第一节 重力选矿研究的对象及其应用范围
选矿的目的在于从原矿中把有用矿物（或有用成分）分离出来加以富集，构成组分单一的人造富矿（或化合物）。这项工作要靠矿物本身的某方面性质来完成。如根据矿物的密度不同而进行分离的方法叫做重力选矿。
重力选矿与其它选矿方法一样，矿物的分离是在运动过程中完成的。性质（密度、粘度、形状）不同的矿粒，它们彼此分离，是在运动过程中逐步完成的。也就是说，应该使性质不同的矿，在重力分选设备中，具有不同的运动状况（运动的方向、速度、加速度及运动轨迹等）。从物理学可知。在重力作用下，即使性质（度、密度、形状）截然不同的物体，例如铁球和羽毛，在真空中运动时，其方向、速度、加速度及轨迹都完全相同，故而，它们在真空中，根本不可能依靠重力作用而分离。然而在空气中则完全不同，密度大的铁球较之密度低的木质球，沉降得快；同样，粒度大的铁球比粒度小的铁球速度快；球状物体比扁平状物体落下得快。在密度高于空气密度的水中，它们之间运动状态的差别更为显著。因此，一切重力选矿过程，都必须在某种介质中进行。介质密度高，性质不同矿粒在运动状态中的差别就大，因而分选效果也就更加好。
重力选矿过程中所用的介质有：空气、水、重液（密度大于水的液体或高密度盐类的水溶液）及悬浮液（固体微粒与水的混合物），也可用固体微粒与空气的混合物，即空气重介质。
在重力场中，物体在介质中的运动，不仅受重力的作用，而且还承受介质作用于物体上的浮力及介质对运动物体的阻力。它们不但与物体的密度及介质的性质（密度和粘度）有关，而且还与物体的粒度、形状以及物体与介质间的相对运动速度有关。在重力选矿过程，并不是单个颗粒在介质中运动，而是成群的矿粒同时在介质中处于运动状态，因此，矿粒之间的相互作用，对运动过程有很大的影响，这种影响也与矿粒的粒度和形状有关。因此，重力选矿的结果，不但取决于矿粒的密度，矿粒在粒度和形状上的差异，必将影响按密度分选的结果。同样，对于水力分级作业，矿粒在密度和形状上的差异，也将影响按粒度分级的精确性。
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。因此，一方面要深入研究矿粒在介质中的运动规律，一方面还要研究运动介质的性质以及在各种特定条件下，介质流的运动特性。
实际生产中，分选过程必须在流动的介质中进行。因为介质若静止不动；矿粒群就难以松散，颗粒间的相互转移就无法进行，也就更谈不到分选之后产物的排放。流动的介质，不但是粒群松散所必须的，而且在某种条件下，它还能使性质不同的矿粒，其运动状态的差别扩大。正是由于介质的流动，才使得不同性质的物料，可连续不断地自分选机的不同部粒排出。
利用矿粒在不同类型介质流中运动状态的差别，就可以实现各种形式的重力分选赖程。根据介质运动形式和作业目的不同，重力选矿可分成6种工艺方法，不同方法所处理物料的密度及粒度也有别，见表1－1。
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表1－1中所列的分级和洗矿，都是按粒度分离的作业，但洗矿处理的对象是被粘土胶结的矿石，兼有碎矿的作用。其它各种重选工艺方法，则均属于分选性质的作业。
利同重力选矿法分选物料的难易程度，主要是由待分离物料的密度差来决定，可简单地用下式判断
式中: E—一重选矿石可选性评定系数；
δ1、、δ2—一分别为低密度矿石和高密度矿石的密度；
ρ一一分选介质的密度。
按式（1-1）判断物料重选时的难易程度，习惯上可分成表12所示的几个等级。随着E值的减小，入选原料的粘度范围变窄。
重力选矿是当今最为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（灶、钛、锆\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。对于那些以浮选法为主处理的有色金属（铜、铅、锌等）矿石，也可用重介质选矿法，预先除去粗粒脉石或围岩，使其达到初步富集。重选法还广泛用于脱水、分级、浓缩、集尘等作业，而这些工艺环节几乎是所有选煤厂和选矿厂所不可少的。
第二节 重力选矿的发展简况
一、重力选矿的发展过程及现状
重力选矿的应用，可追溯到久远的年代，当时人们从河溪砂石中角兽皮淘洗选收自然金属。后来，开始采用简易的淘洗工具、人工溜槽以及手动跳汰机等，从事对矿物的分选工作。到了14世纪末，具有上下交变水流的跳汰机问世，这是直到今天仍保留其主要特征的典型重力选矿设备。
