重介质选矿的基本原理是阿基米德原理。任何物体在介质中都要受到介质的浮力作用,浮力大小等于物体排出同体积介质的重量,即
式中P——介质对物体的浮力;
V——出介质的体积;
△——介质密度;
g——重力加速度。
可见,物体所受浮力P的大小,随所用介质的密度△的增大而增大。
所以对重介质选矿中某一指定矿粒来说,其在介质中的重力Go和重力加速度g0随所用介质密度的增大而减小。但对两个密度不同的矿粒,根据式可以看出,(g02—g01)与△成正比,即随着分选介质密度△值的增大,两种性质不同的矿粒在介质中运动的重力加速度的差值(g02—g01)将相应增大,使两者在介质中分选变得容易。从这个意义上来说,在密度较大的介质中进行选矿,对按密度进行分选的重力选矿是有利的。
在重介质选矿中,每个矿粒在介质中的运动行为,决定于矿粒在真空中的绝对重量G和在介质中的浮力P之间的对比关系,当颗粒的密度δ和δ一定时,颗粒的运动决定于介质密度△。
凡是δ>△的矿粒,G>P,g0为正值,与g的方向一致,这样的矿粒在介质中沉到底部;
凡是δ<△的矿粒,G<P,g0为负值,与g的方向相反,这样的矿粒在介质中浮到表面;
凡是δ=△的矿粒,G=P,g=0,矿粒悬浮于介质之中。如果介质层较厚,上下各层介质密度不均匀(如重悬浮液),密度不同的中等矿粒则分别悬浮于与其自身密度相等的介质层中。
由以上的三种情况可以看见,当分选介质介于轻、重矿粒密度之间,即δ1<△<δ2时,分选效果最好。因为这时轻、重矿粒g0的方向正好相反,根据阿基米德原理,两者在介质中将同时向浮、沉两个方向运动。
实际生产中,随着原矿的不断给入,在分选介质中浮选矿粒不断增多,如采取适当的措施,将已经分开的轻、重矿粒及时而准确地从分选设备中排出,即可分别得到轻、重产物,从而使生产连续进行。
从分选原理看,重介质选矿是一个严格地按密度分选的过程。受矿粒形状及粒度的影响很小,所以它的分选精度很高,甚至可以使密度差为0.1~0.05左右的矿物得到有效的分选。因此在处理“难选矿石”时效果较为显著,入选物粒的范围也可以很宽,但是精度过小的矿粒,特别是其密度与介质密度接近时,其沉降速度很小,会使分离过程进行得很慢,从而降低分离的精确性。目前在金属矿重介质选矿中,粒度下限控制在2~3毫米,入选物料的粒度上限主要由设备的大小及矿石的浸染粒度来决定,一般是50~150毫米。
重介质选矿适宜于处理粗粒浸染及细粒集合浸染的矿石。这种矿石经过粗碎或中碎后,能有大量的脉石解离出来,而有用矿物呈单体与连生体出现。此时可经重介选矿抛弃大量的脉石,从而大大减少了下一步处理的矿石量,这样可以节省选矿费用,并能扩大选厂的处理原矿量。
重介质选矿由于可以分选宽级别物料,而且处理能力比较大,因此可用于选别铁矿石、煤炭、有色金属、稀有金属及非金属矿石等。