1 前言
重選由於環境汙染小，成本低而被廣泛應用於金屬礦和非金屬礦的選礦中。然而近半個世紀以來，重選工藝沒有新的重大突破，而重選工藝的發展主要依賴於新型裝置的研製與推廣應用。為了滿足現代工業對礦物原料需求量的增大，解決礦物日益貧、細、雜的形勢，新裝置的研製主要朝增大機械處理能力、提高分選精確性的方向發展 [1]。
螺旋溜槽因功耗低，結構簡單，占地面積少，操作簡易，選礦穩定，分礦清楚，無運動部件，便於維護管理，單位面積處理量大等特點在眾多重選裝置中倍受關注。螺旋溜槽有較寬和較平緩的槽面，礦漿呈層流流動的區域較大，更適於處理中細（-4mm）粒級的礦石，已廣泛應用在有色金屬和稀有金屬礦山。
2 螺旋溜槽分選的基本原理
螺旋溜槽的結構特點是斷面呈立方拋物線形狀，底面更為平緩。分選時在槽的末端分段擷取精、中、尾礦，且在選別過程中不加沖洗水。礦漿在槽面上流動情況和分選原理與螺旋選礦機基本相同。
礦漿給入到螺旋槽上，在重力分力的作用下沿槽面向下流動，由於螺旋槽是螺旋線形的，所以礦漿向下流動的同時也作離心迴轉運動，礦漿在離心慣性的作用下向螺旋槽外緣擴充套件，於是形成了內緣流層薄、流速低，外緣流層厚、流速高的流動特性。內緣液流呈層流流態，外緣液流則呈明顯的紊流流態。液流除了沿槽的縱向流動外，還存在著內緣流體與外緣流體間的橫向交換，稱作二次環流。
由於這種環流運動，使得在槽的內圈出現上公升分速度、外圈則有下降分速度。液流的縱向流動與二次環流疊加結果，形成了液流在槽面上的螺旋線狀運動。上層液流趨向外緣，下層則趨向內緣。
位於礦漿內的固體顆粒既受著流體運動特性的支配，同時也受有自身重力、離心慣性和槽底摩擦力的作用。礦漿給到螺旋槽後，在弱紊流作用下鬆散，接著按流膜分選原理分層。礦粒在外力的作用下沿槽面作離心迴轉運動，產生離心慣性，因沉降速度大而進入流膜底層密度大的重礦物受槽底摩擦力影響，運動速度較低，離心慣性較小，在重力分力作用下，沿槽面的最大傾斜方向趨向槽的內緣運動；上層密度小的輕礦物顆粒隨礦漿一起運動，速度大，被甩向槽的外緣。
由於運動方向不同，於是在槽面上展開分帶，重礦物靠近內圈，輕礦物移向外圈，最外圈礦漿中則懸浮著微細粒的礦泥。這種分帶現象在第1圈之後即已表現出來，並在以後繼續完善。二次環流不斷地將重礦粒沿槽底輸送到槽的內緣，而同時又將內緣分出的輕礦物向外緣轉移，促進著分帶的發展。
到最後礦粒運動趨於平衡，分帶完成，礦泥也基本被甩到最外緣的邊流中。精、中、尾礦及礦泥在螺旋槽上的分布如圖1所示。最終通過分礦閥及截礦槽將精礦、中礦、尾礦及礦泥分別接出，如圖2所示，從而實現分選。
圖1 礦物在螺旋槽上的分布圖2 截礦槽分礦圖
3 研究現狀
3.1 玻璃鋼螺旋溜槽
螺旋選礦裝置是一種高效的重力選礦裝置，於2023年由美國的humphreys發明，最初是用鑄鐵製造的，隨後曾改用廢舊的汽車輪胎。英國首先採用玻璃鋼材質製造出了雙層螺旋選礦機。我國從60年代初就開始了螺旋選礦裝置的研究，已研製成功了600mm螺旋選礦機和600~2000mm系列螺旋溜槽。
