跳汰选矿(jigging)

在垂直变速流动的水流中进行矿石分选的重选方法。其所用设备称跳汰机，机内分选矿石的空间为跳汰室，室内设置固定的或是上下运动的筛板，前者称为定筛，后者称为动筛。待分选的物料在筛板上形成的料层称作床层。水流上下周期地通过筛板，当水流上升时，床层脱离筛面，松散开来，密度不同的颗粒在静力压强差和沉降速度差作用下发生相对转移，重矿物进入下层，轻矿物转入上层。当水流下降时床层逐渐紧密，此时细小的重矿物颗粒可继续穿过床层间隙进入下层，补充回收重矿物，这种作用称为吸入作用；如此反复进行，最后达到轻、重矿物分层，分别排出后得到精矿和尾矿。(见图)跳汰选矿的工艺操作简单，设备处理能力大，生产成本低廉，是处理粗、中粒以至细粒矿石的重要方法，应用广泛。主要用于分选铁、锰矿石以及含黑钨矿，锡石和硫化矿等矿物的矿石；也用于分选含金的和含铌、钽、钛、锆等贵金属及稀有金属的砂矿；跳汰也是处理金刚石矿和硫化铁矿常用的方法，并在选煤工业中广泛应用。跳汰选矿尚存在水耗大和在处理金属矿石时难以做到宽级别入选，以及在处理细粒矿石时效率低下等问题。还须根据矿石性质研究适宜的跳汰周期曲线，改进机型和传动方式，以达到省水、节能和简化生产流程、提高分选效率的目的。

沿革    最早的机械跳汰机是在跳汰室旁侧设置活塞室，由活塞推动水流运动，称作活塞跳汰机，1840年首先在德国哈兹(Harz)矿区使用。因其筛面小，不适合给料量大的选煤生产。1892年制成了筛面很大的用压缩空气鼓动水流运动的无活塞跳汰机，也称鲍姆跳汰机。为了解决活塞跳汰机中活塞四周溅水问题，20世纪初改用橡胶隔膜密封，由隔膜推动水流运动，此为隔膜跳汰机。隔膜跳汰机和无活塞跳汰机已成为现代分选金属矿石和煤的两大系列设备。它们均属于定筛式跳汰机。另一类动筛跳汰机出现也较早，但因其结构复杂而未获推广。动筛跳汰机利用筛板的运动强制松散床层，能够处理大块矿石且有省水的优点。70年代末联邦德国首先制成了液压传动的动筛跳汰机，用于分选粒度达300mm的原煤。中国于80年代末和90年代初也分别制成了分选大块煤和铁矿石的液压动筛跳汰机，主要用于处理原煤和铁矿石的预选。

跳汰选矿理论在生产发展之后逐步形成。早期的研究多是将简单的物理因素视为分层根据。1867年奥地利人雷廷格(P.R.Rittinger)提出的颗粒自由沉降速度差分层学说，在欧洲大陆曾产生广泛影响，许多选煤厂和选矿厂采取了窄级别入选制度，使流程复杂化了。而英国选煤厂则继续实行着宽级别入选，效果并不坏。为了解释跳汰可以分选宽级别原料的事实，1888年美国人蒙罗(H.S.monroe)提出了颗粒干涉沉降速度差分层学说。1909年美国人里恰兹(R.H.Richards)针对跳汰下降水流特有的分层作用提出了吸入作用学说(见里恰兹跳汰学说)。高登(A.M.Gaudin)于1939年从动力学角度提出了按颗粒沉降的初加速度差分层的学说(见高登跳汰学说)。这些学说均是以个别颗粒在流体动力作用下的运动差异作为立论根据，故统称之为动力学跳汰分层学说。直到1952年苏联人维诺格拉道夫将各种力学因素综合到一起，才将上列学说合并列成数学公式形式(见维诺格拉道夫方程式)。但该方程式也只是给出颗粒受力的综合概念，而不能求解。1937年美国赫斯特(A.A.Hirst)等人及后来苏联的利亚申科则另立体系，从静力学角度提出了跳汰按矿物悬浮体密度差分层学说；1947年伯德(B.M.Bird)针对跳汰选煤又提出了按细粒矸石构成进行分层的重介质分层学说；同年麦依尔(F.W.Mayer)基于自然界自由能趋于降低的普遍规律，提出了位能分层学说。后一类学说普遍无视流体的动力作用，而以床层内在的静力不平衡因素作为分层依据，故统称为静力学跳汰分层学说。这两类学说的并存，给应用者带来了困难。中国孙玉波在深入分析了颗粒运动受力情况从量变到质变的过程后指出，从自由沉降到干涉沉降直至静力分层实际是一脉相承的。在跳汰选矿过程中，随着床层密集程度的提高，颗粒沉降受到的流体动力作用减弱，而颗粒间的静力作用因素增强。在极端情况下，当流体的相对速度降为零时，颗粒之间便只能以静力相互作用。密度大的颗粒局部静压强亦大，将力图进入底层，这是按密度分层的最佳状态；但实际上因此时床层已不再松散，分层也无法进行，所以静力分层只是一种理想的分层条件。20世纪70年代以后，为了实现生产过程的自动控制，又出现了跳汰分层的概率一统计模型研究。这种研究不再考虑分层的作用机理，而是在应用悬浮扩散规律的基础上，将有关跳汰参数纳入公式中，用以表达跳汰分层态过程的规律。

