洗矿设备

   （一）洗矿设备的分类
    按碎散含泥物料的方法，洗矿设备可分为两类：其一是借高压水流的动力作用来碎散含泥物料,如洗矿溜槽，水力洗矿床和各式平面筛等；或者是在低压水流中,借矿块彼此间和矿块与机械表面的摩擦来碎散含泥物料的，如圆筒洗矿机,擦洗机等。其二是完全靠设备的机械作用来完成的,如槽式洗矿机,机械分级机和“打击式”洗矿机。
    按排出矿泥的方式,洗矿设备也可分为两类：其一是粉矿和矿泥通过筛孔排出；其二是以溢流的形式排出矿泥。在前一类洗矿机中，粒度大小由筛孔控制,筛上物料则为洗矿产品或进入下段处理；粉矿和矿泥混合以矿浆状作为筛下物料，废弃或进一步处理。在后一类洗矿设备中,粒度的大小由洗矿给水量和洗矿设备的堰板高度来控制。洗过的矿石以块状或粒状沉积在洗矿设备中，借转动机构排出作为洗矿产品,其含水量在大多数情况下都是比较高的。溢流废弃或进入选别作业处理。
    在我国目前应用较普遍的洗矿设备是这样的：在处理砂矿和采金船中,常用洗矿溜槽和圆筒洗矿机。在处理残坡积砂锡和锰矿时，结合水力开采,常采用水力洗矿床——即用高压水枪和多种筛子组成的一种组合式洗矿装置。在有色金属矿石的洗矿作业中,常用双层振动筛（或连续设置的两台单层振动筛）加螺旋分级机作为洗矿设备。在金刚石矿的洗矿中，常采用圆筒洗矿机,槽式洗矿机和带头筛的擦洗机。在南方的一些黑色金属选矿厂中，常用振动筛，圆筒洗矿机和槽式洗矿机。在磷灰石矿的洗矿中,也都是采用各种振动筛和槽式洗矿机。洗矿用的各种振动筛都是定型的筛分机加高压水冲洗而已,圆筒洗矿机大都是各生产矿山根据实际需要自行设计和制造的。槽式洗矿机和擦洗机大都沿用苏联的标准,且规格单一。我国的洗矿设备尚处在待开发的阶段。
    在苏联的某些铁、锰矿石的洗矿中,还采用了“打击式”洗矿机和塔式洗矿机两种洗矿设备。这两种洗矿机的特点是工作很平稳，矿石能得到充分的洗涤，而磨剥又很小。
    在日本，生产了种类似于浮选机的摩擦洗矿机，主要用于处理已碎散了的硅酸盐物料,以清除含泥杂质对硅酸盐选别的影响。
   （二）洗矿溜槽
    洗矿溜槽适用于易洗和中等可洗的矿石。在我国多用于一些砂矿和砂金矿石的洗矿，在实际生产中,常与圆筒洗矿机或振动洗矿筛联合使用。
    结构上与普通溜槽的不同是在整个溜槽长度的底部安有格栅,并且在溜槽的端部设置了固定条筛。在溜槽头部(或整个溜槽上部)设有喷嘴,物料在喷嘴高速射出的水流中沿溜槽运动时,粗粒矿块的滑动和翻转,使得矿泥在射流中冲洗掉。在实际生产中,为为强化对粘土类杂质的碎散常常采用人工耙矿以及在溜槽的头部给矿漏斗内用水枪给入高压水。细砂和粘土经溜槽底的格栅与端部的固定条筛与粗粒物料分离,格栅孔隙和条筛筛孔尺寸由工艺条件决定，通常为10~15毫米。洗矿效率与溜槽的长度和角度有关，单位用水量取决于物料的可洗性，通常1米3物料耗水10~30米³。
    需要计算的只是水流的功率A（千瓦），当耗水量为Q（升/分）和压头H（米）时，则
                          A=0.0098QH，kW                              （1-1）
   （三）水力洗矿床
    水力洗矿床（又称水枪—条筛）适用于难洗和中等可洗的矿石。在我国主要用于残破积砂锡矿,锰矿和沉积型铁矿的洗矿，并与水采水运结合在一起。洗矿的最大料度可达300毫米。
    水力洗矿床主要由高压水枪和一些固定条筛所组成的洗矿装置。图1为水力洗矿床结构型式示意图。各部尺寸及其配置可根据具体的地形条件决定。