2023年，北京礦冶研究總院研製成功的ф2000mm玻璃鋼螺旋溜槽[2]，直徑大、裝置高、處理細粒礦石非常有效。目前工業上應用最廣泛的是ф1200mm的螺旋溜槽，其螺旋槽是裝置的主體部件，由玻璃鋼製成的螺旋片用螺栓連線而成，內表面塗以耐磨襯裡，通常是聚胺酯耐磨膠或滲入金剛砂的環氧樹脂。
玻璃鋼螺旋溜槽是選別有色金屬、黑色金屬和非金屬礦及稀有金屬礦物理想的高效重選裝置，如金礦、銅礦、硫鐵礦、鎢礦、金紅石、煤礦等等。除具有螺旋溜槽一般特點外，還具有：結構簡單、防潮、防鏽、耐腐蝕、重量輕、操作維修方便、適應性強、選別粒級寬、處理量大、分選效果好等特點。
型號有ll系列、bl-1500[3]、dl-2000等序列，其中最典型的是bl1500系列，現在各大礦山執行，分選效果較好。而且根據礦物特性和使用的場合，目前已研製出a、b、c、d和f 5種型號，bl1500-a型適合於脫泥及含泥量大的礦物重選，也適合於金屬及非金屬的細粒級(200目左右)礦物重選；bl1500-b型則是專為金屬礦的重力選別作業而設計的，坡度大，適於粗粒級礦物的分選。湖北大悟硫酸渣經一次粗選、一次掃選、一次精選，單一bl1500螺旋溜槽重選分選流程，獲得產率為55.
0%、全鐵品位63.1%、硫含量0.16%的合格鐵精礦產品。
3.2 楔形刻槽螺旋溜槽
多年來鐵礦物螺旋溜槽選別實踐表明，一部分已單體解離的鐵礦物和富連生體、不是丟失在尾礦中，就是返回再磨迴路中成為過磨粒子難以**。而楔形刻槽螺旋溜槽能夠解決這方面的難題。
楔形刻槽螺旋溜槽[4]借鑑了搖床床面上橫向槽的作用機理及淘公尺盆刻槽分布形式加以改進，在螺旋溜槽葉片上刻出楔形的槽，楔形刻槽具有同心圓槽和導向槽，這樣不僅可以改善葉片斷面上濃度分布和增強水流的脈動作用，還可以借助導向槽使重礦物沿槽向內側移動，有利於提高重礦物的**率。楔形斜面沿徑向內逐漸上公升為h型，向外逐漸上公升為z型葉片。可以有多種不同的組合方式，例如上部2片h型和下部2片z型葉片組裝成2h2z型。
楔形刻槽螺旋溜槽比普通螺旋溜槽減輕了葉片槽面上的脫水現象，改變了濃度分布，在精礦帶濃度相近情況下，中礦帶和尾礦帶濃度平均低5%以上，這有利於物料鬆散，有利於較粗重礦物**。鞍鋼齊大山選礦廠通過2h2z型和4p型工業對比試驗，得到在給礦條件和精礦品位相近情況下，2h2z型比4p型金屬**率提高3.79%，選礦效率提高2.
81%，精礦產率提高2.29%。
3.3 超極限h/d螺旋溜槽
張一敏，劉惠中等[5]針對原生紅柱石的獨有特性，在普通細粒螺旋溜槽分選原理基礎上，首次提出並研製了超極限距徑比(h/d)螺旋溜槽，從而解決了非金屬礦物的脫泥及初步富集問題。
通常，普通螺旋溜槽出於對單機處理能力以及**粒度下限等因素的考慮，距徑比h/變化一般在0.45~0.8之間，下限值不超過0.
