿粒前后介质的流
动状态和动压力不同，这种因压力差所引起的阻力，称
为 压差阻力 。由于介质的粘性，使介质分子与矿粒表面
存在粘性摩擦力，这种因粘性摩擦力所致的阻力，称为
摩擦阻力 。介质阻力由压差阻力和摩擦阻力所组成。这
两种阻力同时作用在矿粒上。介质阻力的形式与流体的
绕流流态，即雷诺数 有关。不同情况下，它们各自
所占比例不同，但归根结底，都由介质粘性所致。
Re
最重要的介质阻力公式为粘性摩擦阻力区 斯托克
斯公式 和涡流压差阻力区的 牛顿 - 雷廷智公式,其次是
过渡区的 阿连公式 。
摩擦阻力占优势，压差阻力可忽略（ ≤ 1 ），
摩擦阻力可用 斯托克斯公式 计算
（ N ） （ 2 - 2 - 5 ）
或写成 （ N ） （ 2 - 2 - 6 ）
粘性摩擦阻力和压差阻力是相同的数量级
（ ≤ 500 ），此时过渡区阻力用 阿连公式 计算
（ 2 - 2 - 7 ）
或写成 （ 2 - 2 - 8 ）
Re
3 πμd υR
s
?
22
s
ρυd
Re
3π
R ?
513
A
υμρd1.25πR
?
??
22
A
ρυd
Re4
5π
R ?
Re1 ?
当压差阻力占优势（ ），摩擦阻力
可以忽略不计。压差阻力可用 牛顿 - 雷廷智公式 来计算
（ 2 - 2 - 9 ）
或写成 （ 2 - 2 - 10 ）
可见，介质阻力是与矿粒尺寸、矿粒的相对速度、
介质密度及介质粘度有关的。当 压差阻力 占优势时，介
质阻力与矿粒的相对速度平方和直径 平方 成正比；当 摩
擦阻力 占优势时，介质阻力与矿粒的相对速度和直径的
一次方 成正比。
5
102Re500 ???
22
RN
ρυ0, 0 5 5 πdR ?
?
? ?
22
18
π22
20
π
16
π
RN
ρυdρυdR ??
?
~
介质阻力还可用下列通式表示：
（ 2 - 2 - 11 ）
式中为 阻力系数，它是矿粒形状和雷诺数 的
函数。由式（ 2 - 2 - 11 ）可知，介质阻力 与,,
、成正比，并与 雷诺数有关。
ρυψdR
22
?
ψ
Re
R
2
d
2
υ
ρ
Re
英国物理学家李莱（ L,R a y l e i g h, 1 8 9 3 ） 总结了
大量实验资料，并 在对数坐标上 作出了各种 不同形
状颗粒在流体介质 中运动时，雷诺数 与阻力系数
间的关系曲线，又称李莱曲线。
Re
ψ
图 2 - 2 - 1 球形颗粒的 与 的关系曲线ψ Re
图 2 - 2 - 2 不规则形状矿粒 与 的关系曲线ψ Re
（三）矿粒在静止介质中的沉降末速
矿粒在静止介质中沉降时，矿粒对介质的相对速度
即矿粒的运动速度。沉降初期,矿粒运动速 度很小，
介质阻力也很小，矿粒主要在重力（ ）作用下，作
加速沉降运动。随着矿粒沉降 速度的增大,介质阻力
渐增，矿粒的运动加速度逐渐 减小，直至为 零。此时
，矿粒的沉降速度达到最大值，作用在矿粒上的重力
与阻力 平衡，矿粒以等速度沉降。我们称这个
速度为矿粒的 自由沉降末速,以 表示。
矿粒在介质中沉降 时，受力与运 动加速度将 有如下
关系
（ 2 - 2 - 12 ）
0
G
R
0
υ
dt
dυ
mRG
0
??
0
G
若矿粒为球体，则 。将, m, R 代入式
（ 2 - 2 - 12 ），可得
（ 2 - 2 - 13 ）
运动开始的瞬间，则 ；所以,
此时的矿粒运动加速度具有最大值，通常以 来表
示，即 （ 2 - 2 - 14 ）
称为矿粒沉降时的 初加速度,是一种静力性质的
加速度，在一定的介质中（如水,），
为常数，它只与矿粒的密度有关。
颗粒运动时，介质阻力产生的 阻力加速度,
是动力性质的加速度，它不仅与颗粒及介质的密度有关，而
且还和颗粒的粒度及其沉降速度有关。
δd
6
π
m
3
?
πd δ
ρ6 ψυ
g
δ
ρδ
dt
dυ
2
?
?
?
0υ ?
g
δ
ρδ
dt
dυ ?
?
0
g
g
δ
ρδ
g
0
?
?
3
1 0 0 0 k g / mρ ?
0
g
πd δ
6 ψρυ
a
2
?
0
G
0
g
0
g
颗粒在静止介质中达到沉降末速 的条件为：
即
故得 （ 2 - 2 - 15 ）
式（ 2 - 2 - 15 ）即为计算颗粒在静止介质中自由沉降时的 沉降末
速 的通式。
（ 2 - 2 - 16 ）
为此，刘农（ R,L u n n on ） 提出了两个无量纲中间参数
和 。经推导易求出
（ 2 - 2 - 17 ）
（ 2 - 2 - 18 ）
0
υ
0ag
dt
dυ
或GR
00
????
πd δ
6 ψρυ
g
δ
ρδ
2
0
?
?
6 ψρ
ρ) gπd ( δ
υ
0
?
?
ρ) gπ( δ
ρ6 ψυ
d
2
0
?
?
ψRe
2
Re
ψ
μ
ρG
6μ
ρ) ρg(δπd
ψRe
0
2
3
2
?
?
?
3
0
2
υ6ρ
ρ) gπμ( δ
Re
ψ ?
?
0
υ
图 2 - 2 - 3 球形和不规则形状矿粒的
关系曲线Vk
2
V
ReψRe ?
图 2 - 2 - 4 球形和不规则形状矿粒的
关系曲线
VVk
Re/ R eψ ?
按照求沉降末速通式的原则，采用斯托克斯、阿
连和牛顿 - 雷廷智阻力公式，也可求出三个适用于不
同雷诺数范围的颗粒在静止介质中 自由沉降末速的个
别公式 。
介质阻力以摩擦阻力为主，此时可用 斯托克斯沉
降末速公式 计算,即
m / s （ 2 - 2 - 16 ）
若单位采用 C G S 制
c m / s
或 （ 2 - 2 - 17 a ）
即 （ 2 - 2 - 17 b ）
式中 —— 颗粒相对于介质的有效密度，或称比
密度； —— 流体介质的运动粘度
0
υ
ρ) g(δ
1 δμ
d
υ
2
os
??
)
μ
ρδ
(5 4, 5 dυ
2
os
?
?
1, 0
)
μ
ρ
(
1, 0
)
ρ
ρδ
(
2
5 4, 5 dυ
OS
?
?
11.02
OS
νΔ54.5dυ
?
?
?
?
中间尺寸矿粒的沉降末速，可用 阿连公式 计算，即,
m / s （ 2 - 2 - 18 ）
若单位采用 C G S 制
c m / s
或 （ 2 - 2 - 19 a ）
即 （ 2 - 2 - 19 b ）
3
μ
ρ
3 )
ρ
ρδ
g
15
2
(dυ
2
OA
?
?
?
3
μ
ρ
3 )
ρ
ρδ
(25.8dυ
2
OA
?
?
?
3
1
3
2
1.0
OA
)
μ
ρ
()
ρ
ρδ
(25.8dυ
?
?
3
1
3
2
1.0
OA
νΔ25.8dυ ?
介质阻力以压差阻力为主，此时用 牛顿 - 雷廷智沉
降末速公式 计算,即
m / s （ 2 - 2 - 20 ）
若单位 c m / s
或 （ 2 - 2 - 21 a ）
即 （ 2 - 2 - 21 b ）
总之，上述三个阻力公式，可在特定的阻力区内
使用，将它们写成统一形式，其系数和指数根据雷诺
数值在表 2 - 2 - 1 中查取，计算时采用 C G S 制。
ρ
ρ)d(δ
5.42
ρ
ρ) g3d(δ
υ
R-ON
?
?
?
?
?
??
?
)(
2.54
?
?
?
d
RON
0
2
1
2
1
)()(2.54
?
?
?
??
?
?
?
?
d
RON
0
2
1
2
1
R-ON
νΔ5 4, 2 dυ ?
0
υ
流态区 公式名称 K x y z Re Re2ψ ψ /Re
粘性摩擦阻
力区
斯托克斯公式
（层流绕流） 54.5 2 1 1 0~0.5 0~5.25 ∞ ~42
过渡流区的起始段 23.6 23 65 32 0.5~30 5.25~720 42~0.027
阿连公式
（过渡流区中间段） 24.3 1 3
2
3
1 30~300 720~
2.3× 104
0.027~
8.7× 10-4
过
渡
流
区
过渡流区的末段 37.2 3
2
9
5
9
1
300~3000 2.3× 10
4~
1.4× 106
8.7× 10-4~
5.2× 10-5
涡流压差
阻 力 区
牛顿公式
（紊流 密 绕流） 54.3 2
1
2
1 0 3000~105 1.4× 106~
1.7× 109
5.2× 10-5~
1.7× 10-6
高度湍流区 5102Re ×? 工业生产中遇不到
表 2-2-1
球形颗粒在介质沉降末速的个别公式系数、指数的选择
三个流态区颗粒沉降末速个别公式的统一表达式
为：
（ 2 - 2 - 22 a ）
或 （ 2 - 2 - 22 b ）
以上沉降末速通式和个别公式均表明：矿粒的沉
降末速与矿粒的性质（, ）和介质的性质（,
）有关。相对于形状不规则的矿粒，在使用上述
各公式时，必须考虑到形状的影响，而对公式 加
以修正，此时,应该用与矿粒同体积球体直径
（亦称体积当量直径），同时，公式应乘一个形状（
修正）系数,不规则形状矿粒的沉降末速通式：
（ 2 - 2 - 23 ）
zyx
0
)
μ
ρ
()
ρ
ρδ
(kdυ
?
?
zyx
0
νΔkdυ
?
?
? d
?
?
d
0
υ
V
d
Φ
00
kk
V
ok
Φυυ
ψ
ψ
ρ6ψ
ρ) g(δπd
υ ??
?
?
不规则形状矿粒的沉降末速个别公式：
（ 2 - 2 - 24 a ）
或 （ 2 - 2 - 24 b ）
式中 是矿粒沉降速度公式中的形状修正系数，
或简称形状系数。也就是说，若用球体沉降速度公式计
算形状不规则的矿粒沉降速度时，必须引入一个形状修
正系数。若将形状系数与球形系数作一比较（ 见表 2 - 2 - 2
）可以看出，两者是很接近的。因此，在进行粗略计算
时，可用球形系数取代形状系数。这说明了使用形状系
数来表示物体形状特征，在研究矿粒沉降运动时，具有
实际意义。
zyx
Vok
Kd )()(
?
?
?
??
?
?
??
zyx
Vok
νΔΦK dυ
?
?
Φ
表 2 - 2 - 2 不规则形状矿粒形状系数与球形系数的比较
形状系数
k
?
?
??
矿粒形状
阻力系数比值
?? /
k
范 围 平均值
球形系数
?
类球形 1, 2 ~ 1, 8 0, 9 1 ~ 0, 7 5 0, 8 5 1, 0 ~ 0, 8
多角形 1, 5 ~ 2, 2 5 0, 8 2 ~ 0, 6 7 0, 7 5 0, 8 ~ 0, 6 5
长条形 2 ~ 3 0, 7 1 ~ 0, 5 8 0, 6 5 0, 6 5 ~ 0, 5
扁平形 3 ~ 4, 5 0, 5 8 ~ 0, 4 7 0, 5 3 < 0, 5
因此，不规则形状矿粒的沉降末速中的 值
可用 值取代，即沉降末速通式
（ 2 - 2 - 25 ）
沉降末速个别公式
（ 2 - 2 - 26 a ）
或 （ 2 - 2 - 26 b ）
矿粒的筛分粒度 和体积当量直径 的换
算，可参照表 2 - 2 - 3 进行。
Φ
χ
0ok
χυυ ?
zyx
Vok
)
μ
ρ
()
ρ
ρδ
(χk dυ
?
