重力分離：原理、方法、および装置

Summary: 鉱物処理における重力分離の完全ガイド。振せん台、ジグ、スパイラルなどを含む多段階物理鉱物処理配置について学びましょう。

重力分離法とは何ですか？

有効粒子サイズ範囲の境界

• 粗鉱 25mm（ヘビーミディアム分離、大型ジグ）
• 中程度の鉱石: 2–25 mm (conventional jig, spiral chute)
• 良質鉱石： 0.1–2 mm (shaking table, spiral concentrator)
• Slime: 0.1 mm未満（分離効率が低い、通常は遠心重力濃縮機と併用される）

効果的な分離のための重要な条件

重力分離が経済的かつ技術的に実行可能であるためには、次の条件を満たしている必要があります：

完全な3段階重力分離プロセス

完全な重力分離プロセスは通常、3つの主要な段階から構成されています： 準備, 選鉱（分離）和 製品処理.

準備段階

準備段階の目的は、分離プロセスの効率を最大化するために鉱石を調整することです。主要なステップは以下の通りです：

• 粉砕と挽き廻し 粒度の縮小は、価値のある鉱物を不純物から解放するために不可欠です。最適な粉砕サイズは、鉱石の特性および目的とする鉱物の粒径に依存します。
• 洗浄とスリム化： 粘土やコロイド状物質を多く含む鉱石については、これらの微細な不純物を除去するために洗浄が行われます。これにより、分離工程の妨げとなることを防ぎます。これは、多くの場合、スクラバーやロッグ washers で行われます。
• スクリーニングおよび分類： 砕かれた鉱石は、ふるいや水力分類によって異なるサイズの範囲（例：粗粒、中粒、細粒）に分離されます。これにより、それぞれの特定のサイズ範囲に最適化された異なる設備や操作条件の使用が可能になります。

2. 品質改善段階

これは、貴重な鉱物ととんぼ玉を実際に分離するコア段階です。鉱石は、じぐ、振動テーブル、スパイラル、遠心濃縮機などの重力分離ユニットを1つ以上通過します。

一般的な設定：

• シンプルな回路： 粗くて簡単に分離できる鉱石の場合は、重力装置（例えばジャイグ）を一度通すだけで十分なことがあります。
• 複雑な回路： For ores with unevenly disseminated valuable minerals, a multi-stage “stage separation” process is often used. This involves:
  • Roughing: 尾山の大部分を取り除くための最初の通過。
  • Cleaning: 粗別段階の濃縮物をアップグレードするための二次通過。
  • Scavenging: 粗選後の尾鉱から残存する貴重な鉱物を回収するための三次選鉱。

3. 濃縮・尾鉱後処理段階

この段階は、最終製品（濃縮物および尾鉱）の取り扱いに関係します。

重力濃縮脱水
粗粒/中粒濃縮物は鉱山斜面の自然浸透排水だけで済みますが、微細マイクロ濃縮物にはフィルタープレスによる脱水が必要です。パッケージされた溶銑の納入には乾燥設備が必要です。

廃礦処理
粗の尾鉱はトラックで直接運搬されて採掘の埋戻しに使用されます；細の尾鉱は尾鉱池に汲み上げるか、乾式積み出しシステムで処理されて環境規制に適合させます。

重力分離方法の種類

媒介の運動形態と操業目的に基づき、重力分離法は分類、重媒介分離、ジギング、振動テーブル、スパイラル、遠心分離、気体分離、洗浄などいくつかのカテゴリーに分類できる。これらの中で、重媒介分離、ジギング、振動テーブル、スパイラルは、産業用鉱物処理において最も広く使用されている四つの技術である。

重中密分離（HMS）／密度媒介分離（DMS）

重中分離は、分離される二つの鉱物の密度の間にある密度の流体媒体を用いた静的分離方法です。

プロセス： 原鉱石は濃厚な流体懸濁液（通常、水に細かいフェロシリコンや磁鉄鉱を混ぜたもの）に浸されます。軽い不純物の岩石は表面に浮かび上がり、重い価値のある鉱物は底に沈みます。

最適な用途： 粗粒粒子の事前濃縮（石炭洗浄、ダイヤモンド回収、およびコストのかかる粉砕回路の前に廃石を除去してCapExを節約）

2. ジグ濃度（ジギング）

ジギングは、垂直な脈動する流動層の中で異なる比重を持つ鉱物を分離するダイナミックなプロセスです。

プロセス： 鉱石は穴あきのスクリーンの上に置かれ、仕掛けが水を縦に上下にパルスさせる。上向きの水のストロークは粒子層を拡大（層別化）し、下向きのストロークは粒子を沈殿させる。重い粒子は速く沈殿し、底層に堆積し、軽い粒子は上部に留まり流されてしまう。