跳汰选矿原理    由于跳汰过程中水流、颗粒和床层松散度等在运动中变化的复杂性，至今未能形成完整的跳汰理论。已有的跳汰理论学说均是从某一侧面道出了分层的作用因素。归纳起来分层过程的运动力学可以这样描述：当床层的松散度较大，流体的动力作用较强时，颗粒将以其干涉沉降速度差发生分层；当床层的松散度不大，或是在床层松散之后，颗粒与水流间的相对速度变得很小时，水流的动力不起重要作用，颗粒将以其自身的静压力相对运动；密度大的颗粒不论其粒度是大或小，总是具有较大的运动初加速度，因而趋向进入底层；而密度小的颗粒则滞留在上层。及至水流转为向下流动，床层逐渐紧密，粗颗粒的分层运动随即中止，但细小颗粒则可穿过床层间隙继续向下运动，实现着吸入作用。在床层松散期间最大松散度可达到0.55～0.6，而自然堆积松散度则是0.4～0.5，增长并不大。水流在运动中改变着床层松散度，因而也引起分层作用因素——干涉沉降、静力转移和吸入作用的相互消长变化；变化的决定性因素是水流与颗粒间的相对速度和床层松散度。不仅在同一跳汰机内水流的不同作用时刻是这样，对于不同给料的跳汰机也是如此。选煤时因煤炭的密度小，松散床层的水流速度不大，故常可以宽粒级入选；而分选金属矿石时，经常采用偏心连杆机构的隔膜跳汰机，水流与床层问的相对速度较大，即须筛分成窄粒级入选。为了解决这一问题，近年开始采用其水流运动为一种锯齿波形的跳汰周期曲线脉动的跳汰机。这种周期曲线所表示的水流流动具有上升快，时间短；下降慢，时间长的特性。床层在上升水流中被迅速整体抬起，相对速度虽大，但颗粒不能自由运动，分层只有在相对速度不大的下降水流中进行，故可分选宽粒级矿石，且有分选精度高和节水、节能的效果。70年代末出现的液压圆形跳汰机和其后制造的锯齿波周期的矩形跳汰机均采用了这种水流运动周期曲线。

工艺    跳汰选矿绝大多数使用水作介质，特殊情况下亦可用空气为介质，称作风力跳汰。水流透过筛板完成一次运动循环所用时间称作跳汰周期；水流在跳汰室中上升、下降的最大距离为水流冲程，它和传动机构的机械冲程具有一定比例。水流在每分钟内完成的周期次数称作冲次或频率；为了避免在水流下降后期床层过于紧密，还要经常在筛板下面补加水，这部分水称作筛下水。筛下水同时用于调节吸入作用的强度，从而避免细小的轻矿物颗粒也被带入底层；此外还有给矿量等都是跳汰选矿的主要工艺因素。为使分选过程良好地进行，必须根据矿石性质，适当地选择上述各项参数。例如处理粗粒矿石时须采用厚床层、大冲程、小冲次，单位筛面处理量可达8～10t/m²•h，水量消耗(给矿水和筛下水)为6～8m³/t•h；处理细粒矿石时的条件则相反，处理能力降至3～4t/m²•h，水耗为4～6m³/t•h。