?
-zyx
Vok
νΔχk dυ ?
s
d
V
d
表 2 - 2 - 3 筛分粒度和体积当量直径的换算关系
颗粒形状
测量值比 Vs /dd
颗粒形状
测量值比 Vs /dd
类球形 1, 1 5 ~ 1, 3 0 长条形 1,1 5 ~ 1, 2 2
（金粒在 1, 6 以下）
多角形 1, 0 6 ~ 1, 2 0 扁平形 1, 0 5 ~ 1, 1
（四）矿粒的自由沉降等沉比
沉降过程中，往往存在某些粒度大、密度小的矿
粒同粒度小、密度大的矿粒以相同沉降速度沉降的现
象，这种现象,叫做 等沉现象 。密度和粒度不同但具有
相同沉降速度的矿粒，称为 等沉颗粒 。等沉颗粒中，
小密度矿粒的粒度与大密度矿粒的粒度之比,称为 等
沉比 。常以 表示。
例如：两等沉粒，其密度和粒度分别以, 及
,表示，且设,因,所以，
，故
（ 2 - 2 - 27 ）
0
e
V2
d
2
δ
12
δδ ? 0201
υυ ?
V2V1
dd ?
1
d
d
e
V2
V1
0
??
1
δ
V1
d
等沉比的大小，可由沉降末速的个别公式或通式写
出。
如两颗粒等沉，则,那么，按通式求解得
故 （ 2 - 2 - 28 ）
由于等沉比通式中包含阻力系数,故无法直接
计算，所以 常借助于个别公式来求得。但 两个等沉
比颗粒必须在同一性质阻力范 围内。对形状 不规则的
矿粒还应把球形系数 考虑在内。
0
e
?
χ
ρ)(δψ
ρ)(δψ
d
d
e
1k2
2k1
V2
V1
0
?
?
??
g
ρ6ψ
ρ)(δπd
g
ρ6ψ
ρ)
1
(δπd
k2
2V2
k1
V1 ?
?
?
0201
υυ ?
（ 1 ） 按斯托克斯公式求，对形状不规则的矿粒，当
时，即 （ 2 - 2 - 29 ）
（ 2 ） 按阿连公式求,同理得
（ 2 - 2 - 30 ）
（ 3 ）按牛顿 - 雷廷智公式求,同理得
（ 2 - 2 - 31 ）
（ 4 ） 按个别公式求解 的统一形式为
（ 2 - 2 - 32 ）
式中指数, 与颗粒运动时的雷诺数 有关。
越大，意味着可选的粒级范围越宽。
ok2ok1
υυ ?
2
1
1
22
1
1
2
V2
V1
os
)
ρδ
ρδ
()
χ
χ
(
d
d
e
?
?
??
3
2
1
2
1
2
V2
V1
OA
)
ρδ
ρδ
)(
χ
χ
(
d
d
e
?
?
??
)
ρδ
ρδ
()
χ
χ
(
d
d
e
1
22
1
2
V2
V1
ON
?
?
??
n
1
2m
1
2
V2
V1
0
)
ρδ
ρδ
()
χ
χ
(
d
d
e
?
?
??
m n Re
0
e
0
e
0
e
0
e
1,初加速度与阻力加速度
2,自由沉降与干扰沉降
3,自由沉降末速
4,等沉现象、等沉粒与等沉比
5,球形颗粒自由沉降末速个别公式及其统一形式与
求解步骤。
6,用通式和个别公式求矿粒的自由沉降末速的计算
步骤。
* 7,为什么矿粒在等速上升介质流中达到恒速时，
其相对运动速度等于矿粒在静止介质中的沉降末速？
且达到恒速时所需时间满足：
to ’ （ 上升流）＜ to （ 静止介质流）
复 习 题 一
二、矿粒在介质中的干扰沉降
（一）矿粒在干扰沉降中运动的特点及常见的几种
干扰沉降现象
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：
（ 1 ）流体介质的粘滞性增加，引起介质阻力变大。
（ 2 ）颗粒沉降时与介质的相对速度增大,导致沉降
阻力增大。
（ 3 ）在某一特定情况下，颗粒沉降受到的 浮力作用
变大。
（ 4 ）机械阻力的产生。
上述诸因素都将使颗粒的干扰沉降速度小于自由
沉降速度。
颗粒干扰沉降时所受阻力（包括介质阻力和机械
阻力）的大小，主要取决于介质中固体颗粒的体积含
量，以固体容积浓度 表示。即单位体积悬浮液内固
体颗粒占有的体积为：
（ 2 - 2 - 33 ）
单位体积悬浮液内液体所占有的体积称为松散
度,可见
（ 2 - 2 - 34 ）
1 0 0 %
V
V
λ
g
??
θ
?? ?? 1
λ
图 2 - 2 - 5 常见的几种干扰沉降形式
（二）颗粒的干扰沉降速度公式
由于干扰沉降是实际重力分选过程中最基本而又最
普遍的现象。里亚申柯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，利用了均
匀粒群（密度、粒度均相同的粒群）在上升水流中的
悬浮研究了干扰沉降的规律。其试验装置如图 2 - 2 - 6 所
示。
当上升介质流速为某一恒速时，粒群相应的悬浮高
度即为定值。此时测量由上部溢流出的水量 Q, 然后
根据沉降管的横断面积 A, 便可算出上升介质流的速
度 。即
（ 2 - 2 - 35 ）
a
u
A
Q
u
a
?
a
u
图 2 - 2 - 6 干扰沉降试验装置
1 - 干扰沉降玻璃管； 2 - 筛网； 3 - 测压管；
4 - 溢流槽； 5 - 使水均匀分布的涡流管；
6 - 切向给水管； 7 - 橡胶塞
若突然切断水源，使 时，测定悬浮体上界面的下
落速度，该速度就是构成悬浮体的任一颗粒的干扰沉降速
度 。实验证明在数值上 。
里亚申柯通过实验得到如下结果：
（ 1 ）当上升水流速度 很小时，床层保持紧密，只有当
达到一定值后，粒群才开始悬浮。
（ 2 ）当 一定时，对于一定量的粒群悬浮高度
也是一定的；增加物料量，高度 也增加，并存在着下述关
系：
在确定的试验中，沉降管的断面积 和颗粒的重度 都为
定值，所以容积浓度 也是常数。即
（ 2 - 2 - 37 ）
g
?
ag
u??
a
u
a
u
a
u
H
H
常数?
?
H
G
0?
a
u
S ?
?
常数?
?
?
?
??
?
?
?
SH
G
SH
G
V
V
同理松散度 也是常数。由此可见，容积
浓度与粒群数量无关，只与上升流速 有关。也就
是干扰沉降速度 与同时沉降的物料量无关，只与
有关。
（ 3 ）随着 增大或减小,也发生增减变化，
和 亦随之改变。 增大,减小，反之亦然。说明
干扰沉降速度 不是定值，而是 的函数。
里亚申柯认为，当颗粒干扰沉降时，每个颗粒
都受到各种阻力的作用，这些阻力之和，可用干扰
沉降阻力 关系式表示。即
（ 2 - 2 - 38 ）
当,可求出颗粒的干扰沉降速度
（ 2 - 2 - 39 ）
)1( ?? ??
a
u
g
?
?
a
u
H
?
?
a
u
?
g
?
?
g
R
???
22
Vggg
dR ?
g
RG ?
0
g
?
ρ6ψ
ρ)(δπd
υ
g
V
g
?
?
里亚申柯通过干扰沉降管的大量试验，得到对应
的 及悬浮高度 H 值，算出矿粒在不同 （即 ）
下的 ? 和 的对应值。
该直线方程式为,
故 （ 2 - 2 - 40 ）
式（ 2 - 2 - 40 ）即为，及的关系式，将其代 入式（ 2 -
2 - 39 ）中得,
令 则 （ 2 - 2 - 41 ）
式中 —— 与矿粒性质有关的实验指数。
值求法可以利用 的经验公式，变换坐标求得。
g
ψ
λ)k l g ( 1lgψlgψ
g
???
kg
λ)(1
ψ
ψ
?
?
2
k
0
kV
g
λ)(1υλ)g(1
6 ψρ
ρ)(δπd
υ ???
?
?
2
k
n ?
n
00g
θυ
n
λ)(1υυ ???
n
n
g
υ
a
u
g
?
a
u
λ)l g ( 1lg
g
???图 2 - 2 - 7
关系曲线
如以 为横坐标，以 为纵坐标，或
以 为横坐标，以 即 为纵坐标均可
求得 值。
求 值的另一种方法，是用求 最大沉淀度法 。所
谓 沉淀度 是指在 单位时间内单位横断面积上所沉淀的
固体体积量 。可见沉淀度具有体积生产率的含义。据
此，沉淀度 =,将 代入，即
（ 2 - 2 - 42 ）
（ 2 - 2 - 43 ）
0
g
υ
υ
lg
λ)l g ( 1 ?
a
l g u
λυ
g
n
0g
λ)(1υυ ??
λλ)(1υλυ
n
0g
??
1
λ
1
n
l
??
λ)l g ( 1 ?
g
lgu
n
n
图 2 - 2 - 8 沉淀度与容积浓度的关系曲线
（三）干扰沉降的等沉比
将一组粒度不同、密度不同的宽级别粒群置于上升介质
流中悬浮，流速稳定后，在管中可以看到固体容积浓度自上而
下逐渐增大，而粒度亦是自上而下逐渐变大的悬浮柱。如图 2 -
2 - 9 所示，在悬浮体下部可以获得纯净的粗粒重矿物层，在上
部能得到纯净的细粒轻矿物层，中间段相当高的范围内是混杂
层。这是宽粒级混合物料在上升介质流的作用下，各种颗粒按
其干扰沉降速度的大小而分层的结果。各窄层中处于混杂状态
的轻重颗粒，因其具有相同的干扰沉降速度，故称其为干扰沉
降等沉颗粒。它们的粒度比称之为 干扰沉降等沉比 。以符号
表示，即
（ 2 - 2 - 44 ）
因是等沉粒，故 （ 2 - 2 - 45 ）
g
e
2
1
g
d
d
e ?
21
n
202
n
101
)λ(1υ)λ(1υ ???
图 2 - 2 - 9 两种密度不同的宽级别矿物混 合物在
上升水流中的悬浮现象
若两异类粒群的颗粒的自由沉降是在同一阻力范围内，则 。
。不规则形状矿粒的自由沉降速度 用式（ 2 - 2 -
26 b ） 表示并将 及 都代入式（ 2 - 2 - 45 ），经整理后则得
（ 2 - 2 - 46 ）
参看公式（ 2 - 2 - 32 ）得出
（ 2 - 2 - 47 a ）
或写
（ 2 - 2 - 47 b ）
（ 2 - 2 - 48 ）
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。
nnn
21
??
n
ok
υ
ok
υ
n
1
2x
y
1
2x
1
1
2
V
V
g
)
λ1
λ1
()
Δ
Δ
()
χ
χ
(
d
d
e
2
1
?
?
??
n
1
2
0g
)
λ1
λ1
(ee
?
?
?
n
θ
θ
0g
)(ee
1
2
?
0g
ee ?
第三节 粒群按密度分层理论
一、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发生。在紊流条件下，
即牛顿阻力条件下，球形颗粒的沉降末速为式（ 2 - 2 - 20 ）,
等沉比为,该式表
明，颗粒粒度对沉降速度有同样重要的影响。 ?, ?, 切乔特将上
式改写为 关系后，并予以延伸，给出不同密
度颗粒在同一介质中沉降时，沉降速度随粒度变化的关系，如
图 2 - 2 - 10 所示。由图可见，要 使两种密度不同的混合粒群在沉
降（或与介质相对运动）中达到按密度分层，必须使给料中最
大颗粒与最小颗粒的粒度比小于等沉颗粒的等沉比。
ρ
ρ)d(δ
ON
5.42υ
?
?
ρδ
ρδ
ON
1
2
e
?
?
?
AχdAυ
ON
??
