浓缩是将较稀的矿浆浓集为较稠的矿浆的过程，同时分出几乎不含有固体物质或含有少量固体物质的液体。
选矿产品浓缩过程，根据矿浆中固体颗粒所受的主要作用力的性质，分为以下几种：
(1)重力沉降浓缩。料浆受重力场作用而沉降；
(2)离心沉降浓缩。料浆受离心力场作用而沉降；
(3)磁力浓缩。由磁性物料组成的料浆，在磁场作用下聚集成团并脱出其中的部分水分。
（一）重力沉降的基本原理及沉降速度计算
颗粒的单体(自由)沉降或集合(干扰)沉降不仅受其本身的特性，例如颗粒形状，密度、粒度组成以及成分等因素所支配，还受到温度、磁团聚、胶体效应、异重流、横向脉动流速、水力挟带、机械搅拌、药剂含量等诸因素的影响。许多试验研究都证实了沉降浓缩过程包含着复杂的物理与化学的综合作用。目前，对于浓缩理论的研究仅限于重力沉降
A 重力沉降原理和沉降速度计算
最初,－人们研究了在不同浓度的悬浮液中球形颗粒自由沉降的行为。颗粒在浆体中下沉所受到的作用力主要有三种，即重力、浮力和阻力。对于一定的颗粒与一定的浆体，重力和浮力都是恒定的，而阻力却随颗粒与矿浆间的相对运动速度变化而改变。小颗粒有被沉降较快的大颗粒向下拖曳的趋势。在均匀颗粒的沉降过程中，拖曳力的增大主要是由速度梯度的增加造成的，而固体浓度增高引起的粘度变化对其影响则较小。
作用于颗粒上诸力的代数和应等于颗粒质量与其加速度的乘积(符合牛顿第二运动定律).颗粒的沉降过程分为两个阶段，即加速阶段和等速阶段。在等速沉降阶段里，颗粒相对于浆体的运动速度称为“沉降速度”.因为沉降速度就是加速阶段终了时颗粒相对于流体的速度，因此亦称为沉降末速度或“终端速度”.由于工业上的沉降作业所处理的颗粒往往很小，颗粒与浆体间的接触表面相对甚大，因此，在重力沉降过程中，加速阶段的时间很短，常常可以忽略不计。
将重力沉降过程中颗粒所受诸力与沉降速度的关系，用牛顿第二定律为基础建立表达式，经整理和因次分析可知，影响重力沉降速度的阻力系数应是颗粒与流体相对运动时的雷诺准数Re的函数。综合试验便可得到球形颗粒的阻力系数与雷诺准数Re的函数关系曲线。该曲线按Re值大致可分为三个区，即滞流区、过渡区、湍流区。各区内的曲线分别用相应的关系式表达，并将等速沉降阶段相应的雷诺准数也换成以沉降速度υt来计算，即可得到表面光滑的球体在流体中自由沉降时各个区内的沉降速度公式：
式中 υt———球形颗粒的自由沉降速度,m/s;
d———颗粒直径,m;
δ———颗粒密度,kg/m3;
ρ———流体密度,kg/m3;
g———重力加速度,m/s2;
ζ———阻力系数,无因次,与雷诺准数有关；
μ———流体的粘度,Pa·s.