40，通常取0.5~0.6倍。
當螺旋槽外徑一定時，若降低螺旋槽螺距，將使h/d比值變小溜槽坡度趨勢變緩。
所謂超極限h/d螺旋溜槽，其螺旋槽螺距h與螺旋槽外徑d的比值突破了距徑比不能小於0.40的傳統理論極限，採用了超極限距徑比設計。具有操作便利，低耗、高效等明顯優越性；增大螺旋槽直徑後可對微細粒物料進行有效**；提高了小密度差分選物料的分選效率。
採用大直徑設計，單機設計處理能力比傳統螺旋溜槽處理（ll系列螺旋溜槽最大規格ll-1200）能力強2倍。通過工業對比試驗得出，在相同的條件下，與普通溜槽相比，超極限溜槽脫泥作業粗精礦產率可提高約10%，al2o3含量可提高約4%[4]；在硫酸渣工業化生產中效果明顯，產率達到53.00%~63.
50%，tfe精礦品位達到61.50%~63.10%，**率高達64.
03%~79.86%。硫精礦品位0.
15%~0.20%，**率6.83%~15.
90%。
下圖是超極限h/d螺旋溜槽和普通型ll-1200×540螺旋溜槽進工業對比試驗，兩次脫泥富集作業給礦濃度和產率關係見圖3。
圖3 超極限h/d螺旋溜槽和普通型ll-1200×540螺旋溜槽指標對比
對比上述兩試驗結果可以看出，在相同條件下超極限h/d螺旋溜槽的分選效果優於普通型螺旋溜槽。
3.4 多頭多段螺旋榴槽
要想獲得高品位鐵精礦、較高**率，還必須採用粗、精、掃選三個作業聯合作用才能達到這個目的。因此在生產中不免存在使用裝置多、幫浦多、占地面積大、生產成本高的問題。
劉學海，李斌[6]等人在螺旋溜槽研究的基礎上，進行了多段螺旋榴槽的研究。根據螺旋選礦裝置多頭、多圈的結構特點，萌發了將每圈作為一段作業，在裝置內各頭、各圈之間形成流程結構的構思，設計出多段螺旋溜槽。兩個頭多段螺旋溜槽裡，乙個頭是精選作業槽，另乙個頭是掃選作業槽。
四個頭多段螺旋溜槽裡，兩個單數頭是精選作業槽，另兩個雙數頭是掃選作業槽。多段螺旋溜槽是螺旋選礦裝置50年發展史上一次重大革新。其選別機理充分發揮了每圈的分選作用。
對比試驗證明：多段螺旋溜槽比普通螺旋溜槽精礦**率高，尾礦丟廢率也高。試驗結果表明:
新型螺旋溜槽的選礦效率。馬龍秋，李書會通過對比試驗得出，粗、精、掃選三作業組合式螺旋溜槽選礦效率比普通螺旋溜槽高7.1%，精礦品位高2.
38%，**率高5.47%。攀鋼選礦廠尾礦和承德華能礦業****鐵選廠尾礦利用ф600 mm多段螺旋榴槽**鈦的工業試驗研究表明，其精礦tio2品位達46%左右。
對磁鐵礦與石英人工混合物料(粒度範圍為-0.15~0 mm)，進行了給礦體積、給礦濃度、產品擷取寬度系統條件試驗，較普通螺旋溜槽，其選礦效率提高7.1%，精礦品位提高2.