图 2 - 2 - 1 0 不同密度颗粒的沉降速度随粒度
变化关系图
雷廷智的学说在 19 世纪末欧洲大陆上曾有
广泛的影响。按此观点，它要求矿石（煤）在
入选前作严格地 筛分分级,因而导致了生产流
程的复杂化，但在英国则基于经验对煤采取宽
级别入选，照样取得了良好的结果。当今的选
煤实践也证明了这一点。
二、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（
M o n r o e, 1888 ） 提出了按干扰沉降速度差分层的学
说。颗粒的干扰沉降速度为,干扰沉
降等沉比,由于,由此
可说明在干扰沉降条件下，可以分选宽级别物料的事
实。且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。
n
g
)1(
0
??? ??
n
θ
θ
og
)(ee
1
2
?
0g
ee ?
三、按矿物悬浮体密度差分层的学说
这一学说最早由 A,A 赫尔斯特（ Hi r s t, 1937 ） 和 R,T, 汉考克
（ Han c oc k ） 提出，里亚申柯在试验的基础 上进一步进行了验
证。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，在密度方面具有与均质介质相同的性质。在重力
作用下，悬浮体存在着静力不平衡，就象油与水混合在一起，
最终导致按密度分层，即在上升水流作用下，密度高的悬浮液
集中在下层，而密度低的集中在上层。局部轻矿物和重矿物悬
浮体的密度分别是：
（ 2 - 2 - 49 ）
和 （ 2 - 2 - 50 ）
按此学说实现正分层（重矿物在下）的条件便是
（ 2 - 2 - 51 ）
ρρ)(δλρ
11x1
???
ρρ)(δλρ
22x2
???
ρρ)(δλρρ)(δλ
1122
?????
以某种方式改变 与 的相对值，使
（ 2 - 2 - 52 ）
此时，应发生反分层（轻矿物在下）。当
（ 2 - 2 - 53 ）
此时，两种粒群应处于混杂状态。据此条件，为了简化问题的
分析，可将两种粒群的颗粒看成属于同一阻力范围，即在同一
雷廷智范围内，于是,以 代之。此时，由
代入（ 2 - 2 - 53 ）可得计算临界流速 的公式，即
（ 2 - 2 - 54 ）
2
λ
ρρ)(δλρρ)(δλ
1122
?????
ρρ)(δλρρ)(δλ
1122
?????
21
nn ? n
)n
υ
u
(1λ
0
??
L
u
n
n
υρ)(δ
n
υρ)(δ
δδ
υυu
021012
12
0201L
?
?
?
?
?
?
?
?
???
?
?
1
λ
四、按重介质作用原理分层学说
我国张荣增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。提出轻矿物粗颗粒的浮沉，取决于重矿物细颗粒
与水所构成的悬浮液的物理密度，即与重介质分选原理相同。
正分层的条件成为：
（ 2 - 2 - 55 ）
反分层的条件为：
（ 2 - 2 - 56 ）
悬浮分层由正常分层转为反分层。其分层转变的临界条件为,
（ 2 - 2 - 57 ）
临界上升水速为：
（ 2 - 2 - 58 ）
这就是按重介质作用分层的观点，计算临界水速 的公式。
用它计算的 与实测值很相近，但有时 的计算值偏低。
ρρ)(δλδ
221
???
ρρ)(δλδ
221
???
ρρ)(δλδ
221
???
2
2
1
02L
n
)
ρδ
ρδ
(1υu
?
?
??
u
l
L
u
L
u
L
u
一、颗粒在离心力场中的运动特点
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 有关。所以
不但改变介质的性质可以改善选矿过程。而且，提高作用于颗
粒上的重力加速度 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 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 去取代重力加速度,这就是近几十年来出现的离心
力场中的分选与分离技术。
0
υ
g
第四节 颗粒在离心力场中的运动规律
g
g
ga
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。 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 及重力
加速度 都是常数；在离心力场中则不然，离心力
和离心加速度,是旋转半径及
旋转速度的函数，而且一般说 来，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。
0
G
0
g
rmωF
2
? rωa
2
?
二、颗粒在离心力场中的径向速度
在离心力场中，颗粒在介质中所受的离心力（当介质也作
同步旋转运动时）为,
（ N ） （ 2 - 2 - 59 ）
介质对颗粒在径向上运动的阻力为（ 为颗粒与介质间的
相对运动速度）
（ N ） （ 2 - 2 - 60 ）
根据矿粒在径向运动时受力情况的分析，可建立起运动微
分方程式为
（ N ）
或 （ N ） （ 2 - 2 - 61 ）
rρ) ω(δF
2
6
πd
3
V
??
c
υ
ρυψdR
2
c
2
Vr
?
ρυψdrρ) ω(δ
6
πd
dt
dυ
m
2
c
2
V
2
3
Vc
???
δπd
ρ6 ψυ
rω
δ
ρ)δ
(
dt
dυ
V
2
c2c
?
?
?
?
颗粒在任一回转半径处的径向速度 可按
的条件得出,
m / s （ 2 - 2 - 62 ）
利用特殊条件下的个别阻力公式，按照上述原理
亦可求出适合于一定雷诺数范围内，求径向速度 的
个别公式，唯一应注意的是将重力加速度 g 用离心加
速度 （即 ）取代即可。
0
dt
dυ
c
?
6 ψρ
rρ) ω(δπd
υ
2
V
c
?
?
a rω
2
c
υ
c
υ
（ 1 ）按牛顿 - 雷廷智公式（适用于雷诺数 ）
m / s （ 2 - 2 - 63 ）
（ 2 ） 按阿连公式（适用于雷诺数 ）
m / s （ 2 - 2 - 64 ）
（ 3 ） 按斯托克斯公式（适用于雷诺数 ≤ 1 ）
m / s （ 2 - 2 - 65 ）
5
102Re5 0 0 ???
rω
ρ
ρ)(δ3d
χυ
2V
c
?
?
3 0 0Re30 ??
3
μ
ρ
3
2
1 5 ρ
ρ)2 ( δ
Vc
rωχdυ
?
?
Re
rω
1 8 μ
ρ)(δχd
υ
2
2
V
c
?
?
复 习 题 二
1,固体容积浓度与松散度
2,沉淀度与最大沉淀度
3,两种密度、粒度均不相同的矿粒混合物，其粒度比大于等
沉比，在不同等速上升水流作用下，所出现的悬浮分层现
象，简述悬浮分层学说及重介质作用分层学说的基本观点。
4,干扰沉降等沉比与自由沉降等沉比的关系。
5,颗粒在离心力场中的运动与重力场中的运动有什么区别？
* 6,求解干扰沉降末速时，其经验公式
中指数 的意义及四种求法。
? ?
n
0矿g
λ1VV ??
n
1,用通式和个别公式求矿粒的自由沉降末速的计算步
骤。
2,两种密度、粒度均不相同的矿粒混合物，其粒度比大于等
沉比，在不同等速上升水流作用下，所出现的悬浮分层现
象，简述悬浮分层学说及重介质作用分层学说的基本观点。
3,求解干扰沉降末速时，其经验公式
中指数 的意义及四种求法。
? ?
n
0矿g
λ1VV ??
n
作 业 一
教 学 参 考 书：
1, 谢广元等, 选矿学, 中国矿业大学出版社,2 0 0 1, 8
2,王祖瑞等, 重介质选煤的理论与实践, 煤炭工业出
版社,1988.11
3,张家骏等, 物理选矿, 煤炭工业出版,1992.10
4,张鸿起等, 重力选矿, 煤炭工业出版,1987.1 0
教学重点：
一、重悬浮液的性质
（一）悬浮液的密度
（二）悬浮液的粘度和流变性
（三）悬浮液的稳定性
二、重介质分选机
（ 一）选煤用块煤重介质分选机
（二）选矿用重介质分选机
三、旋转重介质流选矿
一、圆锥型重介质旋流器
二、圆筒形重介质旋流器
三、三产品重介质旋流器
四、重悬浮液的回收与净化
一、重悬浮液回收与净化系统
二、重悬浮液中煤（矿）泥量的动平衡
三、重悬浮液回收与净化的主要设备
四、重悬浮液回收与净化中的损失
五、悬浮液密度的自动控制
六,干法选煤
第一节 概 述
一、重介质选矿的基本原理
二、重介质的种类与加重质的选择
三、重介质选矿的应用
一、重介质选矿的基本原理
通常将密度大于水的介质称为重介质。在这样的介质中进行的选矿称
为重介质选矿，它是按阿基米德原理进行的。
从公式（ 2 - 2 - 4 ）知颗料在介质中的有效重力 与重力加速度 分别
为,
可见,及 均随 的增大而减小。
在重介质中，当 时，,与 的方向一致，矿粒将
向下沉降；而当 时，,与 的方向相反，
矿粒将向上浮起。因此，为使选别过程能有效进行，重介质密度的选择应
在矿石中轻、重两种矿物的密度之间，即 。在这样的介
质中，选别完全属于静力作用过程，流体的运动和颗粒的沉降不再是分层
的主要作用因素，而介质本身的性质倒是影响选别的重要因素。
0
g
)g
δ
ρδ
(g
)gρV ( δFGG
Zj
0
Zj0
?
?
????
ρ
ρδ ?
)(g
0
??
1Zj2
δρδ ??
0
G
0
g
0
G
)(g
0
??
ρδ ?
g
g
二、重介质的种类与加重质的选择
重液 重液是一些密度高的有机液体或无机盐类的水溶液。
重悬浮液 重悬浮液是由密度大的固体微粒分散在水中构成的
非均质两相介质。高密度固体微粒起着加大介质密度的作用，
故称为加重质。
加重质的选择 工业上所用的加重质常用的有下列几种。
硅铁 选矿用的硅铁含 Si 量为 13~ 18 %,这样的硅铁密度为 6.8
克 / 厘米
3
，可配制密度为 3.2~ 3.5 克 / 厘米
3
的重悬浮液。
方铅矿 纯的方铅矿密度为 7.5 克 / 厘米
3
，配制的悬浮液密度可
3.5 克 / 厘米
3
。
磁铁矿 纯磁铁矿密度为 5.0 左右，配制的悬浮液密度最大可达
2.5 克 / 厘米
3
。
选择的加重质，应具有足够高的密度，且在使用过程中不
易泥化和氧化，来源广泛，价格低廉，便于制备与再生。
三、重介质选矿的应用
重介质选矿的给矿 粒度下限,对 金属矿石 为 1, 5 ~3 毫米，对 煤 为 3 ~6 毫
米，应用重介质旋流器可到 0, 3 ~ 0, 5 毫米；给矿 粒度上限, 金属矿石 为
5 0 ~1 5 0 毫米,煤 为 3 0 0 ~4 0 0 毫米。
受加重质自身密度的限制，悬浮液难以达到很高的密度，通常只能比
轻矿物密度略高一点，故重介质选矿不能获得高品位的最终精矿，而只能
选出密度低的单体脉石或采矿过程混入的围岩，从而作为预先选别作业使
用。 对煤来说，通常多采用磁铁矿粉作为加重质 。因其配制的悬浮液密度
范围较宽，完全能够满足分选各种煤炭使用，而且便于回收。对 有色金属
矿石，最适合于处理有用矿物为集合体嵌布或粗粒嵌布的矿石。这类矿石
经中碎后，即有大量单体脉石产出，用重介质选矿法将其除去，使之不再
进入磨矿和选别作业，从而可大大降低生产成本并提高选厂的处理能力。
对于井下开采的 铁、锰矿石,利用重介质选矿法可预先除去混入的围岩，
恢复地质品位。重介质选矿法已在我国用于处理 铁、锰、锡、钨 等矿石。
第二节 重悬浮液的性质
一、悬浮液的密度
二、悬浮液的粘度和流变性
三、悬浮液的稳定性
四、影响悬浮液密度、粘度及
稳定性的因素
影响重介质选矿过程的重悬浮液性质，是指其
密度、粘度和稳定性。
一、悬浮液的密度
（一）悬浮液密度的特点
（二）悬浮液的有效密度
影响重介质选矿过程的重悬 浮液性质，是指其密
度、粘度和稳定性。
一、悬浮液的密度
（一）悬浮液密度的特点
悬浮液是一种不均质的两相系统，在固、液两相间具有很
大的相界面，因此，它具有类似胶体系统的物理化学性质，这
就使悬浮液在密度和粘度方面与均质重液有不同的性质。密度
是指单位体积所具有的质量。悬浮液的密度等于加重质的密度
和液体（水）密度的加权平均值，
（ 2 - 4 - 1 ）
sjzj
λ) ρ(1λδρ ???
