跳汰選礦

跳汰選礦是指物料主要在垂直上升的變速介質流中，按密度差異進行分選的過程。物料在粒度和形狀上的差異，對選礦結果有一定的影響。實現跳汰過程的設備叫跳汰機。被選物料給到跳汰機篩板上，形成一個密集的物料層，這個密集的物料層稱為牀層 ^[2]  。

物料在跳汰過程中之所以能分層，起主要作用的內因，是礦粒自身的性質，但能讓分層得以實現的客觀條件，則是垂直升降的交變水流。

跳汰機中水流運動的速度及方向是週期變化的，這樣的水流稱作脈動水流。脈動水每完成一次週期性變化所用的時間即為跳汰週期。在一個週期內表示水速隨時間變化的關係曲線稱作跳汰週期曲線。水流在跳汰室中上下運動的最大位移稱為水流衝程。水流每分鐘循環的次數稱為衝次。

分選介質是水，稱為水力跳汰(hydraulic jigging)；若為空氣，稱風力跳汰(air sift-ing)；個別情況下有用重介質的，則稱重介質跳汰(densemediumjigging)。

金屬選礦廠多為水力跳汰。跳汰選礦經常用於鎢、錫等有色金屬礦石和煤的選礦。一般被分選礦粒的相對密度差越大，粒度範圍越窄(粒度大小差別越小)，分選效果越好。

煤炭分選中，跳汰選煤佔很大比重。全世界每年入選煤炭中，有50%左右是採用跳汰機處理；我國跳汰選煤佔全部入選原煤量的70%。另外跳汰選煤處理的粒度級別較寬，在150~0.5mm範圍；既可不分級入選，也可分級入選。跳汰選煤的適應性較強，除非極難選煤，均可優先考慮採用跳汰的方法處理 ^[3]  。

礦石分選中，跳汰選礦是處理粗、中粒礦石的有效方法。大量地用於分選鎢礦、錫礦、金礦及某些稀有金屬礦石；此外，還用於分選鐵、錳礦石和非金屬礦石。處理金屬礦石時，給礦粒度上限可達30~50mm，回收的粒度下限為0.2~0.074mm。

由熱力學第二定律可知，任何封閉體系都趨向於自由能的降低，即一種過程如果變化前後伴隨着能量的降低，則該過程將自動地進行。德國人邁耶爾（E.W.Mayer，1947）應用這一普遍原理分析了跳汰過程，認為牀層的分層過程是一個位能降低的過程。因此當牀層適當鬆散時，重礦物顆粒下降，輕礦物顆粒上升，應該是一種必然的趨勢 ^[4]  。

對跳汰過程中顆粒運動微分方程式的分析，可歸納兩個重要點：

(1)礦粒運動狀態除和密度有關外，還與粒度及形狀有關。而粒度及形狀的影響僅體現在介質阻力加速度（即第二項）上，其數值與相對速度的平方成正比。因此，在跳汰過程中，儘量減小礦粒與介質之間的相對運動速度是至關重要的；

(2)介質的運動狀態（速度和加速度）對礦粒的運動或者説對牀層的分層有重要影響。因此，只要選擇恰當的水速及加速度為按密度分層創造有利的條件。

1.活塞跳汰機的對稱跳汰週期特性曲線

2.上升水速大、作用時間長的跳汰週期特性曲線

3.上升水速大於下降水速但作用時間相等的跳汰週期

4.上升水速大但作用時間短的不對稱跳汰週期

5.上升水速較緩但作用時間較長的不對稱跳汰週期

實踐證明：跳汰週期曲線形式是獲得良好選別效果的重要因素之一。合理的跳汰週期曲線應與被選物料性質相適應，使牀層呈適宜的鬆散狀態，顆粒主要借重力加速度差相對運動，這是選擇跳汰週期曲線的基本原則

