D5 · 出版卷 21

物理分选

重选、磁选、重介质分选与分选技术

学习目标

完成本章后，学习者应能把物理分选方法匹配到实测性质差异；区分重选、磁选、重介质和传感分选响应；解释解离和粒度约束；阅读分配、回收和富集曲线；计算基本分选指标；识别错配物料与旁路；并设计分阶段预富集评价，而不把肉眼可见差异直接当成经济效果。

从性质差异出发

只有颗粒在运行尺度上具有可测或可作用的性质差异，物理分选才可能成功。差异包括密度、磁化率、电导率、光学或光谱响应、辐射响应、表面与形状特征和粒度。首要问题不是“用哪台机器”，而是哪些颗粒性质不同、差异有多大、在哪个粒度上表现，以及各域之间是否稳定。

矿物性质不等于颗粒性质。致密目标矿物嵌在低密度脉石颗粒中时，颗粒呈复合密度；磁性包体可改变响应，却不保证得到纯产品；传感器看到的表面或透射信号也未必代表内部。性质分布会重叠，所以分选器产生概率分配，而不是完美二元判定。

重选与沉降响应

重选利用颗粒在重力、加速度和流体阻力下运动的差异。密度差是核心，但粒度、形状、黏度、湍流、床层结构和干扰沉降同样重要。在孤立球形颗粒、低惯性简化条件下，终端速度可写为

$v_t=\frac{(\rho_p-\rho_f)g d^2}{18\mu},$

其中颗粒密度为 \rho_p、流体密度为 \rho_f、直径为 d、动力黏度为 \mu。该式用于展示耦合影响，不是所有分选设备的设计式。

等沉效应使小而重的颗粒可能像较大轻颗粒一样运动，因此窄粒级常能改善选择性。细粒可能受阻力和表面效应主导，粗粒则可能解离不足。应按粒级和矿物检验重选响应，记录水和固体条件，并区分真正密度分选与按粒度发生的分级。

重介质分选

重介质分选把颗粒置于有效密度受控的液体或悬浮介质中。有效密度高于分选密度的颗粒倾向下沉，较轻颗粒倾向上浮，但粒度、形状、停留时间和介质稳定性都会影响结果。若粗粒阶段能在不造成不可接受有价损失和处理问题的前提下预先排废，它可以减少后续细磨物料。

分配曲线表示颗粒按密度或代理量进入某产品的概率。50% 分配位置表示有效切割点，曲线宽度反映不完善程度。近密度物料天然难分。应测量给料密度分布、分密度与分粒级分配、介质密度、污染、错配比例和取样不确定性；单个浮沉点不能描述运行窗口。

磁选与电选

磁性响应取决于矿物磁化率、磁场与梯度、粒度、解离、取向和竞争力。强响应相可在较低场强分离，弱响应矿物需要更高梯度和更严格控制；风化和细粒覆盖会改变响应。“磁性产品”只是试验定义的物流，不等同于矿物鉴定，必须分析实际进入其中的相。

电选利用电导、带电或介电行为差异。水分、表面状态、温度、颗粒接触和给料铺展都可能主导。与磁选一样，响应分布会重叠。应在受控调理条件下测试，纳入非目标相，并量化回收率、质量产率、产品质量以及在重复试验和不同域中的稳定性。

传感分选

传感分选测量单颗粒或颗粒组，再作喷射等分流决定。信号可来自颜色、光谱、透射、密度代理或其他观测。表现取决于铺料、粒度与间距、表面状态、校准总体、探测深度、阈值和执行延迟。只有分类准确率不足以代表流程效果，因为颗粒质量、价值和粒度不相等。

用代表性颗粒建立有标签试验集，保存每颗粒质量、来源、测量和参照分类。按质量和所含组分评价混淆，而非只按颗粒数。检验有价物料误剔除、废石误接收、不可分类颗粒、处理量效应和漂移。若校准与评价使用非独立颗粒，表观准确率会过于乐观。