最適な用途： 粗粒から中粒の材料（10 mmから0.5 mmまで）は、一般的に鉄鉱石、マンガン、重晶石、タングステン濃縮に使用されます。

3. 振動台濃縮

振動台（またはウィルフリー台）は、傾斜したリブ付きのデッキを持ち、非対称に横方向に振動するフィルムサイズの濃縮装置です。

プロセス： 傾斜したテーブルの表面を薄い水の膜が流れながら、デッキは前後に揺れます。高比重の粒子は溝（ライフル）に沈殿し、揺れの動きによって水平方向に運ばれ、濃縮槽へと送られます。軽い脈石（ガングー）粒子は水膜に漂ったまま残り、下端を通って尾かなとして洗い流されます。

最適な用途： 細粒材料（0.5mmから0.037mmまで）。非常に高い濃縮比を実現し、手工芸および大規模金採掘の両方で最終濃縮物を生産するための普遍的な標準となっています。

4. スパイラル濃縮

スパイラルコンセントレーターは、遠心力と重力を利用した垂直のヘリカルスルースチャネルを備えた連続式の装置です。

プロセス： スラリーはらせんの上部に供給されます。循環運動の中で下方へ流れると、摩擦力と抵抗力によってより重い粒子はらせんの低速内側チャネルに向かって移動します。軽い粒子は遠心力によって外側の縁に飛ばされます。底部の調整可能なスプリッターが流れを濃縮物、中間物、尾鉱に分割します。

最適な用途： 微細な鉱石（2mmから0.074mmまで）で、大量の処理能力が必要なもの。例としては、 石英砂の精製、クロマイト鉱、ジルコン、および鉄鉱の細粒など。

完全重力分離装置の比較

重力分離性能に影響を与える主要な要因

三つの核心決定要因カテゴリー：鉱石鉱物の性質、分離媒材、設備モデルと操作パラメータ。

鉱石の特性（主要要因）

• 価値ある鉱物と脈石の密度差：差が大きいほど層別化が良くなり、回収率が高くなる。
• 2. 酸化鉄粒子の粒径分布：均一な分類給料は粗粒・細粒の干渉を防ぐ；粉砕しすぎたスライムは金属損失を引き起こす。
• 3. 粘土および泥分：過剰なスライムは中程度の粘度を増加させ、密度層化を弱めるため、事前に泥除去を行う必要があります。
• 4. 鉱物分散形態：粗大なモノマー分散鉱物は、細かい集合鉱に比べてはるかに優れた比重効果を得る。

分離媒介の性能

媒質（通常は水）は、システムの有効密度に影響します。水が標準ですが、媒質の密度は変更することができます。

• 空気（乾式分離） 中程度の密度が低いため最も効率が悪い。乾燥地域や特定の鉱石に使用される。
• Water: 標準の媒体；効率的で安価です。
• 重液体／懸濁液（HMS）： 最も効率的ですが、高価であり、試薬の取り扱いに注意が必要です。

設備の種類と運転条件

各設備には、粒子のサイズ、容量、供給密度の最適な動作範囲があります。制御すべき重要な要素は次のとおりです：

• 給仕速度： 高すぎると過負荷や分離の喪失を引き起こす可能性があります。低すぎると機器の効率が低下します。
• 固形物の密度: Affects the viscosity of the pulp; must be maintained within the equipment’s optimal range.
• 水の流量（スパイラル、テーブル用） 流動化作用と粒子の階層化を正しく行うために重要です。
• 振動周波数と振幅（ジグ用） 粒子の沈殿や層化の仕方に影響します。
• 遠心力（濃縮器用） Determines the “effective gravity” and the recovery of fine particles.

鉱石タイプ別の実用例

典型的な鉱石と産業での重力分離の用途

貴金属鉱石（砂金および脈金）

天然金は石英鉱石と比べて極端に密度が異なる。ジグ＋遠心濃縮器＋電子スライド式選鉱盤の組み合わせ流れは、粗粒の遊離金の回収率を93%以上にし、アフリカや東南アジアの placer（金砂）金鉱で広く用いられている。脈鉱金については、重力プリコンセンテレーションにより、シアン化処理や浮選前の粉砕負荷を軽減することができる。

2. タングステンおよびスズ鉱脈鉱石

ボルフラム石とスズ石は、代表的な高比重酸化物鉱物です。多段階ジグ粗選と振動板洗浄は、福建、江西、中国および東南アジアの tin 採鉱の tungsten-tin 分離の標準的な主流プロセスです。