11)λ( δρ
jzj
???
式（ 2 - 4 - 1 ）所求悬浮液的密度,在物理意
义上与均质介质的密度不完全相同，只有将悬浮液中
的固、液两相作为一个统一的整体看待时，才具有密
度的概念。因悬浮液是由两种密度完全不同的质点
（即固、液两相质点）所构成的两相混合物，故悬浮
液密度 在数值上不能表征其中每一个质点的密度，
因此通常称该密度为悬浮液的 假密度,或称悬浮液的
物理密度 。
zj
ρ
zj
ρ
（二）悬浮液的有效密度
从式（ 2 - 4 - 1 ）看出，重介悬浮液的密度 是由
加重质的密度 及其容积浓度 所决定。
按规定的重介悬浮液密度配制一定体积的悬浮液，
所需加重质的重量，可用公式计算。根据质量平衡关
系，则
故得
（ 2 - 4 - 2 ）
j
δ
λ
zjzjs
j
j
zjj
ρV)ρ
δ
M
(VM ???
sj
szjjzj
j
ρδ
)ρ(ρδV
M
?
?
?
zj
ρ
图 2 - 4 - 1 结构化悬浮液中矿粒的浮沉运动
在已出现结构化的悬浮液内，若体积为 的矿粒向
下运动，开始时所遇到的静力作用，除悬浮液的浮力
外，还有静切应力引起的支持力 （如图 2 - 4 - 1 a 所
示），故矿粒下沉的条件是
（ 2 - 4 - 3 ）
支持力 的大小与矿粒的表面积 和静切应
力 成正比，即
（ 2 - 4 - 4 ）
将式（ 2 - 4 - 4 ）代入式（ 2 - 4 - 3 ）中，两侧都用
除之，则得
（ 2 - 4 - 5 ）
V
FgρVδV
zjkkk
??
A
0
τ
0
Aτ
K
1
F ?
F
kg
V
k
0
zjk
V
A
g
τ
K
1
ρδ ??
F
图 2 - 4 - 2 K 值与矿粒粒度的关系
式中的 一项是矿粒比表面积，由于,
而, 故
（ 2 - 4 - 6 ）
式中, — 分别为等体积当量直径与等面积当量直径。
将式（ 2 - 4 - 6 ）代入式（ 2 - 4 - 5 ）中，则得
（ 2 - 4 - 7 ）
不等式（ 2 - 4 - 7 ）右侧第 2 项，是由于结构化悬浮液的静切
应力存在，所导致, 浮力, 增大的增大值。该不等式右侧两项之
和，称其为重介悬浮液的 有效密度,以 表示，即
（ 2 - 4 - 8 a ）
相当于实际作用在矿粒上的悬浮液密度值，其大小不
仅与静切应力有关，而且还随矿粒的粒度及形状不同而异。
k
A/V
6
πd
V
3
V
k
?
χ
πd
πdA
2
V2
A
??
Vk
χd
6
V
A
?
V
d
A
d
V
0
zjk
K g χd
6τ
ρδ ??
V
0
zjyx
K g χd
6τ
ρρ ??
yx
ρ
yx
ρ
由于静切应力之合力对矿粒的作用方向始终与矿粒的运动方向相反，
轻矿粒在重介悬浮液中上浮时，作用于矿粒的悬浮液有效密度以 表示，
即
（ 2 - 4 - 8 b ）
此时上浮矿粒实际受, 浮力, 作用小了，因为多了一个因静切应力所引
起的下拖力,如图 2 - 4 - 1 所示。若矿粒的密度 恰好介于 与
之间，即：
（ 2 - 4 - 9 ）
则此矿粒既不下沉也不上浮，在重介悬浮液中处于悬浮不动的状态，
因而就难以获得有效分选。粒度细小形状又不规则的矿粒，这种现象表现
尤为突出，这是导致分选效率不高的重要原因。
生产中悬浮液的密度可用浓度壶人工测定或仪器自动检查。自动测定
装置有压差式密度测量仪和放射性密度测定仪等，由这些装置获得的一次
信号，通过电子仪器转换成电讯号传输给执行机构，用补加水或补加加重
质方法调节悬浮液的密度。
yx
ρ
V
0
zjyx
K g χd
6τ
ρρ ???
F ? b
k
δ
)
K g χd
6τ
(ρδ)
K g χd
6τ
(ρ
V
0
zjk
V
0
zj
????
yx
ρ ?
yx
ρ ?
二、悬浮液的粘度和流变性
（一）悬浮液的粘度和流变性
（二）悬浮液粘度的测定
1,带有搅拌装置的毛细管粘度计
2,同心圆筒式粘度计
（一）悬浮液的粘度和流变性
悬浮液的粘度与均质液体不同，它是液体与液体、固体与
固体以及液体与固体之间的内摩擦力（切应力）的体现。因而
内切应力要比单一分散介质为大。根据流体（包括两相流体）
的切应力与速度梯度的关系，可将流体分为 四种流变类型,即
牛顿流体, 粘塑性流体, 假塑性流体 和 膨胀性流体 。后三种也
称作非牛顿流体。这些流体的速度梯度与切应力关系曲线称作
流变曲线，如图 2 - 4 - 3 所示。
牛顿流体的流变曲线为一通过坐标原点的直线，切应力与速
度梯度的关系可用下式表示：
N /m
2
（ 2 - 4 - 10 ）
dh
du
μτ ?
图 2 - 4 - 3 流体的速度梯度与切应力的关系
1 - 牛顿流体； 2 - 粘塑性流体； 3 - 假塑性流体； 4 - 膨胀性流体
当悬浮液内固体颗粒相互 连接形成网状结构物时，流体不
仅有粘性而且有塑性，称为 粘塑性流体 。流变曲线为一条不通
过原点的曲线。在高的速度梯度下，内部结构物遭到破坏，曲
线渐变为直线。将此直线段向下延伸与 轴的交点 称为 动
切应力 。其值表示粘塑性流体流动时，粘度（塑性粘度）变成
常数所需的最小切应力。直线段的 值与 的关系可表示
为：
（ 2 - 4 - 11 ）
粘塑性流体又称为 宾汉体 。用粘度计测得的这类流体的粘
度称为 视粘度,写成,
（ 2 - 4 - 12 ）
公式右侧第一项称作 结构粘度 。可见，粘塑性流体的视粘
度（总粘度）系由 结构粘度 和 塑性粘度 两项组成。显然视粘度
并非常数，而是随速度梯度的增大而减小。选矿用重悬浮液多
属粘塑性流体。
d
τ
τ
dh
du
dh
du
μττ
pd
??
c
μ
p
d
c
μ
d u / d h
τ
μ ??
τ
假塑性流体和膨胀性流体的流变曲线都通 过坐标原
点，两者均没有静切应力。假塑性流体的流变曲线凸
向 轴，即其视粘度随速度梯度的增加而变小；膨胀
性流体的流变曲线凸向 轴，即其视粘度随速度梯
度的增大而变大，两种流体的 关系服从
指数方程，故又称幂律流体，表达式如下：
（ 2 - 4 - 13 ）
假塑性流体和膨胀性流体的视粘度为：
（ 2 - 4 - 14 ）
τ
dh
du
dh
du
τ ?
n
dh
du
kτ ?
?
?
?
?
?
?
1n
c
dh
du
kμ
?
?
?
?
?
?
?
?
（二）悬浮液粘度的测定
1,带有搅拌装置的毛细管粘度计
1 - 粗玻璃管；
2 - 毛细管；
3 - 隔板；
4 - 搅拌装置；
5 - 接取的容器；
6 - 电动机；
7 - 支架
使用毛细管粘度计测定介质粘度，是因为粘性液体在层流条件下，通过
毛细管的流量，其体积 可按下式计算：
（ 2 - 4 - 15 a ）
公式（ 2 - 4 - 15 a ） 也可写成,
（ 2 - 4 - 15 b ）
或, （ 2 - 4 - 16 ）
或写成,
（ 2 - 4 - 17 ）
V
t
lV
hgr
?
?
?
8
4
?
t
l
hgr
V ?
?
?
8
4
?
t
l
Pr
V
?
?
8
4
?
zjzj
zj
t
l
hgr
V ?
?
?
8
4
?
zjzjzj
t
lV
hgr
?
?
?
8
4
?
由式（ 2 - 4 - 16 ）及式（ 2 - 4 - 17 ）可知，若用同一个毛细管粘度计，在相
同的操作条件下（ 和 不变），分别测定某已知粘度的介质（如水及悬
浮液）流出体积为 所需的时间（ 和 不变），则悬浮液的有效粘度
（视粘度）为,
（ 2 - 4 - 18 ）
或
（ 2 - 4 - 19 ）
式（ 2 - 4 - 19 ）中，重介质悬浮液的粘度与水粘度的比值，称为悬浮液
的 相对有效粘度,简称 相对粘度,以 表示，即
（ 2 - 4 - 20 ）
显然，悬浮液的运动粘度则为,
（ 2 - 4 - 21 ）
所以，悬浮液的 相对运动粘度 便为,
（ 2 - 4 - 22 ）
s
zj
s
zj
zj
zj
t
t
ν
ρ
μ
ν ??
ss
zjzj
szj
tρ
tρ
μμ ?
ss
zjzj
s
zj
tρ
tρ
μ
μ
?
'
zj
?
ss
zjzj
s
zj'
zj
tρ
tρ
μ
μ
μ ??
Vh
V
t Zj
t
s
zj
s
zj
ZJ
t
t
ν
ν
ν ???
按上述原理，可利用毛 细管粘度计，测定重介质悬
浮液的相对动力粘度 及相对运动粘度 。测定方
法是：先将毛细管下端口堵住，在粗玻璃管中加入一
定体积（一般可为 200 mL ） 的水。然后开动搅拌装置
并测定由毛细管流出规定体积水（规定流出的体积应
少于加入体积）所需的时间 。再按同样方法在粗玻
璃管中加入与测水时体积相等的悬浮液，并测定与测
水时流出相同体积悬浮液所经历的时间 。于是便
可根据式（ 2 - 4 - 20 ）、式（ 2 - 4 - 22 ）算出悬浮液的相对
动力粘度 和相对运动粘度 。
'
zj
μ
'
zj
v
s
t
Zj
t
'
zj
μ
'
zj
v
2, 同心圆筒式粘度计
图 2 - 4 - 5 是外转筒式粘度计的示意图。
图 2 - 4 - 5 外转筒式粘度计示意图
1 - 转速表； 2 - 外转筒； 3 - 吊筒； 4 - 扭丝；
5 - 量角器； 6 - 电动机； 7 - 自耦变压器
根据式（ 2 - 4 - 23 ）及式（ 2 - 4 - 24 ）算出在该条件下的
速度梯度 与切应力 。
（ 2 - 4 - 23 ）
（ 2 - 4 - 24 ）
根据第二章的公式，即
将已计算的切应力及速度梯度代入，便可求出 值，该
即为要求的悬浮液粘度。
dh
du
τ
H2 πR
M
τ
2
1
?
dh
du
μτ ?
μ
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
2
2
2
1
2
1
R
1
R
1
R
2ω
dh
du
μ
三、悬浮液的稳定性
悬浮液的稳定性是悬浮液维持自身密度不变的性
质。由于悬浮液中的加重质受自身重力作用始终有向
下沉降的趋势，从而使上下层密度发生变化。显然加
重质的沉降速度直接影响悬浮液的稳定性，因此通常
用加重质在悬浮液中的沉降速度 的倒数表示稳定性
的大小，称作稳定性指标 （秒 / 厘米），即
（ 2 - 4 - 25 ）
值愈大，表示悬浮液的稳定性愈好，分选愈易进
行。
υ
Z
υ
1
Z ?