随营生产的发展，重力选矿技术也日趋进步。尤其在18世纪产业革命以后，随着金属材料需求量的增加和蒸汽机提供的动力，重力选矿从原始的手工操作发展到机械化。初期的重力选矿设备有动筛式手动跳汰机、上升水流选煤机及门联工作的洗煤槽。1830～1840年在德国哈兹矿区出现了机械传动的活塞跳汰机。19 世纪末20世纪初，重力选矿设备得到了很大的改进，出现了可以连续工作的里欧洗煤槽，选分细粒矿石的摇床。尤其在1892年发明了第一台以压缩空气驱动的无活塞跳汰机，即著名的鲍姆式跳汰机。
分选效率最高的是重介质选矿法，早在1858年在工业中就开始应用。当时采用氯化钙溶液进行选煤，由于溶液耗量太大，所以未能获得推广。1917年出现了水砂悬浮液选煤法，1926年出现了饮用稳定悬浮液的重介质选煤法。此后，重介质选矿就开始广泛使用起来，尤其是重介质选煤，是处理难选和极难选煤的有效方法。
自本世纪中叶以来，开始用离心力场强化重力分选过程。其中最成功的是1940年在荷兰首先出现的水力旋流器。这种设备效率高、体积小、结构最简单。现已广泛用于细粒级物料的分级、浓缩和重介质分选的过程中，并在生产上形成一个重要的发展方向。
重力选矿的理论研究工作，始于工业上应用机械化重力分选设备之后。在此之前，牛顿提出了球体在介质中沉降的阻力平方公式，1851年英国物理学家斯托克斯（G.G.Stok提出了粘性阻力公式，从而为早期的重选理论研究工作，提供了理论基础。对重选理论本身的研究，可追溯到一百多年前法国的信尔罗利特，他在1851年发表了“对矿物机械加工的研究，确立现用操作制度和可能操作制度的理论试验”的论文。该文章是第～次从动力学角度，研究单个颗粒的运动，来探讨跳汰分选原理。从那以后，关于跳汰分层的机理，成了重选理论研究的中心课题。1867年奥地利人雷廷智（P．R．Rittinger）提出自由沉降假说，确立了等沉现象。他的学说，对当时欧洲大陆产生了广泛的影响，致使许多国家的选煤厂，实行分级人选，以后被生产实践证明，宽拉级人选依然可以获得好的分选指标。为了讨论宽粒级原料也可入选的问题，门罗于1888～1889年提出了干扰沉降的假说，从而把单个颗粒的沉降与粒群的关系联系起来。其后，高登假说，该学说在苏联很受重视。于是在初加速度假说的基础上，苏联人维诺格拉道夫综合了各种动力学因素，建立了矿粒运动微分方程式。至此，在重选理论研究中，有关跳汰分层的机理，自然而然地形成了动力学研究体系。
到了本世纪40年代，苏联学者里亚申柯根据大量的实验研究工作，提出了跳汰是在上升水流中“按悬浮体相对密度分层”的观点，使重选理论的研究，由颗粒个体转到拉群整体；从力学角度来看，是从动力学分析转变到了静力学分析，这对重选理论的研究有重大意义。尔后，德国人迈耶尔从床层内部能量变化的角度，提出了 “位能假说”。围绕这一派学说，逐步形成按悬浮体局部压强差分层的概念。到了本世纪60年代，跳汰理论研究中又出现了一个新方向，1959年维诺格拉道夫首先提出的“概率一统计假说”。该假说是用统计物理学的研究方法，处理分选理论问题。至此，也是自然而然的形成了从静力学角度的研究体系。
但是，由于重力选矿过程本身影响因素较多，所以，迄今为止有关跳汰及其它重力选矿过程的理论研究，尚未找到能获得众所公认的学说、目前，许多研究者认为，最正确的作法，是把上述各学派的观点中所有合理部分联系起来，在取长补短的基础上，借助于现代化的测试手段，对跳汰乃至重选其它理论问题，进行深入研究。其中重点应是，如何从物理概念及数学关系上，近百多年来一直为选矿工作者所困扰的有关跳汰分层机理的不同学说沟通起来。从而建立起一个统一而又完整的理论体系。
应当指出的是，过去有关物料在斜面介质流中分选的机理，所作的研究工作甚少。尽管高登和里亚申柯等人，从动力学角度推导了物料沿斜槽槽底运动的速度公式，实难与实际相符。尤其是关于处理细粒和微细物料的矿浆流膜的分层过程，更是无人问津。直到1954年英国人拜格偌（R．A．Bagnold）在研究悬浮液的运动中，首先观察到矿浆流膜处于弱紊流及近似层流的流在时，粒群在剪切运动下，活流动的法线方向存在一种分散压强（或称层间斥力）。于是改变了过去人们所认为的只有素动扩散作用才能维持粒群悬浮的观点，从而为薄层斜面介质流中多层粒群的松散分层机理提供了一个新的理论凭据。
随着现代科学技术的发展，自本世纪50年代末期以来，已开始使用示踪原子、高速摄影等技术手段和现代化的测试技术，进行重力选矿的理论研究工作。为了适应生产自动化和设备大型化的需要，开展了以数理统计方法，概括选矿过程规律性的研究，编制工艺参数和设备参数问的数学模型，为生产工艺过程的自动控制和设备设计提供了可靠依据。