38%，**率提高5.47%。
3.5 鋼結構壁掛式螺旋溜槽
鋼結構壁掛式螺旋溜槽[7]，是引進德國壁槽式螺旋溜槽計算機模擬設計技術加以改進後的產物。其工作原理是將自由落體運動轉化為勻速螺旋運動，降低流速，減緩衝擊，提高效率。該裝置主要用來選煤。
鋼結構壁掛式螺旋溜槽分外螺旋溜槽和s型螺旋溜槽兩種，兩種溜槽工作原理基本相同，即通過溜槽的加速、導向，使煤流沿溜槽下滑至倉底，將自由落體運動變為勻速螺旋運動，降低煤流在碰撞靜止煤堆前的瞬時速度值，變垂直碰撞為斜向衝擊，從而減小衝擊能量，降低塊損。在煤流整個運動過程中，沒有人的操作與控制，完全靠煤的重力下滑，正是這個特點使得它與其它防止塊煤破碎技術相比，不會受操作因素影響，沒有機械故障，運營費用低，降低塊煤損失效果恆定。
外螺旋溜槽[8]分為三部分：直溜槽、非標準段螺旋溜槽和標準段螺旋溜槽。直溜槽的形式為一由寬變窄逐漸收縮的直斜板，膠帶輸送機拋落下來的煤直接落在該段上，該段對煤流進行加速並將其匯入非標準段螺旋溜槽。
s型螺旋溜槽主要由螺旋溜槽、固定框架和衝擊載荷吸收部件三大部分組成。螺旋溜槽由中心管、螺旋葉片、連線板、拆裝吊環等構件組成，上下採用節式結構，依靠中心管與連線銷子、專用聯接板與螺栓把多節溜槽聯接成剛性整體。固定框架包括大樑、小梁、加強梁、底座、梁腿、拉桿、導流簸箕等結構件，衝擊載荷吸收部件安裝在梁腿內部。
s型螺旋溜槽基本也是通過非標準段溜槽加速、導向，在標準段溜槽做勻速螺旋運動。
3.6 旋轉螺旋溜槽
旋轉螺旋溜槽[9]是綜合了螺旋選礦機(包括螺旋溜槽)、搖床、離心選礦機的特點，是一種具有「疊加」式效能的高效率重選裝置。除具有螺旋溜槽一般特點外，還具有結構合理，選礦穩定，分礦清楚，處理量大，效率高選礦富集比高(可達數十倍至一百倍以上)、**率高，運轉可靠的特點。對給礦量和濃度、粒度、品位的波動適應性也強。
適用於分選粒度0.02~0.3mm細料的鐵礦、鈦鐵礦、鉻鐵礦、硫鐵礦、鋯英石、金紅石、獨居石、磷乙礦、鎢礦、錫礦、鉭鈮礦以及具有比重差異的其它有色金屬、稀有金屬和非金屬礦物體。
旋轉螺旋溜槽與一般螺旋溜槽的區別在於螺旋槽繞豎軸旋轉，使顆粒受到更大的離心力作用，縮短分選過程必需的路程，提高了生產力。礦粒在槽面上受流體動力、離心力、摩擦力、重力等復合力場作用差異達到分選。礦流進入槽面呈較強的紊流態，借紊動擴散作用使礦粒按比重沉降，隨著螺旋槽內外緣之間的橫向迴圈運動，上層水流和輕礦物向外緣運動。
外緣區的二次環流作用比內緣區強，附著於槽底的重礦物則較好地富集於內緣。其分選作用可從三個方面論述：第一，由於螺旋溜槽按一定速度沿著特定方向旋轉造成在分選過程中，底層的重礦物受到與礦漿流動方向相反的摩擦力作用，給重礦物切線運動的慣性力增大，而法線方向的力較小，造成重礦物沿著特殊的條或槽向精礦帶(內緣)運動的條件。
在分選過程中輕礦物在螺旋溜槽面上位於上層，受到摩擦力小，由於螺旋溜槽旋轉，運動速度較大。同時又在高速水流的強烈作用下，輕礦物被迅速推向外側，進入尾礦帶。第二，槽面上有特殊的條或槽，並與螺旋直徑成一定角度，螺旋溜槽又按一定速度旋轉，這樣就迫使重礦物，尤其使外圓的重礦物不停地向螺旋餾槽的內緣運動。
使**率得到大幅度提高。輕礦物在不斷地向螺旋外緣運動而進人尾礦帶。第三，由於螺旋溜槽旋轉，除了加大重礦物的慣性力，增加輕礦物的離心力外，還使底層的重礦物貼著槽面沿著特殊的條或槽向精礦帶運動。
從而減少了有用礦物的損失，顯著提高了精礦品位和**率[10]。
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