Z
如图 2 - 4 - 7 所示。 称为临界
容积浓度。临界容积浓度因加重
质的种类和性质而异，一般介于
25~ 30% 之间。当悬浮液的容积浓
度超过临界值时，矿粒在其中的
沉降速度急剧降低，设备生产能
力相应减小，分选效率变低。
L
λ
四、影响悬浮液密度、粘度及稳定性的因素
（ 1 ）悬浮液中加重质容积浓度的影响
图 2 - 4 - 7 悬浮液粘度与容积浓度的关系粘度
单位以流出毛细管的时间（秒）表示
（ 2 ）加重质的密度、粒度和形状影响
悬浮液的容积浓度受流动性（主要是粘度）的限制，常不允许超过某最
大值。因此要求配制的悬浮液的密度愈高，则加重质的密度亦应愈高，即加
重质的选择应与所配制的悬浮液密度相适应。
一般来说，在同样容积 浓度下，加重质的粒度愈小，视粘度将愈大，
开始形成结构化的浓度亦愈低。加重质的形状则是愈接近球形，悬浮液的粘
度愈小。矿泥含量对悬浮液视粘度的影响也是很大的，对结构化的形成尤为
敏感。这里所说的矿泥系指小于 1 0 ~2 0 微米的颗粒。在原矿中含泥量多时即
须事先通过洗矿脱除；在介质循环过程中也会产生一部分矿泥，可在加重质
的再生系统中予以脱除。
悬浮液的稳定性和粘度常常是矛盾的。粘度大则稳定性高，粘度小则稳
定性低。而生产上则希望悬浮液既有小的粘度又有高的稳定性，可是这两者
是难以兼得的，所以在选择悬浮液时，应综合利弊统一考虑。为使悬浮液能
够更好地稳定，保持上下层的密度尽可能地一致，可在分选机内采用机械搅
拌、机械振动或使悬浮液流动等办法予以改善。
第三节 重介质分选机
一、选煤用块煤重介质分选机
二、选矿用重介质分选机
矿粒借重悬浮液在重力场中按密度完成选分过程
所用的设备称重介质分选机。
表 2-4-1 重介质分选机分类表
分 类 特 征 分 选 机 类 型
分选后的产品品种 两产品分选机三产品分选机
悬浮液流动方向
水平液流分选机
垂直液流分选机（上升流或下降流）
复合液流分选机（水平 -上升流或水平 -下降流）
分选槽形式 深槽分选机浅槽分选机
排矸装置形式
提升轮分选机（斜轮、立轮）
刮板分选机
圆筒分选机
空气提升式分选机
一、选煤用块煤重介质分选机
（一）斜轮重介质分选机
（二）立轮重介分选机
1,JL 型立轮重介质分选机
2,滴萨（ DISA ） 型立轮重介质分选机
3,太司卡（ TESKA ） 型重介质分选机
（三）圆筒型重介质分选机
（一）斜轮重介质分选机
1 - 分选槽；
2 - 提升轮；
3 - 排煤轮；
4 - 提升轮轴；
5 - 减速装置；
6 - 电动机；
7 - 提升轮骨架；
8 - 齿轮盖；
9 - 立筛板；
10 - 筛板；
11 - 叶轮；
12 - 支座；
13 - 轴承座；
14 - 电动机；
15 - 链轮；
16 - 骨架；
17 - 橡胶带；
18 - 重锤
图 2 - 4 - 8 斜轮重介质分选机
斜轮重介质分选机的优点：
（ 1 ）分选精确度高。由于重产物的提升轮在分选槽底部旁则
运动，在悬浮液中处于分选过程的物料不被干扰，可能偏差
可达 0.02~ 0.03 ；
（ 2 ）分选粒度范围宽，处理能力大。该机槽面由于制造得较
为开阔，斜提升轮直径可达 8 m 或更大。因此，分选粒度上限可
达 1 00 0 mm, 下限为 6 mm 。 如国产分选槽宽为 4 m 的重介质分选
机，其斜轮直径为 6.55 m, 处理能力为 350~ 500 t /h ；
（ 3 ） 该机悬浮液循环量少。由于轻产物采用排煤轮的重锤拨
动排放，所以被煤带走的悬浮液量少，故悬浮液循环量低（按
入料计约为 0.7 ~ 1.0 m
3
/ t,h ）；
（ 4 ） 由于分选槽内有上升悬浮液流使悬浮液比较稳定，分选
机可使用中等细度的加重质，即小于 3 2 5 目（ < 0, 0 4 mm ） 占
40% ~ 50 % 已达到细度要求。
E
（二）立轮重介分选机
立轮重介分选机作为块煤分选设备，在国外应用较多。
常见的有德国的太司卡（ T E S K A ） 型和波兰的滴萨（ DI S A ）
型立轮重介质分选机。我国 70 年代初期研制了 JL
1, 8
型立轮重介
质分选机。安装在汪家寨选煤厂，用来洗选跳汰机的中煤，获
得良好效果。在此基础上 80 年代初又设计了 JL
2, 5
型立轮重介质
分选机，用以处理 50~ 300 mm 粒级的块煤排矸。
立轮重介质分选机与斜轮重介质分选机工作原理基本相
同，其差别仅在于分选槽槽体型式和排矸轮安放位置等机械结
构上有所不同。在相同处理量，立轮重介质分选机具有体积小
、重量轻、功耗少、分选效率高及传动装置简单等优点。
1, J L 型立轮重介质分选机
图 2 - 4 - 10 JL
1, 8
型立轮重介质分选机结构示意图
1 - 分选槽； 2 - 排矸轮； 3 - 棒齿； 4 - 排矸轮传动系统； 5 - 排煤轮；
6 - 排煤轮传动系统； 7 - 矸石溜槽； 8 - 机架； 9 - 托轮装置
2, 滴萨（ D I S A ） 型立轮重介质分选机
图 2 - 4 - 1 1 D I SA - 1S 型立轮重介质分选机
N - 入料； K - 浮物； T - 沉物； a - 悬浮液入口； b - 悬浮液排放口；
1 - 分选槽； 2 - 分选槽侧部； 3 - 承重结构； 4 - 提升轮； 5 - 支撑中心线； 6 - 排矸溜槽；
7 - 入料口盖板； 8 - 分选槽底部； 9 - 振作平台； 10 - 提升轮传动装置； 11 - 定位辊； 12 - 导向辊；
13 - 传动皮带； 14 - 浮物刮板（ P
1
,P
2
分别为作用在横向及纵向支承梁上的重力）
图 2 - 4 - 1 2 D I SA - 2S 型立轮重介质分选机
N - 入料； K - 浮物； T - 沉物； a - 悬浮液入口； b - 悬浮液排放口；
1 - 分选槽； 2 - 分选槽侧部； 3 - 承重结构； 4 - 提升轮； 5 - 支撑中心线； 6 - 排矸溜槽；
7 - 入料口盖板； 8 - 分选槽底部； 9 - 操作平台； 10 - 提升轮传动装置； 11 - 定位辊；
12 - 导向辊； 13 - 传动皮带； 14 - 浮物刮板（ P
1
,P
2
为作用于支承梁上的重力）
图 2 - 4 - 1 3 D I SA - 3S 型三产品重介质分选机
Y - 入料； J - 精煤； Z - 中煤； G - 矸石； a - 悬浮液入口； b - 悬浮液入口； b - 悬浮液排放口；
1 - 分选槽； 2 - 分选槽侧部； 3 - 承重结构； 4 - 提升轮； 5 - 支撑中心线； 6 - 沉物排放溜槽；
7 - 入料槽； 8 - 分选槽底部； 9 - 操作平台； 10 - 提升轮传动装置； 11 - 定位辊；
12 - 导向辊； 13 - 传动皮带； 14 - 浮物刮板（ P
1
,P
2
分别为作用在横向及纵向支承梁上的重力）
3,太司卡（ T E S K A ） 型重介质分选机
图 2 - 4 - 14 太司卡重介质分选机结构图
图 2 - 4 - 15 太司卡重介质分选机的密封装置
1 - 充气橡胶圈； 2 - 橡胶块； 3 - 接触面； 4 - 提升轮； 5 - 分选槽
图 2 - 4 - 16 太司卡三产品重介分选机
立轮重介质分选机较斜轮重介质分选机有更多的优点，主要
有：
（ 1 ）在分选槽内立轮产生涡流的流动方向与沉物的沉降方
向一致，所以对分选过程影响不大；斜轮在分选槽内所产生的
涡流运动方向与沉物的沉降方向相反，并同时造成一个水平旋
转的涡流，不仅影响分选效果，而且降低处理量。
（ 2 ）相同槽宽的立轮重介质分选机比斜轮重介质分选机体
积小、重量轻。
（ 3 ）立轮重介质分选机传动机构简单，故不易损坏，事故
少；斜轮则传动机构较复杂，事故多，因而维修工作量大。
（ 4 ）重介分选机工作中的磨损情况，立轮比斜轮要 轻，如
排矸轮、分选槽等寿命均在 5 年以上。
图 2 - 4 - 17 立轮重介质分选机内涡流流动状况
图 2 - 4 - 18 斜轮重介分选机中涡流状况
（三）圆筒型 重介质分选机
2 - 4 - 19 维姆科圆筒重介质分选机结构示意图
1 - 纵向隔板； 2 - 沉物排放溜槽； 3 - 溢流排出口；
4 - 滚轮； 5 - 沉物与浮物的分隔板
图 2 - 4 - 20 维姆科圆筒重介质分选机的结构型式
维姆科圆筒重介质分选机的优点是结构简单，紧
凑，因除圆筒转动外，无其它运动部件；工作可靠，
分选精度高，可能偏差 值在 。其缺点是
悬浮液的循环量大，除浮煤靠溢流排走外，沉物也需
悬浮液冲送才能排出；另外，由于给入分选机的只有
一种 水平介质流,为确保重介质的稳定性，故所需加
重质粒度要较细。
E 03.0~02.0
二、选矿用重介质分选机
（一）重介质振动溜槽
（二）深槽式圆锥型重悬浮液选矿机
（一）重介质振动溜槽
图 2 - 4 - 21 重介质振动溜槽结构示意图
1 - 电动机； 2 - 传动装置； 3 - 连杆； 4 - 槽体； 5 - 给水管；
6 - 槽底水室； 7 - 支撑用的板弹簧； 8 - 机架； 9 - 分离隔板
图 2 - 4 - 22 重介质振动溜槽的工作过程示意图
1 - 振动溜槽； 2 - 脱介筛； 3 - 悬浮液循环泵； 2 - 4 - 贮存悬浮液圆锥
该设备的工作特点是床层松散性能好，可用较粗粒度
的加重质（一般粒级在 1.5~0.15 ）。 加重质在床层内也
要分层，层底容积浓度可达 55%~60%,而粘度仍较小。
因此，可采用较低密度的加重质，借助高的容积浓度仍
获得较高的分离密度。例如，在一般重介质分选机中用
磁铁矿作加重质，只能配成密度为 2.5 g/cm3 的悬浮液，
而在振动溜槽中分选密度可达到 3.3 g/cm3。 加重质粒度
变粗后，又有利于介质的净化和回收。在分选介质中混
入一些矿泥（如达 20%）对分选效果影响不大。
（二）深槽式圆锥型重悬浮液选矿机
图 2 - 4 - 23 深槽式圆锥型重介质分选机
a - 内部提升式单圆锥型重介质分选机； b - 外部提升式双圆锥型重介质分选机；
1 - 回转中空轴； 2 - 圆锥槽； 3 - 套筒； 4 - 刮板； 5 - 电动机； 6 - 外部空气提升管
复习题三
1, 加重质
2,悬浮液物理密度和有效密度
3, 简述牛顿流体和非牛顿流体的流变特性。
4, 影响悬浮液密度、粘度及稳定性的主要因素及
利用毛细管粘度计测定悬浮液粘度的方法。
5,斜轮重介质分选机两股介质流的作用以及斜轮
重介质分选机的优缺点。
* 6,试简述国产立轮分选机、滴萨型、太司卡型的
结构特点和工作过程。
7, 立轮重介质分选机与斜轮重介质分选机相比，
有哪些特点？
第四节 旋转重介质流选矿
一、圆锥型重介质旋流器
二、圆筒形重介质旋流器
三、三产品重介质旋流器
重介质旋流器是一种利用离心力场强化细粒级矿粒在重介质中分选的
设备，能使密度差值小（± 0, 1 含量大）的难选和极难选细粒物料也能获得
精确的分选。其结构简单，无运动部件，分选效率高。对于选煤来说，入
料粒度上限由原来的 13 （ 10 ） mm, 已扩大到 50 mm, 有效分选下限可达到
0, 1 5 （ 0, 1 0 ） mm 。 选别细粒煤时，可能编差,同时，还
可以脱除煤中黄铁矿硫。
根据其 机体结构和形状 分为：
圆锥型 和 圆筒型 两产品重介质旋流器；
双圆筒 串联型,圆筒 型与 圆锥 型串联的三产品重介质旋流器。
根据 给料方式 可以分为 有压给料式 和 无压给料式 两种。
属于无压给料式的 有荷兰的 D, S,M 重介质旋流器及其仿制品（日本永田
式、苏联两产品重介质旋流器及我国煤用或矿用重介质旋流器），另外，
美国的麦克纳利、英国的沃西尔、日本的倒立旋流器等。
属于无压给料式的有美国 D, W,P 旋流器、苏联 ГЦ - 5 0 0 型旋流器等。
06.0~02.0?