公式(1)、(2)和(3)分别称为斯托克斯(Stokes)公式、艾伦(Al-len)公式和牛顿(Newton)公式。在滞流区，由流体的粘性而引起的表面摩擦阻力占主要地位。在湍流区，由流体在颗粒尾部出现边界层分离而形成漩涡所引起的形体阻力占主要地位，而流体的粘度μ对沉降速度υt已无影响。在过渡区，摩擦阻力和形体阻力二者都不可忽略。[next]
自由沉降发生在流体中颗粒稀疏的情况下。因此，上述沉降速度公式的应用条件必须是容器的尺寸远远大于颗粒的尺寸(100倍以上),以消除器壁对颗粒沉降产生显著的阻滞作用。其次必须是颗粒不过分细小，以防止颗粒因流体分子的碰撞而发生布朗运动，或从流体分子间漏过，从而达到高于计算值的沉降速度。此即当Re＜104-时(矿粒粒度达到0.1～05微米),斯托克斯公式不再适用的原因。
由细粒矿石构成的矿浆是一种悬浮液。在其沉降过程中，由于流体中伴随有紊流发生，小颗粒有被沉降较快的大颗粒向下拖曳的趋势。微细矿粒的絮凝现象也会改变颗粒的有效尺寸。所以矿浆沉降脱水一般属于干涉沉降，其中大颗粒受干扰较大，其沉降速度减慢，而小颗粒因受拖曳，沉降速度相对加快。但是试验表明，对于固体粒度相差不超过6倍的悬浮液，其中全部粒子以大体相同的速度沉降。当选矿厂使用浓缩机脱水时，为了防止粒度过粗而“压耙”，一般需预先筛除矿浆中的+0.25～0.8毫米的矿粒，因而沉降过程中的干涉现象并不严重。再者，选矿产品脱水时，要求矿粒全部下沉，以获得澄清的液体。因此，矿浆沉降速度必须按沉砂中最小颗粒的沉降末速计算，一般采用适于较小的雷诺准数范围(滞流区内)的斯托克斯公式[式(1)]其使用的粒度范围最高为Re≈1,约相当于直径为0.15毫米的矿粒在水中沉降的情况；最细约为0.5 微米，即相当于悬浮液转变成胶体溶液之前的情况。当颗粒尺寸达到0.5微米以下时则失效。具体计算时，一般先假定沉降属于某一流型，譬如滞流,用与该流型相应的斯托克斯公式求υt,并按υt,计算Re值,检验所得的Ret值是否在1×104～1.0的范围内。如果超出此范围，则应另设流型，改用相应的其他公式求υt,直到按求得的υt所算出的Ret值恰与该公式所适应的Ret值范围相符为止。此外，也可采用避免试差的摩擦数群法借助于ζ--Re关系曲线经过转换的曲线计算沉降速度。
选矿产品一般由经破碎磨矿后的非球形自然粒子构成，其沉降时颗粒所受到的阻力除受前述诸因素的影响外，还与其形状密切相关。其球形度(颗粒的表面积与同体积的球体表面积之比)愈小,对应于同一Re值的阻力系数ζ愈大，沉降速度相应变慢。这一影响随Re值的增大而逐渐变大。但在滞流区内球形度对阻力的影响并不显著。根据对自然形状石英粒子的实测数据统计，斯托克斯公式用于细粒选矿产品沉降速度计算时，须乘以颗粒的形状系数K(即矿粒沉降末速与同体积同重量的球体沉降末速之比).不同形状矿粒的K值大致为：圆滑形0.78;多角形0.72;长方形0.67;扁平形0.52.
B 沉降过程
含有大小不同的矿粒的悬浮液在沉淀时，较粗的矿粒最先沉降到容器的底部，细小的则形成浑浊液，沉降速度较慢。在较浓的矿浆中，或当使用凝聚剂时，由于矿粒的凝聚，较大的矿粒带动较小的矿粒沉降，此时上层澄清的液体量逐渐增加，容器中的矿浆逐渐出现分层现象，即由上至下分成四个区，且矿粒的大小和沉淀的浓度由上往下逐渐增加，如图1所示。图中A区为澄清区，其固体颗粒含量低，颗粒之间的内聚力小;B区为沉降区，其浓度与开始沉降前的悬浮液相同。此区间的固体粒子含量增多，彼此间的内聚力大于固体颗粒沉降时所受的阻力;C区为过渡区，该区内的固体颗粒间的内聚力增大，固体颗粒含量相应增高;D区为压缩区，固体间的内聚力更大，浓度更高，颗粒间的粘滞性亦增大。随着沉淀过程的进行,D区和A区逐渐增加，而B区则逐渐减少以至消失，这时C区也随着消失。此时矿浆处于沉降过程的临界点状态。在临界点以后就只剩下A区和D区。
