螺旋选矿设备（Spiral concentrator）是螺旋选矿机、螺旋溜槽、螺旋分选机的统称。国外开发的以椭圆为截面的螺旋选矿设备称为螺旋选矿机，我国开发的以立方抛物线为截面的螺旋选矿设备称为螺旋溜槽，在洗煤领域则将螺旋选矿设备称为螺旋分选机。

螺旋选矿设备是一种应用广泛的流膜重力选矿设备，也是一种斜面流选矿设备，是赤铁矿、钛铁矿、铬铁矿、镜铁矿、钽铌矿、海滨砂矿及煤等选矿的关键设备，在工业中获得大量应用。

目前在国内金属矿山生产中应用的螺旋溜槽绝大多数都是我国自主开发并制造的，每年还有大量螺旋溜槽出口到国外，我国的螺旋溜槽开发及应用技术水平目前处于国际前列。据粗略估算，目前在我国工业生产中应用的大小螺旋选矿设备数量可达十多万台套。

螺旋选矿机

螺旋选矿机主要由分矿器、支架、螺旋槽、截矿器、接料斗5部分组成。

其中分矿器固定在支架上，在螺旋槽为多头时，可以把输送上来的矿浆均匀分布到每个螺旋槽上端。螺旋槽通过螺栓固定在支架上，每片螺旋槽间也通过螺栓连接。截矿器安装在螺旋槽的最底端用于分开精矿、中矿和尾矿。接矿斗安装在截矿器下端，用于接收截矿器区分出来的各个级别的矿浆，并于其它容器或者接收设备相接。

螺旋选矿设备结构示意

近几年来，国内外对螺旋选矿机的研究主要集中在运行参数的优化、分选流态的数值模拟、矿物颗粒的运动轨迹追踪检测等方面。

• 运行参数优化与结构改进

响应面法（RSM）的多参数协同优化

Tripathy等通过Box-Behnken设计与RSM结合，建立超细铬铁矿分选的二次响应模型，发现当给矿速率为1.2m³/h、矿浆浓度14.81%、截取器位置12cm时，可获得51.05%的Cr₂O₃品位。该方法通过量化参数间交互作用，为工业参数调试提供了数学依据。

张新元等研究指出，矿物在螺旋选矿机中的受力一般包含：惯性力、阻力、重力、浮力、压力梯度力、虚拟质量力、流体的推力、矿物间的作用力。并对不同形状大颗粒在螺旋选矿机中的运动分析，发现球形颗粒的分选效果最好。

超极限h/D螺旋溜槽的开发

刘惠中等通过将螺旋槽径高比（h/D）从常规0.45-0.7降至0.3，显著提升了细粒矿物（-0.045mm）的回收率。在硫酸渣选铁试验中，采用“一粗二精一扫”流程，精矿产率达59.63%，Fe品位61.50%，较传统螺旋溜槽提高15%以上。

复合力场集成设计

陈庭中等研发的离心螺旋溜槽通过调控旋转流场强度，使颗粒离心力可动态调整。在云南大红山赤铁矿分选试验中，结合磁选工艺获得Fe品位58.71%的精矿，较单一重力分选效率提升22%。

• 分选流态的数值模拟与验证

CFD-DEM耦合模拟颗粒-流体相互作用

高淑玲等采用CFD-DEM耦合方法，揭示了螺距增大可使水相流速和湍动能增加20%-30%，加速粒群分带。模拟结果显示，颗粒运动速度极值与密度呈负相关，与实验值吻合度达92%。

多相流模型在工业级浓度下的验证

Dixit等利用代数滑移混合模型（ASM）模拟中等固体含量（15-20wt%）下的颗粒分离，发现粗颗粒（＞0.1mm）主要分布于槽内缘，而细粒（＜0.045mm）集中于外缘，与工业实测数据偏差小于8%。

二次环流与流场稳定性分析

Matthews等通过VOF方法与RNGk-ε湍流模型结合，发现螺旋溜槽自由表面在给矿量6m³/h时充分发展，水深模拟值与试验值最大偏差仅1.2mm。二次环流强度随径向距离增加而增强，在尾矿区雷诺数可达1.2×10⁴，验证了紊流对细粒松散的促进作用。

• 深度学习驱动的矿物分带识别

刘惠中等提出改进YOLOv5-CASM算法，通过Mosaic-9数据增强、卷积注意力模块（CASM）及CIOU损失函数优化，将矿物分带识别精度从原始模型的0.6提升至0.9，实现了分选界面的实时监测与截取器自动调节。

• 正电子发射型颗粒追踪技术（PEPT）的应用

李华梁等利用PEPT技术追踪单个颗粒在螺旋溜槽内的三维运动轨迹，发现颗粒在第四圈末分离效率达峰值38.72%，验证了螺旋圈数对分选的关键影响。该技术为揭示颗粒迁移机制提供了直接实验证据。

• 图像处理与统计学习结合

Doheim等对比遗传算法与逻辑回归模型在界面检测中的性能，发现后者在钛铁矿和铬铁矿分选场景下的检测准确率分别达91%和85%，计算成本降低40%，为智能化分选控制奠定了基础。

• 新型螺旋选矿机的工程应用

（1）UX7超细螺旋的工业实践

Multotec公司开发的UX7螺旋选矿机通过优化槽面曲线，可有效回收100μm以下颗粒。在南非某铬矿尾矿处理中，Sn回收率从常规螺旋的35%提升至48%，吨矿能耗降低0.8kWh。

（2）BL1500螺旋溜槽的规模化应用

云南昌宁锡矿采用BL1500复合曲线型螺旋溜槽，在“一粗一扫一精”流程中获得Sn品位41.32%、回收率52.27%的合格精矿，单机处理量达15-40t/h，较传统设备提升30%。

• 细粒分选精度瓶颈

现有研究对-10μm颗粒的回收率仍低于40%，需进一步开发纳米气泡浮选或磁场辅助等协同技术。

• 实时监测系统的集成

目前图像处理算法的响应时间（约200ms）仍滞后于工业需求，需通过边缘计算或FPGA硬件加速实现亚秒级控制。

• 低碳化设计

螺旋溜槽能耗虽低（0.1-0.3kWh/t），但材料磨损导致的周期性更换（平均寿命6-8个月）仍需通过陶瓷涂层或3D打印耐磨件进一步改善。