p
E
一、圆锥型重介质旋流器
（一）重介质旋流器的构造和分选过程
（二）重介质旋流器中流体的分布规律
1,切向分速度
2,径向分速度
3,轴向分速度
（三）影响重介质旋流器工作的因素
1,进料压力
2,悬浮液的密度
3,入料的固液比（矿粒与悬浮液的体积比）
4,旋流器结构参数对工作效果的影响
5,重介质旋流器的给料方式
6,重介质旋流器的安装
（四）其它类型圆锥形重介质旋流器简介
1,倒立型重介质旋流器
2,麦克纳利重介质旋流器
υ
r
υ
a
υ
（一）重介质旋流器的构造和分选过程
D, S, M 型两产品重介质旋流器结构图如图 2 - 4 - 24 所示。
图 2 - 4 - 24 两产品重介质旋流器
1 - 入料管； 2 - 锥体； 3 - 底流口； 4 - 溢流管； 5 - 溢流室； 6 - 基架
图 2 - 4 - 25 重介质旋流器分选过程
（二）重介质旋流器中流体的分布规律
为了说明矿物颗粒在旋流器 内的分离过程，首先
介绍旋流器中流体的分布规律。旋流器中的流体流速
分布是很复杂的。旋流器中任一点矿浆的流动速度可
分解成为 切向、径向和轴向三个分速度 。凯尔萨尔用
特殊的显微镜观察过细粒在透明的水力旋流器内运动
的情况。为了方便起见，现对三个分速度分别进行分
析。图 2 - 4 - 26 为凯尔萨尔测定的旋流器中流体流速分
布图。
图 2 - 4 - 26 凯尔萨尔测定的旋流器中流体速度的分布图
a - 切向速度曲线； b - 径向速度曲线； c - 轴向速度曲线；
1 - 旋流器器壁； 2 - 空气柱； 3 - 溢流管
1,切向分速度,
矿浆在旋流器中的切线速度是由于进料以切线方向给入而
获得的。图 2 - 4 - 26 a 为流体在旋流器中不同水平断面及不同半径
处的切向速度 分布图。从该图可看出，在同一水平面上，
切向速度随半径减小而增大。在接近溢流管壁和空气柱处时达
到最大值，尔后迅速减小。不同断面上的切向速度分布曲线略
有不同，除靠近中心空气柱及溢流管壁处 随 而减小外，
其它部分 与 之间有下列方程式关系。即
式中 —— 为幂指数。
是一个变数，凯尔萨尔通过试验认为,值取决于旋转
半径，靠近水力旋流器壁处,而在空气柱半径处
。匈牙利达尔扬教授提出 为 0.5~ 0.9 。日本人藤本敏治确定
为 0.5~ 0.83 。旋流器的工作条件不同,值亦不同。同一旋流
器的不同断面处，值略有差异，但仍可用平均值表示。
υ
常数rυ
n
t
?
0.5n ?
r
t
υ
t
υ r
t
υ r
n
n n
n n
n
0.3n ?
2,径向分速度
由图 2-4-26b可知，径向分速度 随半径的减小而减小（直至零），然
后改变方向。在器壁附近，径向速度是向外的，而靠近轴心处，径向速度
是向里的。
3,轴向分速度
由图 2-4-26c可知，流体的轴向分速度在旋流器壁附近方向向下，随半
径减小，流体的轴向速度减小，直至零。速度曲线通过零点位置改变方向，
之后随半径减小，向上速度增加，到接近空气柱边缘时达到最大值。
将各断面上轴向分速度为零的点连接起来，可以得到一个圆锥形包络
面。在锥形包络面以外的全部矿浆都向下流动，在锥形包络面以内的矿浆
则为上升流。
以上结论是在固体浓度很小的水介质中所测得的。对重悬浮液的运动
情况测得较少。
使用重悬浮液作为分选介质时，悬浮液是由高密度的固体粒子与水混
合成的不均匀两相体系。由于旋流器中的离心力相当大，因此，悬浮液本
身将在旋流器中受到强烈的浓缩作用，从而造成悬浮液的密度在旋流器中
分布不均匀。
图 2-4-27为直径 75mm旋流器悬浮液密度的分布情况。
rυ
aυ
rυ
图 2 - 4 - 27 重介质旋流器恒密度面
给料密度 1.50 g/c m
3；
溢流密度 1.40 g /c m
3；
底流密度 2.78 g/c m
3
从图中可看出，悬浮液的密度由旋流器的 中心向外 随 半径增加
而增高 。半径相同处,由上到下,悬浮液的密度 逐渐增高 。越接
近器壁，越接近底流口，悬浮液密度越大。由于 浓缩 作用,底流
的密度 比溢流 的密度 高 得多。加重质的粒度越粗、密度越大、离
心力越大、锥角越大、底流口越小，则悬浮液的浓缩作用越强。
同样，由于浓缩结果，旋流器 底流 中悬浮液的密度将 高于入料 悬
浮液的密度,溢流 则 低于入料 悬浮液密度。矿粒在旋流器中的 实
际 分选密度 介于溢流 密度和 底流 密度 之间,并且 高于入料 的密
度 。分选密度增高的数值（ 与入料相比）与 操作条件（浓缩作
用的强弱）有关。一般为 0,2 ~ 0, 4 g/ c m
3
。 因此，在重介质旋流器
中可以采用密度较低的悬浮液来得到较高的分选密度，从而减少
加重质的用量。
因此，重介质旋流器的分选过程，可以用, 分离锥面, 的学说来概括，即
在旋流器内存在一个 低密度 与 高密度 物体的 分离界面,这个界面是轴向零
速面和径向零位面的综合面，其形状基本上是锥形，该 界面上的介质密度
一般 等于 矿粒的 分离密度 。矿粒进入旋流器后，在离心力的作用下，位于
,分离锥面, 内部 的 高密度矿粒 则由 中心向外移动,如它的密度高于, 分离锥
面, 附近悬浮液的密度，则该故粒将 越过, 分离锥面, 进入 下降流,并由底流
口排出。反之，则仍停留于上升液流中，并由溢流口排出。在, 分离锥面,
外部 的 低密度的矿粒,则 向中心移动,如它的密度低于, 分离锥面, 附近悬
浮液的密度，则该矿粒将越过, 分离锥面, 而进入 上升流 中，并由溢流口排
出。反之，仍留在下降流中，由底流口排出。所以, 分离锥面, 上的悬浮液
的密度，是矿粒在旋流器中的实际分选密度。有人认为，由于在整个, 分离
锥面, 上，悬浮液各点的密度并不相同，密度自上而下地逐渐增加，因此，
矿粒在旋流器中分选是一个连续进行多次分选过程,决定矿粒最终分选密
度 的，是分离锥面 最下端的悬浮液密度,这一点的密度和位置不仅与给料
速度、介质性质、介质密度有关外，还与旋流器本身的结构参数有密切关
系。对于这一点研究得还很不够。
（三）影响重介质旋流器工作的因素 （六个方面）
1,进料压力
2,悬浮液的密度
3,入料的固液比（矿粒与悬浮液的体积比）
4,旋流器结构参数对工作效果的影响
1 ）圆柱体的长度
2 ）圆锥角的大小
3 ）溢流口的直径
4 ）底流口的直径
5 ）锥比 底流口直径与溢流口直径之比谓之锥比。
6 ）入料口尺寸
7 ）溢流管插入深度
5,重介质旋流器的给料方式
6, 重介质旋流器的安装
图 2 - 4 - 2 8 圆柱长度与分
选效果关系
重介质旋流器的给料方式
重介质旋流器的给料方式有三种,第一种 是将物料与悬浮液混合后 用
泵打入 旋流器。入料压力可达 0, 1 M P a 以上。 第二种 是 利用定压箱 给料，
物料和悬浮液在定压箱中混合后靠自重进入旋流器。定压箱液面高于旋
流器入料口（视旋流器直径大小而定），一般 500 mm 直径的旋流器不低
于 5 m 的高度，以保证入料口压力不低于 0, 0 4 M P a, 否则，压力过低离心
力过小，影响分选效果，降低处理能力。这种给料方式称为低压给料旋
流器。生产上广泛采用这种方式。第一种用泵给料，在给料过程中，致
使物料粉碎现象严重，并增加设备磨损，虽然可降低厂房高度，仍比较
少用。由于旋流器的结构改变，又产生 第三种 给料方式，即悬浮液用泵
以切线方向给入圆筒旋流器下部，而物料靠自重从圆筒顶部给入，称为
无压 旋流器。 旋流器的入料口形状有多种多样的形式，如圆形、方形、
长方形等。入料管一般是直倾斜的，也有采用抛物线形和摆线形的。总
的要求应该考虑使矿浆按切线方向进入旋流器，阻力要小，易于制造。
重介质旋流器的安装
重介质旋流器一般 倾斜安装,旋流器 轴线与水平 的
夹角为 10
0
，便于旋流器入料、溢流和底流管路系统的
的安装。当设备停止运转时,物料能顺利的 从旋流器
中排出来。对低压给料旋流器 更应倾斜安装,因如采
用正立垂直安装，溢流口与底 流口高差引起 压力变化
，底流口所受压力比溢流口大,从而使矿浆 大量从底
流口排出，影响旋流器正常工 作。日本涡流 旋流器，
采用粗粒磁铁矿粉作加重质,在结构上有所 改变，采
用倒立安装方式。
（四）其它类型圆锥形重介质旋流器简介
1,倒立型重介质旋流器
图 2 - 4 - 29 倒立重介质旋流器
1 - 浮物室； 2 - 浮物排出口； 3 - 溢流套管；
4 - 溢流管； 5 - 底板； 6 - 主入料室；
7 一次入料室； 8 - 调节闸板；
9 - 给料喷嘴； 10 - 接头；
11 - 圆锥体； 12 - 空气柱调节管；
13 - 圆锥口； 14 - 盖板；
15 - 液位调节器； 16 - 调节套管；
17 - 沉物室； 18 - 沉物室盖；
19 - 托架； 20 - 调整螺母
2,麦克纳利重介质旋流器
美国麦克纳利公司制造的一种圆锥形重介质旋流器，其
主要特点是入料沿摆线方向给入，见图 2 - 4 - 30,图 2 - 4 - 31 。
图 2 - 4 - 30 麦克纳利重介质旋流器 图 2 - 4 - 31 麦克纳利旋流器的给料方式
二、圆筒形重介质旋流器
1,D.W,P 型圆筒重介质旋流器
2,原苏联 ΓЦ - 500 型旋流器
3,沃西尔重介质旋流器
4,大粒级煤重介质旋流器
1,D.W.P 型圆筒重介质旋流器
由美国维尔莫特公司研制的 D, W, P 型重介质旋流器，机体为圆筒形，
筒长与直径比为 3 ~ 6,它是一种无压给料式重介质旋流器。
图 2 - 4 - 3 2 D, W,P 重介质旋流器
图 2 - 4 - 33 D,W.P 旋流器布置图
图 2 - 4 - 34 H M C C - 400 型圆筒重介质旋流器布置示意图
1 - 给料斗； 2 - 反压力调节筒； 3 - 圆筒重介质旋流器
图 2 - 4 - 3 5 φ 6 5 0 m m 无压给料两产品重介质 旋流器结构示意图
2,原苏联 ΓЦ - 500 型旋流器
图 2 - 4 - 36 ΓЦ - 500 型旋流器
3, 沃西尔重介质旋流器
图 2 - 4 - 37
沃西尔重介质旋流器
1 - 调排料口；
2 - 沉物室；
3 - 旋涡排料室；
4 - 旋涡溢流管；
5 - 主分选室
4, 大粒级煤重介质旋流器
图 2 - 4 - 38
大粒级煤重介质旋流器
三、三产品重介质旋流器
三产品重介质旋流器，是由两台两产品重介质旋流器串联
组装而成，从分选原理上没有差别。第一段为主选，采用低密
度悬浮液进行分选，选出精煤和再选入料，同时由于悬浮液浓
缩的结果为第二段准备了高密度悬浮液；第二段为再选分选出
中煤和矸石两种产品。三产品重介质旋流器的主要优点是需一
套悬浮液循环系统，简化再选物料的运输。其缺点是在第二段
分选时，其重介质密度的测定和控制较难。因第二段悬浮液入