眾多的礦粒混合物，在垂直升降的變速介質流中，技密度差異進行分層和分離的過程，謂之跳汰選礦。

跳汰選礦的過程中，所使用的介質可以是水，也可以是空氣。以水作為分選介質時，稱為水介質跳汰或水力跳汰；若以空氣為分選介質，則稱風力跳汰 ^[3]  。

當代，國內外選煤或選礦的工業生產中，水介質跳汰的應用最為廣泛，相比之下，風力跳汰應用很少。從基本原理來看，風力跳汰與水力跳汰相似，突出的區別是由於空氣只能作單向運動，故物料分選只能依靠在間斷的上衝氣流作用下來完成。從分選的工藝效果來看，風力跳汰也遠不如水力跳汰，它只能在乾旱缺水地區或原料不宜潔水時使用。故本章內容，僅涉及水介質跳汰。

實現跳汰過程的設備叫跳汰機。被選物料給入跳汰機內落到篩板上，便形成一個密集的物料展，這個物料層，稱為牀層。在給料的同時，從跳汰機下部週期性的給入上下交變的水流，垂直變速水流透過篩孔進入牀層，物料就是在這種水流中經受跳汰的分選過程。

當水流上升時，牀層被衝起，呈現鬆散及懸浮的狀態。此時，牀層中的礦粒，按其自身的特性（密度、粒度和形狀），彼此作相對運動，開始進行分層。在水流已停止上升，但還沒有轉為下降水流之前，由於慣性力的作用，礦粒仍在運動，牀層繼續鬆散、分層。水流轉為下降，牀層逐漸緊密，但分層仍在繼續。當全部礦粒落回篩面，它們彼此之間已喪失相對運動的可能，則分層作用基本停止。此時，只有那些密度較高、粒度很細的礦粒，穿過牀層中大塊物料的間隙，仍在向下運動，這種行為可看成是分層現象的繼續。下降水流結束，牀層完全緊密，分層便暫告終止。水流每完成一次週期性變化所用的時間稱為跳汰週期。在一個跳汰週期內，牀層經歷了從緊密到鬆散分層再緊密的過程，顆粒受到了分選作用。只有經過多個跳汰週期之後，分層才逐趨完善。最後，高密度礦粒集中在牀層下部，低密度礦粒則聚集在上層。然後，從跳汰機分別排放出來，從而獲得了兩種密度不同，即質量不同的產物。

物料在跳汰過程中之所以能分層，起主要作用的內因，是礦粒自身的性質，但能讓分層得以實現的客觀條件，則是垂直升降的交變水流。在跳汰機入料端給入物料的同時，伴同物料也給人了一定量的水平水流。水平水流雖然對分選也起一定的影響，但它主要是起潤濕和運輸的作用。潤濕是為了防止於物料進入水中後結團；運輸是負責將分層之後，居於上層的低密度物衝帶而走，使它從跳汰機的溢流堰排出機外。在跳汰過程中，跳汰週期特性的基本形式有三種，即間斷上升介質流、間斷下降介質流呈升降突變介質流。跳汰週期的特性在一定程度上決定了跳汰分層的效果，並間接地體現了跳汰機主要結構特徵。假如將垂直介質流的速度與時間的關係，在直角座標上繪製成曲線，則上述三種基本形式的表達。這種曲線稱跳汰週期特性曲線，反映了水流運動形態。曲線上任一點的縱座標表示水流的速度，橫座標表示水流在該速度時所運行的時間，斜率為水流運動的加速度......

國內外採用各種類型的跳汰機,根據設備結構和水流運動方式不同,大致可以分為以下幾種：（1）活塞跳汰機；（2）隔膜跳汰機；（3）空氣脈動跳汰機；（4）動篩跳汰機 ^[5]  。

活塞跳汰機是以活塞往復運動，給跳汰機一個垂直上升的脈動水流，它是跳汰機的最早型式。現在基本上已被隔膜跳汰機和空氣脈動跳汰機所取代。

隔膜跳汰機是用隔膜取代活塞的作用。其傳動裝置多為偏心連桿機構，也有采用凸輪槓桿或液壓傳動裝置的。機器外形以矩形、梯形為多，近年來又出現了圓形。按隔膜的安裝位置不同，又可分為上動型（又稱旁動型）、下動型和側動型隔膜跳汰機，隔膜跳汰機主要用於金屬礦選礦廠。