3. 鉄性および弱磁性鉱石

磁鉄鉱、褐鉄鉱、クロム鉱石は、磁気分離の指標が良くない場合、ジグ及びスパイラル重力選別を採用します。重曹選別は、塊鉄鉱の浪費岩石を事前に除外します。

4. ビーチ＆リバーのヘビー鉱物砂

ジルコン、ルチル、モナザイトの鉱床砂は、らせん型チューブによる粗選と振盪テーブルの重力洗浄を使用して、価値のある希少な重鉱物を石英砂から分離します。

5. 石炭洗浄産業

重中間セパレーターとジグ機械は、主要な炭素精製装置であり、密度の差によって無煙炭を礫岩から分離します。

6. 建設廃材および鉱山の排溜り（二次回収）

重力分離は、解体廃棄物や旧鉱山の尾鉱から残留した重金属の凝集塊を回収し、循環型鉱物資源利用を実現します。

リアル・グローバル・重力分離鉱山プロジェクト事例

ケース1：東アフリカ 500トン/日 プレーサーゴールド重力選鉱プラント

• Oreの特徴： Coarse native gold 0.1–1 mm, low clay content, local water shortage
• プロセスフロー： 二段階ジグ粗加工 + 遠心濃縮機 + 振動 table 最終洗浄 + 循環水システム
• 操作インデックス： 金回収率 93.38%、最終濃縮物の金品位 85%、水リサイクル率 86%、従来工程に比べて水使用量を40％削減

ケース2：2000トン/日のウルフラマイト脈鉱重力プラント

• Oreの特徴： 長石-石英脈タイプ、不均一に散在するテンツワイト
• プロセスフロー： ステージグラインダー + マルチジグ粗削り + マルチグループ振動テーブル洗浄
• 操作インデックス： タングステン濃度66％、総タングステン回収率82％、粗粉砕段階で不要な尾鉱65％を捨てて、粉砕エネルギーを節約。

ケース 3：1200 TPH ビーチ重 minerais砂分離ライン

• Oreの特徴： 混合したジルコン、ルチル、石英砂
• プロセスフロー： らせん濃縮機のバルク粗選と振動式選鉱盤による高純度洗浄
• 操作インデックス： 重鉱物総回収率88%、化学薬品の消費ゼロ、低い日々の運営コスト

プラント設計のベストプラクティス

重力分離は、現代の鉱物処理において基本的で非常に効果的な技術です。その強みは、その単純さ、低い運転コスト、環境適合性にあります。ただし、成功するためには、適切な設備を適切な鉱石の種類や粒径に適用することが重要です。

植物設計者、エンジニア、運転者にとって、以下の原則は不可欠です：

1. 詳細な鉱石の特性評価は譲れない条件です。 鉱物学、解放サイズ、密度の違いをテストする。
2. 2. 粒子サイズに合わせて機器を選択する 粗い材料にはジグを、 中程度の材料にはスパイラルを、 細かい材料にはテーブルを使用してください。 細かい遊離金には遠心濃縮機を使用してください。
3. 3. ステージ分離を検討する: 鉱物が不均一に分散している鉱石の場合、多段階の回路の方が一度で処理するよりもはるかに効果的です。
4. 4. 操作変数の制御： 送り速度、水流、および中密度は、慎重に監視し、制御する必要があります。
5. 5. アドレススライム： 微細スライム（0.1mm未満）は重力分離にとって有害です。脱泡洗浄により除去し、必要に応じて他の方法（例：フローテーション）で処理すべきです。

重力分離に関するよくある質問

重力分離は超微細スライムの処理に使用できますか？

A: 従来の重力機器（ジグやスパイラル）は、74マイクロン（200メッシュ）以下では効率が低下します。これは、水の表面抵抗力が重力を上回るためです。しかし、高度な遠心重力濃縮機はスラリーを高速で回転させ、60G以上の力を生み出すことができるため、重い鉱物を最大10マイクロンまで効率的に回収することが可能です。

重力分離は浮選を完全に置き換えることができますか？

A：濃度基準が十分に高い場合に限ります。顕微鏡レベルで価値ある鉱物が脈礦と密接に結合している複雑で微細に分散した硫化物鉱石の場合、浮選は依然として不可欠です。ただし、現代のプラントではハイブリッド回路を頻繁に使用しています。最初に重力選別で粗鉱物を早期に回収し、その後に浮選で超微細な残留物を回収します。

重力分離の効率に影響を与える主な要因は何ですか？

A：重力分離の効率は、3つの重要なパラメーターに依存します：ターゲット鉱物と脈石（バインダー）の比重差（差が大きいほど分離が容易になります）、給餌粒子の粒度分布（厳密な分類によって重なり合う層化を防止します）、および水流速度やスラリーの濃度制御を含む流体ダイナミクスが、装置の表面上での流れを管理します。

Q: なぜ重力分離は小規模から中規模の環境に優しい鉱山に強く推奨されるのですか？

A：重力分離は純粋に物理的な beneficiation 方法であり、化学薬品を一切必要としません。これにより、高価な化学薬品の投入を完全に排除し、環境への尾鉱汚染を防ぎ、全体の運転コスト（Opex）を削減し、大きな投資回収を迅速に行うことができます。これは粗粒のフリー・ミリング鉱物を即座に捕捉することにより実現します。

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