料是由第一段旋流器浓缩而来。由于悬浮液密度与两段旋流器
结构尺寸有关，所以第二段旋流器的分选密度除与第一段分选
密度和两段旋流器的溢流管直径有关外，还与第二段旋流器底
流口直径有关。因此，溢流管直径要选择适当。三产品重介质
旋流器工艺简化，基建投资省和生产成本较低，受到了用户的
欢迎。
图 2 - 4 - 39 无压给料三产品重介质旋流器结构示意图
图 2 - 4 - 4 0 φ 7 1 0 / 5 0 0 三产品重介质 图 2 - 4 - 4 1 φ 5 0 0 / 3 5 0 三产品重介质
旋流器示意图 旋流器结构示意图
图 2-4-42 Γ T-3/80型三产品重介旋流器
1-第一段圆筒形旋流器； 2-入料管； 3-底流口； 4-连接管； 5-溢流管； 6-溢流室；
7-排料管； 8-第二段旋流器的圆筒部分； 9-第二段旋流器的圆锥部分； 10-底流口；
11-矸石室； 12-排料管； 13-溢流管； 14-中煤室； 15-排料管
图 2 - 4 - 43 Γ T - 3 / 50 型三产品重介旋流器结构
1 - 圆筒旋流器； 2 - 圆筒圆锥旋流器； 3 - 连接管； 4 - 悬浮液给入管；
5 - 入料管； 6 - 溢流管； 7 - 精煤排出管； 8 - 第二段底流口
图 2 - 4 - 44 T r i - F lo 分选机
第五节 重悬浮液的回收与净化
一、重悬浮液回收与净化系统
二、重悬浮液中煤（矿）泥量的动平衡
三、重悬浮液回收与净化的主要设备
四、重悬浮液回收与净化中的损失
物料经分选后，轻、重产品都带走大量的悬浮液，必须迅
速地回收循环使用。为使回收的悬浮液性质符合要求，必须进
行净化浓缩。因此，悬浮液的回收与净化是重介选矿流程中的
一个重要组成部分，这个环节工作的好坏将直接影响分选效果。
一、重悬浮液回收与净化系统
常用于粗粒（块煤）重介质分选悬浮液回收净化流程，如图
2 - 4 - 45 所示。
图 2 - 4 - 45 悬浮液回收净化流程比较简单。缺点是细粒磁铁 矿
容易损失。常用于粗粒（块煤）分选的悬浮液回收净化流程。
图 2 - 4 - 46 是适用于末煤重介选悬浮液回收净化流程。该流 程
比前者复杂。优点是能够回收细粒磁铁矿和细煤泥，保持悬浮
液稳定，减少磁铁矿损失。
图 2 - 4 - 45
常用悬浮液回收净化流程
1 - 重介分选机；
2 - 重产品脱介筛；
3 - 轻产品脱介筛；
4 - 合格介质桶；
5 - 合格介质泵；
6 - 稀介质桶；
7 - 稀介质泵；
8 - 稀介质桶；
9 - 一段磁选机；
10 - 二段磁选机
图 2 - 4 - 46
稀介质回收净化流程
1 - 稀介质桶；
2 - 稀介质泵；
3 - 低压旋流器；
4 - 浓缩机；
5 - 第一段磁选机；
6 - 第二段磁选机
二、重悬浮液中煤（矿）泥量的动平衡
进入悬浮液系统中的煤泥量有两部分，一是由原料煤所带
入的原生煤泥，二是在分选过程中产生的次生煤泥。从悬浮液
系统中排出的煤泥有：产品带走的煤泥、稀介质和分流量进入
磁选机后以尾矿形式排除的煤泥。当原料煤的数质量、选煤工
艺流程及分流量等各项参数不变时，按照数质量进出平衡原则，
煤泥量不可能在系统中无限积存，也不可能在系统中无限减少。
进入系统的煤泥量应该与系统中排除的煤泥量平衡，即 动平衡 。
当某一参数改变后，煤泥量就失去平衡。煤泥量在合格悬浮液
中增加或减小，但达到一定数值后又在新的基础上平衡了 。
比如当分流量增加后，进入系统中的煤泥量没变，但从磁
选机排除的煤泥量增加了。于是从系统中排除的煤泥量，大于
进入系统的煤泥量。合格悬浮液中煤泥量逐渐减少，合格悬浮
液中的流变粘度也逐渐减小。这样，脱介筛的脱介效果将会改
善，进入第二段稀悬浮液中的煤泥量将会逐渐减小。最后由产
品带走的煤泥量也逐渐减小。结果是从系统中排除的煤泥量逐
渐与进入系统中的煤泥量趋于平衡，也就是在合格悬浮液中煤
泥含量减少的基础上达到了新的平衡。所以，当原料煤的煤泥
含量增多或分流量减小时，合格悬浮液中的煤泥含量就会增加。
所以在一般情况下，可通过改变分流量来调节悬浮液中的煤泥
含量。
三、重悬浮液回收与净化的主要设备
1,脱介筛
2,浓缩设备
3,净化设备
4,介质桶
5,提升和输送介质的设备
图 2 - 4 - 47 倾斜板浓密箱结构示意图
1 - 给料槽； 2 - 浓缩板； 3 - 稳定板； 4 - 排料口
图 2-4-48 空气提升器
1-入料管； 2-液位电极； 3-进气管； 4-桶体；
5-排气管； 6-排料管； 7-逆止阀
四、重悬浮液回收与净化中的损失
由产品带走和磁选机尾矿流失的加重质（磁铁矿粉）之和，
折合成每吨原煤的介质损失量，称为磁铁矿粉的 技术损失 。由
于运输、转载和添加方式不佳等管理不善而造成的损失，称为
管理损失 。技术损失和管理损失相加，构成 总介质损失 。
根据国内外较好水平要求,块状物料 重介质选矿的实际损失
应低于 0.5kg（ t.原矿）。 粉状物料 重介质选矿的实际损失应该
低于 1.0kg（ t.原矿）。 我国选煤厂设计规范中规定，重介质选
煤过程中，入选一吨原煤的磁铁矿粉耗量（技术损失）宜直接
在下列指标内,对于块煤系统 0.2kg； 对于末煤系统 0.5~1.0kg。
可从以下几个方面，控制加重质的损失：
1 ）加强对脱介筛的维护及改善其工作效果
2 ）有条件的选煤厂可采用直接磁选工艺
3 ）提高分选设备的回收率
应保证磁选机回收率在 99,8% 以上。进磁选机的磁铁矿量
6 t/ h, 当回收率为 99.9% 时，则损失 6 kg/h ； 回收率为 99% 时，
损失高达 60 kg/ h ； 若回收率降至 98%,损失将大到 1 20 kg/h 。
4 ） 保持各设备液位平衡，防止堵、漏事故发生
5 ）减少进入稀介质中的加重质数量，并尽量保持稀介质的
质量稳定
6 ）保证加重质粒度的要求
7 ）严格控制从重介质系统中向外排放矿浆
8 ）采用最佳的加重质储运及添加方式
第六节 悬浮液密度的自动控制
悬浮液密度自动控制系统
重介质选生产过程，悬浮液的密度直接影响实际分选密度。为
了提高分选过程的 工艺效果，实际分选密度的波动尽可能小。一般
要求进入分选机中的悬浮液，其密度波动需小于± 0, 1 / cm
3
。 悬浮液
的密度根据对精煤 灰分指标的要求确定的。但由于分选机中流体运
动的影响,悬浮液密度与实际分选密度是有差别 的。 对于上升介质
流的块煤重介质分选机, 悬浮液密度比实际分选 密度一般要低
0, 0 3 ~0, 1 g / cm
3； 若用重介质旋流器，悬液液密度比实际分选密度要低
0, 2 ~0, 4 g / cm
3
。 在日常生产中，检查悬浮液密度的方法有两种，一是
人工检查,即用 浓度壶测定 ；另外，亦可用 密度计测量 。但这种检
查方法，既费力,经检查后又难以及时调整。另一种方法是用仪器
自动检测,由这些装置将所获得的一次信号，通过电子仪器转换成
电讯号，传输给执 行机构，用补加水或补充加重质的方法，使悬浮
液的密度维持稳定状态。
图 2 - 4 - 52 常用的密度自动控制系统
1 - 密度计； 2 - 自动控制箱； 3 - 变流箱； 4 - 水阀； 5 - 合格介质桶； 6 - 稀介质桶；
7 - 介质泵； 8 - 浓缩机； 9 - 第一段磁选机； 10 - 第二段磁选机
悬
浮
液
密
度
自
动
控
制
系
统
总之，自动控制系统的功能是：合格介质桶内
悬浮液密度一旦升高，就立即补加清水；一旦密度
降低，就加大分流量，进行浓缩。液位低加新的磁
铁矿粉；液位高加大分流量。在正常生产过程中，
液位一般比较稳定，因悬浮液密度的波动很小，因
而液位变化难以反应。密度和液面的自动控制系统，
应具有这样的能力，当合格介质桶内悬浮液密度产
生很大偏差时，它能很快的把密度调整过来。
复 习 题 四
1, 重介质旋流器按给料方式可分为几种？具体含义是什么？
2, 重介质旋流器的三种给料方式。
3, 悬浮液的回收与净化包含哪几方面内容？怎样保证悬浮液中泥质
物含量的平衡。
4, 重介质密度的自动测定基本原理。
5, 画出重介质回收与与净化的常用工艺流程。
6, 介质损失的原因，如何降低介质损失？
* 7,重介质旋流器工作时，悬浮液在其中密度分布不均匀，分布规律
如何？最终为何还能按某一密度分选，试做简要说明。若已知旋流器
入料口重介质密度，问实际分选密度和底流口悬浮液密度如何估算。
若已知采用重介质 选煤时，要求分选密度为 1, 4 0 g / c m
3
,那么配制悬
浮液密度范围应为多少？
作 业 二
1,简述圆筒圆锥形有压给料与圆筒形无压给料
重介质旋流器结构与性能特点。
2,重介质旋流器工作时，悬浮液在其中密度分
布不均匀，分布规 律如何？最终为何还能按某一
密度分选，试做简 要说明。若已知旋流器入料口
重介质密度，问实 际分选密度和底流口悬浮液密
度如何估算。若已 知采用重介质选煤时，要求分
选密度为 1, 4 0 g / c m
3
,那么配制悬浮液密度范围应
为多少？
第七节 干法选煤
一、空气重介质流化床干法选煤
二、复合式干法选煤
一、空气重介质流化床干法选煤
（一）空气重介质流化床干法选煤的基本原理和特点
1,流态化的过程
2,流化床的似流体性质
3,空气重介质流化床分选原理
（二）空气重介质流化床干法分选机
（三）空气重介质流化床干法选煤的实际应用及效果
在我国占可采储量 2 / 3 以上的煤炭地处山西、陕西、内蒙
古西部和宁夏等严重缺水地区，因而无法大量采用现在耗水量
较大的湿法选煤方法来提高煤质。我国自行研制的气固两相流
空气重介质流化床选煤技术及复合式干法分选机，能较好地满
足干旱缺水地区和易泥化煤炭的分选要求。
一、空气重介质流化床干法选煤
（一）空气重介质流化床干法选煤的基本原理和特点
1,流态化的过程
见图 2 - 4 - 53 。
图 2 - 4 - 53 理想流态化过程
2,流化床的似流体性质
气 - 固体流化床在很多方面都呈现类似于流体的性质。如
图 2 - 4 - 54 所示。
1 ）两连通床能自动调至同一水平面（图 2 - 4 - 54 a ）；
2 ） 当容器倾斜，床层上表面仍保持水平（图 2 - 4 - 54 b ）；
3 ） 床层中任意两点压力差等于此两点间的床层静压头 （
图 2 - 4 - 54 c ）,即
（ 2 - 4 - 28 ）
4 ）具有象液体一样的流动性，如在容器壁面开孔，颗粒
将从孔口喷出（ 2 - 4 - 54 d ）；
5 ） 小于床层密度的物体将浮于床面，大于床层密度的 物
体，将沉于床底，这一按密度分层的过程服从阿基米德定律（
图 2 - 4 - 54 e ）,即
（ 2 - 4 - 29 ）
ρhρhPPΔP
2121
????