图1  水力洗矿床示意图
    1. 小水枪；2.溢流筛；3.斜筛；4.废石筛
    5.运矿沟；6.筛下产物排出口；7.床底；8.平筛

    每一组水力洗矿床通常要配备2~3台小水枪（包括备用在内），水枪压力不低于7.8~9.8*105帕。平筛和斜筛的宽度约3米左右，平筛长度为2~3米，斜筛长度5~6米。平筛倾角3°~3.5°,斜筛20°~22°。废石筛倾角为40°~45°，溢流筛与平筛垂直。各种筛子一般用ф25-30毫米圆钢制成,筛条间隙根据给矿中废石粒度的大小及下一步工艺要求而定，云南的砂锡矿一般为25~30毫米，最大为50毫米。在洗矿床内，矿浆起点落差及床底、坡度可根据地形高差条件确定，一般落差应保证在0.5米以上，床底坡度则要求大于运矿沟的坡度。[next]
    生产时，原矿石由水采水运送到洗矿床的平筛上，通常，给矿浓度以20~30%为宜。
    矿浆及小于筛隙尺寸的矿粒经平筛和溢流筛落入床底,大于筛隙尺寸的矿块和泥团堆存于平筛上借高压水枪进行喷射冲洗,泥团在强力的水柱冲击与沿斜筛筛面向上运动相互碰撞、摩擦作用下碎散，在水压9.8×105帕以上时,对200~300毫米的粘性大的泥团也能有效地碎散。碎散后的细粒矿石和泥团通过斜筛也落入床底,与筛下矿浆一起从床底的尾端排出,留在筛面上被冲洗干净的大块废石，则被水枪的高压水流提升至洗矿床尾端的废石筛上,再经排矿溜槽排至矿车(或皮带运输机上),远往废石场堆存。若废石中尚有少量矿石的话,可设置手选作业，将其选出进行破碎，然后送选别作业以回收有用矿物。
    表1列出了云南某残坡积砂锡矿选矿厂使用的水力洗矿床的技术规格及操件。

    圆筒洗矿机的结构比较简单，在进料和排料端有二个无孔的筒体，支承在托辊上回转,中部就是筒筛。当处理的料度不大时，有单层筒筛就够了，若块度很大时，可设置两层或两层以上的筒筛,其筛孔尺寸由内向外依次减小。圆筒洗矿机通常是倾斜安装的，以利物料的排出，倾角一般小于8°。
    圆筒洗矿机的转数约为临界转数的30~40%。物料在圆筒筛中纵向运动的速度（υ）由下式确定：
                                  Υ=0.105rntg2a                          （1-2）
    式中  r —圆筒半径，m;
          n —圆筒的转数，r/min;
          a —贺筒的倾角，（°）。
    传动机构由电动机，圆柱齿轮对和三角皮带所组成。[next]
洗矿效果随矿石在圆筒筛中的停留时间、喷水的水压和用水量的增加而增高,而停留时间又随圆筒筛的长径比增大而增长，却随安装倾角和转数的减少而增加。为了强化设备的机械作用,在圆筒筛的内壁可安装松散矿石用的纵向耙筋（钢条或角钢）和环形堰。
    为了避免筛孔的堵塞，洗矿圆筒筛最好做成圆锥形，并使直径大的一头朝排矿端。对于难洗的矿石,在圆筒筛内壁要安设链条和环形的耙齿。
    圆筒洗矿机的生产能力和耗水量取决于矿石的可洗性,在运动学上,圆筒洗矿机的工作条件与筒筛相同,所以，可以根据每平方米筛面单位时间处理量和用水量等实际资料，自行设计和制造适用的圆筒洗矿机。表2列出的圆筒洗矿机的技术数据仅供参考。

   （五）擦洗机和带头筛的擦洗机
    擦洗机和带头筛的擦洗机适用于粒度达300毫米的中等可洗和难洗的矿石。擦洗机（如图4和图5）不同于圆筒洗矿机。它具有无孔的筒体，给料和排料端均有端盖板,如同球磨机一样。筒体和端盖板内壁均有锰钢或橡胶衬板，衬板上有筋条，排成螺距逐渐向排料端增大的螺旋线。可以使物料得到良好的碎散,并且保证物料向排料端运动。筒体是借金属托轮或橡胶轮胎的摩擦，或者是齿轮传动。
    擦洗机可以水平安装，也可以倾斜安装。在倾斜安装时，为避免筒体的轴向移动,可以用止推托辊支撑着筒体。通常，安装倾角应小于6°。
    排料口的直径要大于给料口的直径，但排料口有一定（或可调）高度的环状堰。这样,在擦洗机内就形成了固定的物料层。通常，拣洗机的充填率可达容积的25%。
    矿石与水同时由给料口进入筒体，要有一定的浓度（约40~50%固体），使其有足够的流动性。同时,在擦洗机筒体内可设置固走的喷嘴水管,水压为0.1~0.2千帕。高压冲洗水既可反物料流的方向喷射,也可以顺物料流的方向喷射,在逆向流擦洗机中,矿泥以溢流的形式从给料端流出；经高压水冲洗过的块状物料,由排料端的升矿轮或有孔的铲斗提升至锥形排料口排出筒体。