量化表现与分配

产品 p 的质量产率为 Y_p=M_p/M_f，组分回收率为 R_{p,j}=M_p g_{p,j}/(M_f g_{f,j})。在保留产品约定下，废石剔除率为 1-Y_p，但必须与被剔除的有价组分损失并列。所谓“分选效率”有多种定义，必须写明公式和目标产品。

粒度、密度或传感分数分配曲线估计 P(p\mid x)，即性质为 x 的颗粒进入产品 p 的概率。置信区间要反映颗粒数与质量分布，并按域和粒级检查曲线。混合切割点不同的子总体可能产生看似尖锐的总体曲线，当给料比例变化时却失效。

试验与尺度递进

先进行表征和可选性试验：性质测量、解离、粒度以及理论或实验室分离；再用受控制备开展变异性试验；若物料和决定支持，才进入连续或较大尺度试验。集成工作要包括给料铺展、稳态、启动排除、水或介质质量、循环与产品脱水。

预富集会改变下游给料。排出质量可提高品位和降低能耗，也可能移除含水或缓冲矿物、富集硬料、改变黏土和硫分布，或形成环境性质不同的残余物。保留与剔除物流都要表征，并核算分选本身需要的能量、水、设备和取样。

不确定性与常见失效

常见失效包括根据矿物名称而不是实测响应选方法；测试人工挑选的粗块；忽略细粒和不可分类物料；用颗粒数替代质量；把理想浮沉数据当成装置表现；把磁性部分当作单一矿物；以及在无有价损失约束时最大化排废。水分、覆盖、给料重叠和校准漂移常是隐藏变量。

应表示性质分布和分配不确定性，不只给均值。跟踪试验颗粒选择偏差、参照标签测量误差以及铺料和停留时间的尺度差异。若不利域支撑稀疏，或剔除物流尚未完成环境与处理表征，即使试验有希望也仍属有条件。

接口与可传递数据

地质提供域、矿物学、结构、氧化和粒度影响；物理分选试验返回性质分布、分配曲线、产品、损失和条件。只有在质量守恒、支撑和适用性明确后，资源或计划模型才可接收预富集响应，不能由少数精选矿块给每个块体打上可分/不可分标记。

数据记录保留父样、颗粒或粒级标识、传感原始值、参照测量、阈值版本、产品去向和剔除物料。分类器重新校准后，旧结果仍保留原版本。模型反馈应区分固有岩石属性与特定制备和分选器产生的响应变量。

集成检查点

协调给料、保留、中矿和剔除物流，再按粒度与域检查表现。只有性质差异、分配行为、有价损失、下游收益和剔除物后果都在同一物料总体上得到支持时，预富集主张才能进入下一阶段。

合成算例

一份合成粗给料含 100 个干质量单位，X 品位 0.80%。密度试验得到 35 单位沉物，X 为 1.90%；65 单位浮物，X 为 0.208%。给料含 X 0.800 单位，沉物约 0.665，浮物约 0.135，因此保留产品回收率约 83.1%，质量剔除 65%。重复试验不确定性和舍入均被记录。

这一结果仍有条件：南域由于风化复合颗粒有效密度较低，贡献了不成比例的有价损失。下一质量门测试更窄粒级和三产品方案，表征剔除物流中的硫与黏土，并比较下游节能与分选成本。没有宣称装置表现，所有数值均为合成。

概念图

物理分选把重叠的颗粒性质分布经分配曲线送入保留、中间和剔除物流。
物理分选把重叠的颗粒性质分布经分配曲线送入保留、中间和剔除物流。

练习与决策记录

构造含两个粒级、密度分布重叠的合成给料，计算两个切割点的产品产率和组分回收率，并说明总体结果为何可能掩盖一个域的差表现。决策记录应包括性质假设、物料选择、参照方法、分配证据、损失、下游影响、残余物边界和下一试验。

若用手选代替代表性取样，把理论切割报告为运行回收率，用颗粒数准确率替代质量与价值指标，或让剔除物料从系统边界消失，则不合格。

来源