21
ρρρ ??
图 2 - 4 - 54 气 - 固流化床的似流体性质
3,空气重介质流化床分选原理
所谓空气重介质分选就是运用气 - 固流化床的似流体性
质，在流化床中形成一种具有一定密度的均匀稳定的气 — 固
悬浮体，其床层平均密度 为：
（ 2 - 4 - 30 ）
因此，根据阿基米德定理，轻重产物在悬浮体中按密度
分层，即小于床层密度的轻产物上浮；大于床层密度的重产
物下沉，经分离和脱介获得两种合格的产品。
ρ
L A g
W
ε) ρ(1ρ
s
???
（二）空气重介质流化床干法分选机
图 2 - 4 - 55 空气重介质流化床干法分选机示意图
1 - 排矸端； 2 - 集尘口； 3 - 原料入料口； 4 - 介质入料口；
5 - 刮板机； 6 - 排煤端； 7 - 流化床； 8 - 气室； 9 - 压链板
（三）空气重介质流化床干法选煤的实际应用及效果
图 2 - 4 - 56 50 t / h 空气重介
质选煤工艺系统原则流程
二、复合式干法选煤
（一）复合式干法分选机的分选机理
1,分选物料在螺旋运动中的分选作用
2,离析作用及风力作用相互补充
3,自生介质的分选作用
4,颗粒相互作用的浮力效应
（二）复合式干法分选机的结构及技术特征
1,结构
2,技术特征
3,复合式干法选煤的分选效果及适用范围
传统的风力跳汰机和风力摇床由于其效率差已
渐被淘汰。我国吸取美国近年来研制的无风干式摇
床和俄罗斯风选机的优点，研制成功了复合式干法
分选机。
（一）复合式干法分选机的分选机理
复合式干法分选机根据分选物料（煤和矸石）
的密度、粒度、形状和表面物理性质不同，完成复
杂的分选过程，其分选机理可以从四个方面进行分
析：
1, 分选物料在螺旋运动中的分选作用
物料在床面上堆积成层，最下层矿粒直接和振动的床面接
触，摩擦力大，得到的惯性力使下层矿粒沿床面排料边向背板
方面运动。由于背板的阻挡，引导物料沿背板向下运动。而上
层物料受背板的推力和重力作用沿表层向排料边下滑，使床层
上、下部位矿粒具有方向相反的速度梯度。在床面格条的引导
和不断给入物料的压力下，形成物料边旋转边向矸石端推进的
螺旋运动。低密度煤在外围形成大直径螺旋运动，高密度矸石
及黄铁矿则在床面与背板夹角中形成小直径螺旋运动，见图 2 -
4 - 59 。
图 2 - 4 - 59 分选物料的螺旋运动
由于物料床层厚度不同，靠近排料边薄，
混入表层的矸石能在接 近排料边处迅速落到床
面而被输送向背板，只 有表层密度最低的轻物
料才能越过挡板排出。 在整个分选过程中，由
于床面宽度减缩，物料 从给料端到矸石端形成
直径递减的螺旋运动,每一个循环周期都分离
出部分表层较轻的煤，直至最后排出矸石。
2,离析作用及风力作用相互补充
复合式干选机床面上物料的松散与分层是由机械振动和上升气流
的悬浮作用而实现的。松散强度随机械振动强度和底部风速的提高而
增加。
根据热力学第二定律，任何体系都倾向于自由能降低。分层前床
层的位能高于分层后的位能，只要给以适当的松散条件，重矿物就要
进入下层。分层即通过矿粒的再分布达到位能降低的过程。在无风干
式摇床中，不同密度矿粒按位能降低的原理而分层，这样就不可避免
地使矿粒形成一种类似筛孔可变的筛子一样，造成离析分层。密度大
的矿粒因其重力压强大而力图向下运动，密度小的矿粒则被挤入上层
。密度虽小，粒度也小的矿粒也会漏到底层。
为了解决这个问题，在分选床底部加少量风力，一方面加强矿粒
群的松散，另一方面加强分层，使粒度小而轻的煤粒被风力推向表层
。由于综合作用的结果，使分选过程趋于完善，使矿粒实现按密度分
层（见图 2 - 4 - 60 ）。
图 2 - 4 - 60 矿粒分层作用图
3, 自生介质的分选作用
复 合 式 干 法 分 选 机 的 入 料 粒 度 范 围 是
8 0 ~ 0 mm, 而传统风选的入料粒度为 5 0 ~ 2 5 mm 或
2 5 ~ 1 3 mm 。 复合式干法分选机的入料粒度级别宽
，反而分选效果好,其主要原因就是细粒物料和
空气组成了气固两 相混合介质，在分选床层中形
成一种具有一定密度，相对稳定的气 - 固悬浮体。
在复合式干法分选机靠近给料端 的第一风室
上的床层中，含有 大量细粒物料。在操作中使该
室风量减小，以充分利用自生介质的分选作用。
4,颗粒相互作用的浮力效应
将复合干法分选机按风室顺序将相对应的床面分为三段。在入选
不分级煤时，靠近入料端第一床面上的物料受自生介质分选作用较强
。分选结果 8 0 % 以上 6 ~0 mm 的粉煤随大粒度精煤排出，其余物料进入
第二、三段。由于含细粉煤量已很少，主要分选作用已不是自生介质
分选，而是颗粒相互作用的浮力效应。矸石、黄铁矿密度大，能沉到
床面；煤块则浮于床层表面。此时风力的作用不仅是松散作用，而且
需将漏斗下层的煤推向表层，因此风量大于第一段。
综上所述，复合式干选机的分选机理是使物料作螺旋翻转运动的
条件下，利用振动和风力作用造成床层松散，在不同区段既有重力（
位能）分层作用，也有自生介质分选作用，又利用了颗粒相互作用的
浮力效应，使离析作用和风力作用有效配合的综合分选机理。且在不
同区段各分选作用各有所侧重（见图 2 - 4 - 61 ）。
2 - 4 - 61 复合式干选机的各段不同分选作用
I - 自生介质分选区； II - 离析介质分选区； III - 风力净化区
（二）复合式干法分选机的结构及技术特征
1, 结构
复合式干法分选机由分选床、振动器、风室、机架和吊挂装置组成，
如图 2 - 4 - 62 所示。
分选床由床面、背板、格条、排料挡板组成。床面下有三个可控制风
量的风室，由离心通风机供风，气流通过床面上的风孔向上作用于分选物
料。由吊挂装置将分选床、振动器悬挂在机架上，可任意调节分选床的纵
向及横向坡度。
其作用原理如下：入选物料由给料机送到给料口，进入具有一定纵向
及横向坡度的分选床，在床面上形成具有一定厚度的物料床层。床层底层
物料受振动惯性力作用向背板运动，由背板引导物料向上翻动。密度较低
的煤翻动到上层，在重力作用下沿床层表面下滑。由于振动力和连续进入
分选床的物料的压力，使不断翻转的物料形成螺旋运动并向矸石端移动。
因床面宽度逐渐减缩，密度低的煤从表面下滑，通过排料挡板使最下层煤
不断排出，而密度较高的矸石、黄铁矿等则逐渐集中到矸石端排出。床面
上均匀分布有若干风孔，使床层充分松散。物料在每一循环运动周期都将
受到一次分选作用。经过多次分选后可以得到灰分由低到高的多种产品。
图 2 - 4 - 62 复合式干法分选机示意图
2,技术特征
目前复合式干法机系列已有两种型号，其技术特征见表 2 - 4 - 13 。
项 目 单 位 F G X - 1 F G X - 3
分选面积 m
2
1 3
入料粒度 mm 8 0 ~ 0 8 0 ~ 0
生产能力 t/h 10 30
入料外在水分 % < 9 < 9
可能偏差 E 0, 2 3 0, 2 3
不完善度 I 0, 1 1 0, 1 1 分选效果
数量效率 % > 9 0 > 9 0
功率 kW 1, 5 3
振动次数 1 / m i n 960 960 振动器
振幅 mm 4 4
设备重量 Kg 2150 3450
外形尺寸 mm 2 8 8 0 × 2 5 2 0 × 2 8 6 0 3 9 2 0 × 2 5 5 0 × 4 1 4 0
3, 复合式干法选煤的分选效果及适用范围
近年来用复合式干法分选机对不同煤样进行了
干法选煤半工业性试验，又在工业生产中取得较好
的分选效果。图 2 - 4 - 63 为朝阳市边杖子矿干选系统
设备联系图。现列举部分实例于表 2 - 4 - 14,主要分
选指标列于表 2 - 4 - 15 。表 2 - 4 - 16 是复合式干法分选
机与传统风选机和俄罗斯风选机的比较。
图 2 - 4 - 63 边杖子矿干选系
统设备联系图
1 - 翻笼； 2 - 固定筛；
3 - 振动筛；
4 - 粉煤胶带运输机；
5 - 干法入料胶带输送机；
6 - 缓冲仓；
7 - 电磁振动给煤机；
8 - 复合式干选机；
9 - 扩散式旋风除尘器；
10 - 高压离心通风机；
11 - 扁布袋除尘器；
12 - 精煤胶带输送机
表 2 - 4 - 16 干 选 设 备 比 较 表
项 目 复合式干选机 风力选矸机 俄风选机
型 号 F G X - 3 IV C
Π - 112
入料粒度（ mm ） 8 0 ~ 0 5 0 ~ 2 5 2 5 ~ 1 3 7 5 ~ 6
8 0 ~ 0 30 8 120
处理量
30 10 4, 2 10
入料外在水分（ % ） < 9 < 7 < 7
风量 ? ?)/(
23
hmm ? 5700 15625 1 1 5 0 0
风压（ Pa ） 6100 3000 6820
分选效率
Ep
0, 2 3 0, 25
数量效率（ % ） > 9 0 选矸率 80
产品种类 多产品 二产品 多产品
分选面积（ m
2
） 3 1, 9 2 12
设备重量（ t ） 3, 5 24, 6
复合式干法选煤与传统风选最大区别是：
（ 1 ）采用自生介质（粉煤）作气 — 固两相混合介质分选，
而不是单以空气作介质，因此入选物料粒度范围很宽，可达
80~ 0 mm 。
（ 2 ） 采用机械振动使物料作螺旋运动，即使无风也能分选
。传统风选则以风力作为主要分选条件。
（ 3 ）只利用风力松散床层并与细物料组成混合介质，不需
要将物料吹离床层表面，所需风量仅为传统风选的 1 / 3 以下。
（ 4 ）充分利用床层中颗粒相互作用产生的浮力效应。越靠
近矸石端，床层密度越大，因此可得到粒度级别宽、纯度高的
矸石产品。