    对可能发生明显磨剥现象的矿石，擦洗机应用较低的转数(30~40%的临界转数)。在处理难洗的高塑性粘土质矿石时，应采用高转数(70~80%临界转数)。在筒体旋转时,物料在擦洗机内形成瀑落式运动,使矿块抛落并产生强烈的摩擦，迫使高塑性粘土质物料的碎散。经高压水冲洗过的块状物料随矿浆流从排料口排出。
    由于矿石的可洗性不同，在擦洗机中必要的洗矿时间也应不同，否则,矿石就会没有受到充分的洗涤,或者会发生矿块的磨剥现象。这就需要通过必要的试验和对生产实际情况的认真考察来解决。
    通常对难洗矿石，在擦洗机中的洗矿时间可长达12~24分钟.处理中等可洗性矿石的洗矿时间约为4~12分钟。
    擦洗机的技术特性列于表3。擦洗机的倾角、转数及其生产能力的数值列于表4。[next]

表4  擦洗机的倾角、转数及其生产能力的关系①

    当然，倘若擦洗机的规格相同，则实际的洗矿时间可以借改变处理能力来调节：处理能力增大，洗矿时间缩短，反之亦然。
    擦洗机处理矿石的最大粒度随擦洗机直径的增大而增大。擦洗机直径大于3米以上的可处理300毫米粒度的矿石。擦洗机直径减小，所能处理的矿石粒度也减小。
    在实际生产中，擦洗机常与洗矿振动筛和螺旋分级机配合使用。大块矿石经洗矿后送往破碎机,细粒矿石和矿泥自流到分级机进行脱水、脱泥，以溢流的形式排走；分级机的沉砂可进行分级,经分级后的各级别物料送入选别作业。我国华东某金刚石原生矿的处理就采用了这样的流程。
    带头筛的擦洗机（如图5）。它是在擦洗机的排料端装3个悬臂的锥形圆筒筛，锥角不大于6°。用螺栓固结在擦洗机的筒体上，可以是单层的,也可以是双层的。带头筛的擦洗机与擦洗机具有同样的工作条件。由于有锥形圆筒筛，可以使粘土物料与块（粒）状物料的充分分离。
    在我国中南某金刚石砂矿就采用过这种擦洗机。原矿在擦洗机内洗矿后，经圆筒筛除去大块砾石,细粒送至螺旋分级机脱。泥、脱水后，再分级入选。
    我国云南某锡石-氧化矿选厂使用的带头筛的擦洗机的技术规格及操作条件分别列于表5和表6。

   （六）槽式洗矿机
    槽式洗矿机有倾斜式的、水平的和组合式的三种类型。倾斜槽式洗矿机是最常见的,水平和组合式的因为增加了给料和洗矿产品脱水等辅助装置，从而未能得到广泛地应用。
    就碎散和输送物料所采用的工作机构和应用范围而言,倾斜槽式洗矿机又分为螺旋（或带条螺旋）的和叶桨的两种。前者与螺旋分级机相似,用于处理粒度0~10毫米的易洗和中等可洗的物料,后者用于处理粒度达100毫米的中等可洗和难洗的物料。
    倾斜叶桨槽式洗矿机，按叶桨轴的数量、叶桨形状和尺寸、叶桨的安装角度、溢流堰、传动装置、冲洗水的布置以及去除矿泥能力的不同等特点，构成了各种不同的型号和规格。但在机械结构方面,它们都是相同的，只是叶桨轴和槽体的尺寸不同而已。
    倾斜叶桨槽式洗矿机(如图6)由槽体、安有叶桨的两根面对面旋转的中空轴、下轴承、盘根水封、传动装置、沉砂槽和溢流槽等部件组成,叶桨用高锰钢制成,互相交错安装在中空轴上。叶桨顶点连线构成螺旋线,叶桨的安装角（通常为65°）朝向轴的下方。轴带动叶桨旋转，推动矿粒向排料端移动。[next]

图6  倾斜槽式洗矿机
1.槽体；2.叶浆轴；3.叶浆；4.传动部

表7  倾斜槽式洗矿机技术特性

图7 “打击式”洗矿机示意图
1.旋转轴；2.挖斗槽；3.打击鞭；4.带挖斗的轮式提升机[next]

图8    塔式洗矿机
1.      钢筋混凝土塔；2.套管；3.集矿筒；4.空气和水的喷嘴；5.升液管；
6.矿浆分离器；7.提升用起重器；8.给矿管；9.空气转换器；10.缓冲装置；
11溢流槽；12.环形挡板；13.异物捕集溜槽；14.扇形闸门；15.减压阀

    物料由塔的上部给矿溜槽进入洗矿机，高压（0.1~0.4千帕）水和空气由塔的下部进入,与物料形成对流运动。从而使物料在下落运动中得以碎散,粘土质微粒在上升水流和空气的作用下上浮到塔的上部经溢流槽排出。粗粒矿石不断下落，穿过塔壁与集矿筒间的缝隙落入集矿筒里,经升液器提升到位于塔顶部的矿浆分离器进行脱水，然后再往外排放。
    物料在塔式洗矿机内总的停留时间给12小时，对特别粘的矿石可达24小时。洗矿粒试为50毫米以下。空气耗量约为18~~24米³/吨，水耗约为2~3米³/吨。
    苏联广泛使用的ф5.5米塔式洗矿机的技术特性如下：

图9   喷嘴
a.旋流器式（水从切线进入）；b.旋涡式（水从中心进入）