在连续作业的浓缩机中，矿浆不断的给入和排出，上述四个区总是存在的。所以矿浆的沉降速度是以沉降区的沉降速度来计算的。而浓缩产品的最终浓度，则由矿浆在压缩区停留的时间决定。压缩过程往往占用整个浓缩过程的绝大部分时间。当浓缩机的给料和排料速度一定时，浓缩机压缩区高度就决定了其底流排出的浓度大小。实践表明，压缩区的高度增加会使底流浓度提高。但由于压缩区矿浆呈变速沉降，沉降速度小，故一般不用增加压缩区的高度来提高底流浓度。因此，实际生产的浓缩机澄清区和沉降区总高度约为0.8～1.0米。压缩区的高度须经试验和计算确定。[next]
（二）絮凝浓缩
A 絮凝剂的应用
从(2)式可知，选矿产品在沉降浓缩过程中，矿浆的澄清速度和所得浓缩产品的质量，在很大的程度上决定于矿粒的大小。粗颗粒很快沉降，其沉淀物含水也很少；而胶体颗粒因其所受的重力作用，已被表面能和布朗运动所平衡，在矿浆中能长久保持悬浮状态而不沉降。目前因矿石品位变低，各种有用矿物的加工粒度日趋变细，有时小于0.043毫米的粒级含量高达80～90%,其中含有相当数量的小于5～10微米的微细粒。用自然沉降法浓缩这种矿浆时间长，需要的沉降面积也较大。为了强化浓缩(澄清)过程，通常必须加入适量的絮凝剂使分散的细颗粒聚合为较大的凝聚体，加速沉降。
在选矿厂的精矿和尾矿浓缩、水冶生产的逆流洗涤、环境保护和废水回收等部门，越来越多地采用絮凝浓缩技术。
B 絮凝剂的分类
生产中经常使用的凝聚剂和絮凝剂有两种类型：一种是电解质类的凝聚剂，如石灰、硫酸、硫酸铝、氯化铁及硫酸铁等。它们在水中溶解后产生离子，改变分散颗粒的表面电性，减小细颗粒之间的静电排斥力，使细颗粒在机械运动过程中互相碰撞而结合成较大的凝聚体。另一类为天然的或人工合成的高分子有机化合物。如淀粉、糊精、马铃薯渣、明胶、聚丙烯酰胺和聚乙烯醇等。这类絮凝剂是多糖类高分子化合物，其分子具有长线形并包含大量的羟基官能团。这些分子依靠羟基官能团中的氢形成氢链而吸附在矿粒上。由于这些多糖类分子很大，能够以其中一部分吸附在悬浮液的一个颗粒上，而另一部分吸附在另一颗粒上，这样就把矿粒联系起来成为凝聚体。
人工合成的高分子有机化合物可分为A类絮凝剂和B类絮凝剂两类。分子量介于1～20×106以聚丙烯酰胺为基体的非离子型、阴离子型及阳离子型的高分子有机化合物为A类絮凝剂;B类絮凝剂大部分是分子量较低的(5×105)并且具有较强的阳离子性质的高分子有机化合物。
无论是用无机化合物或天然高分子化合物，它们的种类和凝聚能力总是有限的，而且要消耗大量的农产品，现在已很少应用。目前在矿物加工工业中,A类聚合物特别是非离子型和阴离子型是最常见的絮凝剂。其产品主要呈固体、胶状和悬浮液状。实践证明其絮凝效果较好，当用量在20～50克/米3(矿浆)时,产生的凝聚作用可使浓缩过程的沉降速度提高数倍至数十倍。
非离子型絮凝剂一般广泛用于酸性矿浆；强阴离子型絮凝剂适用于碱性矿浆；中等分子量絮凝剂更适合于矿浆过滤；高分子量的絮凝剂主要用于矿浆沉降。
C 絮凝的基本原理
悬浮液中颗粒的稳定性及其对絮凝作用的灵敏性，与其中悬浮固体的表面电荷、离子吸附性质，悬浮液的pH值、溶解的离子类型和数量等因素有关。选用适当的絮凝剂加入矿浆中，经搅拌后与分散颗粒的表面发生物理化学变化，颗粒在内聚力作用下，彼此相互碰撞并吸附在一起，聚集成较大的絮凝团，重量增加，从而加快沉降速度。
粒子聚集的方式一般有四种可能：
(1)双电层的压缩。高浓度可溶盐类如石灰和硫酸钙的离子使颗粒的ζ—电位降低至零，从而导致凝聚作用。
(2)吸附凝聚。三价铁离子或水解物吸附于矿物表面，降低其ζ—电位，从而形成凝聚。过量的三价铁离子能引起相反的变化，并重新使悬浮的细粒处于稳定状态。这类凝聚过程取决于pH值，因为水介质的碱性程度决定水解物的类型和数量。
(3)长链聚合物絮凝剂的架桥絮凝作用。长链聚合物吸附在许多细粒固体物的表面，并把它们连结在一起形成较大的絮团，称为架桥絮凝。聚合物的类型和分子量影响着絮凝团的大小和性质。所选用的絮凝剂需适应细粒物料表面电性的要求。