空氣脈動跳汰機（亦稱無活塞跳汰機），該跳汰機是藉助壓縮空氣，推動水流作垂直交變運動。按跳汰機空氣室的位置不同，分為篩側空氣室（側鼓式）和篩下空氣室跳汰機。該類型跳汰機主要用於選煤。

動篩跳汰機有機械動篩和人工動篩兩種，手動已少用。機械動篩是一種槽體中水流不脈動，直接靠板上的物料造成周期性地鬆散。目前為大型選煤廠尤其是高寒缺水地區選煤廠的塊煤排矸提供了有效設備。下面根據使用範圍，區分為選煤用跳汰機和選礦用跳汰機兩大類。

（一）篩側空氣室跳汰機（鮑姆式跳汰機）

據其結構與用途篩側空氣室跳汰機可分為不分級煤用跳汰機、塊煤跳汰機和末煤跳汰機三種。

1.跳汰機的機體

跳汰機的機體是承受跳汰機全部重量和脈動水流產生的動負荷。

1）機體的段數和隔室2）機體的形狀

2.跳汰機篩板

1）篩板的型式2）篩板的傾角3）篩孔尺寸

3.風閥

1）滑動風閥（即立式風閥）

2）旋轉風閥（即卧式風閥）

3）電磁風閥

（1）氣路系統。包括高壓風管至氣缸的氣動管路；（2）數控裝置。通過控制電磁閥的通、斷電時間，實現大範圍內無極調節頻率與跳汰週期特性；

（3）進、排氣閥。進、排氣閥由氣缸和閥蓋組成

4.跳汰機排料裝置

1）輕產物溢流堰排料裝置

2）重產物篩上排料裝置

（1）排料裝置

3）透篩排料4）排料裝置自動化

（1）浮標裝置

（2）測壓管裝置

（3）放射性同位素裝置

篩下空氣室跳汰機與篩側空氣室跳汰機相比較，具有以下幾個特點：

（1）篩下空氣室跳汰機的空氣室在跳汰室篩下，結構緊湊、重量輕、佔地面積小。

（2）篩下空氣室跳汰機的空氣室沿跳汰室的寬度佈置，能使跳汰室內沿寬度各點的波高相同，有利於物料均勻分選，適於跳汰機大型化。這是篩下空氣室跳汰機的主要優點。

（3）篩下空氣室跳汰機的空氣室的面積為跳汰室的面積的二分之一，即空氣室內水面脈動高度為200mm時，跳汰室水面脈動高度為100mm。

（4）篩下空氣室跳汰機的脈動水流沒有橫向衝動力。

由於篩下空氣跳汰機的空氣室水位比篩面水位低，而且空氣室內有0.021MPa的空氣餘壓，壓縮空氣推動液麪運動，比篩側空氣室跳汰機要多克服一段靜壓頭和空氣餘壓，所以壓縮空氣的風壓比一般篩側空氣室跳汰機所要求的為高，大約是0.025~0.035MPa。篩下空氣室跳汰機和篩側空氣室跳汰機分選效果相近。我國篩側式跳汰機的不完善度I一般為0.2左右，邢台選煤廠使用篩下空氣室跳汰機LTX-14型，跳汰機第一段I=0.127，第二段I=0.255，與篩側式跳汰機效果相當。

（一）上（旁）動型隔膜跳汰機

（二）下動型圓錐隔膜跳汰機

（三）側動型隔膜跳汰機

（四）圓形跳汰機和復振跳汰機

影響跳汰過程的因素很多，主要有物料性質、機械結構、操作因素三大類。對於一定的物料和跳汰機，確定合理的操作制度是獲得良好分選效果的保證 ^[6]  。

一、跳汰機的給料

二、跳汰頻率和跳汰振幅

三、風量和水量

跳汰機配套的風機，我國設計部門推薦的用風量指標見表2-5-6。通常側鼓式跳汰機用的風壓為.018~0.025MPa；篩下空氣室跳汰機用的風壓為0.025~0.035MPa。