尼尔森(knelson)选矿机是加拿大尼尔森公司在20世纪70年代末到80年代初研制的强化重选设备，尤其是对单体金等微细颗粒，回收效果显著。尼尔森选矿机是基于离心原理的强化重力选矿，适用于从矿石和伴生物料中回收金、银、铂族等贵金属及其他较大密度的金属矿物，是一种选别高效、环境友好的重选设备。在黄金工业中，尼尔森选矿机更是替代混汞板、溜槽、跳汰机的最好选择，到目前为止，尼尔森选矿机已经被70多个国家使用。为研究尼尔森选矿机反冲水压对精矿回收率的影响，进行了矿浆颗粒的动力学分析及试验室验证试验，最终证明了控制反冲水压对提高精矿回收率的重要性。

1 尼尔森选矿机结构及分选原理

尼尔森选矿机的结构组成主要包括进矿、排矿、供水部件，驱动控制部件，分选部件以及支撑部件等。其中，分选部件是由2个可同时旋转的立式同心锥构成。外锥为不锈钢套筒，与内锥形成一个密封水套，并带动内锥旋转。内锥是一个半锥度为15°的塑料分选锥^[1]，内锥称为富集锥，内锥的内侧有数圈沟槽，并开有按一定设计排列的流态化水孔。离心锥高速旋转，产生很大的离心加速度，一般可达60倍重力加速度^[2]。

    尼尔森选矿机的分选一方面基于作用在矿粒上离心力的差异，另一方面基于反冲水的流态化松散作用。矿浆是由固液两相构成，液体是连续相，颗粒或颗粒的集合体是分散相。颗粒物料与流动的流体接触，使颗粒物料呈现类似于流体的状态，沿着锥壁流动即形成流态化床层。矿物颗粒就是在流态化床层中运动、沉降并分离。若连续作业后，精矿颗粒将会在锥壁形成密实的矿层，产生板结现象，其他矿粒难以穿过这一矿层，不利于矿物的进一步分选，从而缩短选别周期和降低选矿富集比。尼尔森选矿机利用足够压力的反冲水经中空轴压入至密封水套，并由流态化水孔切向喷射入床层^[3]，来防止精矿床层的压实，使精矿床层保持松散状态。在离心力和反冲水的共同作用下，精矿颗粒能够克服反冲水的径向阻力而离心沉降或钻隙渗透，最后抵达锥壁。脉石因所受的离心力较小，难以克服反冲水的作用，在轴向水流的冲力和离心力的轴向分力共同作用下排出锥外成为尾矿，从而实现在反冲压力水的作用下，矿物颗粒按密度分选的目的。尼尔森选矿机离心锥工作原理见图1，反冲水原理示意见图2，尼尔森选矿机部分型号技术参数见表1。

                               图1 尼尔森选矿机离心锥工作原理示意       图2 尼尔森选矿机反冲水原理示意

表1 尼尔森选矿机部分型号及技术参数

2 反冲水作用对选矿回收率的影响分析

尼尔森选矿机中的矿浆颗粒锥壁附近在径向主要受到反冲水的冲击力和有效惯性离心力2个力的作用，二者共线但方向相反。为分析方便将矿物颗粒近似为圆球体，f_冲和f_离 计算公式为：

        ，                  （1）

式(1)中，  为反冲水的冲击力，  为反冲水压，  为有效作用面积，为矿物颗粒的粒径。

      ，    （2）

式(2)中，f_离为有效惯性离心力，  为颗粒受到的离心力， 为颗粒受到的离心阻力， 为矿物颗粒的密度， 为液体的密度，  为离心锥转动角速度，为颗粒的位置所在水平面内相应的半径。

由牛顿第二定律知 且 ，所以分离因素   ，可得：

，        （3)

由式(3)可知，密度大的矿物颗粒到达锥壁后，若  ，即  时，则精矿床层将会向沟槽内壁迁移，流态化床层的分选效果降低，从而精矿回收率降低，甚至出现精矿颗粒穿过反冲水孔进入密封水套的现象。若 ，即  时，则较多的精矿颗粒被挡在沟槽外并随着流态化床层溢出内锥成为尾矿，造成更大的损失。所以，如果保证流态化床层正常的分选效果，一般使 略小于  ，即 且 。

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