(4)分子量相对低的强阳离子型合成凝聚剂的作用。这类聚合物在凝聚过程中主要起电性中和作用。
絮团的形状和密度与各分散颗粒的初始性质关系不大，主要取决于絮凝剂对颗粒的吸附和分散程度。絮团的沉降速度却取决于絮团的大小和絮凝程度。目前还很难用数学方法来准确计算絮团的沉降速度，只能通过试验方法和经验来确定。絮凝沉降效果的好坏则取决于絮凝剂的选择和使用。
料浆中固体颗粒大小和含量在一定程度上影响澄清方式的选择和絮凝剂的用量。颗粒周围的双电层引起ζ—电位的升高，粒子品格大小或颗粒表面吸附离子的情况则主要影响电荷密度和絮凝剂的选型。水溶液的性质对絮凝剂的选择有着决定性的影响。
D 影响絮凝的因素
a 絮凝剂分子量的影响
一般是较高分子量的絮凝剂能形成较大的絮凝物，然而，在某些情况下也不一定如此.图2表示在浓缩操作中絮凝剂分子量对自由沉降速度的影响。加入中等用量的高分子絮凝剂(一般大于0.01公斤/吨)可产生较快的沉积作用；而中等分子量的絮凝剂在用量小于0.01公斤/吨时也能产生较快的沉降，在絮凝剂用量为中等和较高的情况下，自由沉降速度随分子量增高而增加。有许多因素影响浓缩溢流的清晰度。絮凝浓度为10%的CaCO3浆体时，絮凝剂分子量对上层溢流清晰度的影响。在该表中分子量低于或等于9×106的絮凝剂，其捕集悬浮细粒的能力是很差的。当使用分子量很高的絮凝剂(大干14×106)在用量为0.15公斤/吨时，可得到最小浊度的溢流。在用量过大的情况下细粒有重新稳定的现象。其原因是矿浆沉降太快，矿浆层对悬浮而未被捕集的粒子或微小絮凝物不起“过滤”作用，大量的絮凝剂会使得许多单个悬浮细粒间的架桥作用无法产生。在沉降速度一定，所形成的絮凝物的大小差不多的情况下，大用量的分子量较小的絮凝剂比小用量分子量较大的好。中等分子量(11×106)的絮凝剂用于上述浆体的澄清效果最好。值得注意的是，分子量最高的絮凝剂在用量较低(0.05公斤/吨)时,表现出了较好的能力。[next]
对于一些矿浆停留时间短的浓缩机来说，使用分子量高的絮凝剂能得到较高的底流浓度。然而对于停留时间长的，用分子量较低的也可以得到较高的底流浓度。因此，当为了获得所要求的底流浓度而选择分子量最适宜的絮凝剂时，固体在浓缩机的停留时间是重要的。
b 絮凝剂离子的电荷类型和电荷密度的影响
在大多数矿浆的絮凝操作中，都采用阴离子及非离子型架桥絮凝剂。对于高酸浆体以及那些含有大量可溶电解质的浆体来说，用阴离子絮凝剂一般是不适宜的，而常用非离子型絮凝剂。对于条件要求不严格的操作，如处理浮选尾矿等，阴离子絮凝剂的应局占优势。实际上最适合的阴离子电荷密度取决于pH值和能控制细粒表面电荷及ζ—电位的溶解盐的类型，也取决于絮凝剂的构型。
图3(a)中pH值低，由于表面斥力小，聚合物主要以卷曲状吸附。低的ζ—电位促进细粒接近，并形成结实的絮凝物。图3(b)的pH值较高，增大了表面斥力，聚合物伸长呈环形和尾状物。图3(C)的pH值更高，强的表面电荷使细粒与聚合物间相斥，呈大环形和尾状物，并在溶液中伸张得很大，形成大而松散的絮凝物。
(1)由于pH值升高，负的表面电荷和ζ—电位增高，强阴离子聚合物的吸附变得更加困难，悬浮固体的量增多。
(2)在pH值和ζ—电位都较低的情况下，阴离子聚合物呈卷曲状态，能很牢固地吸附在一起，起到了有效的架桥作用。
（三）离心浓缩
离心浓缩是利用离心力的作用来加快悬浮液中微细颗粒与液体的分离速度，缩短固液分离过程的一种浓缩方法。当离心机回转时，机内的矿粒所受的离心力大小可用下列公式计算：
式中 P———离心力,N;
m———矿粒的质量,g;
G———矿粒的有效重量(即矿粒在空气中的重量减去同体积的水量),g;
r———回转半径,cm;
υ———回转圆周速度,cm/s;
n———转速,r/min,
g———重力加速度,cm/s2.
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