2.2.2 面向固废的重力选矿
考虑到城市固废的特殊性，一方面，由于其处于城市当中，考虑到湿法选矿可能带来的水处理压力与环境污染可能性，因此干法选矿成为首选，如气跳汰、气摇床，但同时也带来了粉尘污染的可能性。另一方面，以跳汰为例，无论是水跳汰，还是气跳汰，分离目标之间希望有大的密度差，但当分离的是“石质矿物”时，其密度差别并不大，导致了分离的困难。当然，按照法国的说法，分离目标不仅相对密度差起作用，表观密度差与堆积密度差也有同等效果。这有待验证。同时，由于固废的目标矿物可能有好几种，如建筑垃圾中的混凝土、红砖、瓷砖、石膏等，因此同一过程中的多目标分离也是重力选矿追求的目标。
下面用案例来说明固废重力分离的技术与特点。
2.2.2.1 混凝土与砖的跳汰机分离
跳汰分离一般被用于富集最细到3 mm 的相对粗糙的材料。在跳汰机中，具有不同密度的材料，通过脉冲水流使之流化，在床层中实现分离。当水通过柱塞压力进入时，颗粒以不同的速度向底部沉降，具体依赖于其密度。重颗粒首先下沉，在装置的底部放出（图2-11）。
图2-11 跳汰机草图
跳汰对材料划分的明晰度依赖于密度比：q=（ρ重-ρ水）／（ρ轻-ρ水）。其中，ρ重是重颗粒的密度；ρ轻是轻颗粒的密度；ρ水是水的密度，为1 g／cm3。当密度比q增大时，分离的明晰度也增大。颗粒之间密度差越大，分离效果越好。
跳汰分离混凝土（ρ混凝土=2.4 g／cm3）和砖（ρ砖=1.7 g／cm3）时，q=（2.4-1）／（1.7-1）=2。如果使用空气代替水，q′=（2.4-0）／（1.7-0）=1.4。因此，混凝土和砖在水中的分离，应比在空气中更有效。
为获得良好的分离效果，分离的关键工作参数为：①进料粒径。如果颗粒的尺寸和形状在严格的范围内，可获得良好的分离。②洗矿槽水流速率。较高的水流速率，得到了较好的分离，因为轻质颗粒比重质颗粒受到摩擦更大的影响，摩擦是由水的上升流提供的。③振荡频率。较慢的频率，使得较大颗粒得到了良好的分离。相反，较快的频率应被用于分离较细的进料。④位移的幅度。为获得密实进料良好的分离，需要具有更大幅度的更大空间。
为了使得分离有效，颗粒尺寸应相对类似。通过湿筛分，获得了再生建筑垃圾的四个组分——2～5 mm，5～10 mm，10～19 mm，＞19 mm，分别通过跳汰分离。
图2-12 建筑垃圾的跳汰分离结果
对于每一组分，获得了两个富集物：一个是容器顶上轻密度的物料，另一个容器底部上重密度的物料。上部富集物为砖组分，下部为混凝土组分。图2-12显示了粗组分（＞19 mm）分离结果，砖组分（89.0%）和混凝土组分（99.4%）的纯度都很高。对于细组分（2～5 mm），需要认真控制作业参数，以获得良好的分离效果。
结果表明，跳汰是将轻石质颗粒与重石质颗粒相互分离的一种有效的湿法，尤其是对于粗的组分。分离后，混凝土组分足够干净，可被直接再生为混凝土集料，但砖组分应干燥、磨细，用在烧结黏土砖中。
2.2.2.2 混凝土与砖的螺旋选矿机分离
跳汰仅适用于粗料（＞3 mm），而螺旋选矿机适用于分离细料（＜3 mm）。螺旋选矿机由螺旋形状的弯曲槽道组成，按照密度差异分离材料。水流输送的颗粒与螺旋选矿机底部接触时，产生摩擦。颗粒密度越高，作用于颗粒上的摩擦力越大。在摩擦力的作用下，密度较高的颗粒被压迫至螺旋选矿机的内部，密度较低的颗粒来到外部。于是，密度不同的颗粒得以相互分离。
分离效果受颗粒密度、粒径、颗粒形状和孔隙率的影响。螺旋选矿机的作业成本很低，适用于大吨位细建筑垃圾的处理。(https://www.daowen.com)
用螺旋选矿机测试了经筛分的建筑垃圾细组分（＜2.5 mm）。当不同密度的材料为水流所搬运时，密度较高的颗粒聚集在了水流的底部，密度较低的颗粒聚集在了水流的顶部。测试表明，混凝土毛石可与中等重的颗粒和轻颗粒分离。三个不同的组分，示于图2-13中。所获得的较重的组分，主要由混凝土毛石组成。重组分可能含有一些重金属，轻组分可能含有有机物，需要另作处理。
图2-13 建筑垃圾的螺旋选矿机分离效果
进料流速是分离的一项重要因素。为了获取令人满意的分离效果，原料应在螺旋选矿机顶部定期缓慢添加，确保材料流动规则有序。加工后的材料颗粒置于筛网上，使得泵入的水被筛出，用于继续进行的分离。
2.2.2.3 混凝土、砖、石膏颗粒的气力跳汰机分离
除了水以外，跳汰机也可以使用空气作为介质，以促进通过颗粒密度进行的分层。它们被称为气力跳汰机或干跳汰机。与用水相反，断断续续的向上气流，通过不同粒径的颗粒层时，产生显著的湍流，湍流对颗粒分层有着巨大的影响。已经观察到，使用空气的设备，其分离效率低于使用水的设备。例如，待加工材料的粒径略高于水跳汰机中使用的粒径。不过，气力跳汰机可高效地选矿超过4 mm 粒径的颗粒。
由于其更低的效率，空气选矿机仅在加工站点附近缺水时，或当矿物无法被湿润时被使用。今天，随着越来越严格的用水环境限制，气力跳汰机等这样的设备正越来越多地被安装。新一代的气力跳汰机已经被广泛使用在选煤的粗选机与／或扫选机阶段中。
将三类材料——混凝土（C25／30）、固体黏土砖和来自固体石膏块的石膏，在最大粒径20 mm下破碎。使用的颗粒的粒径分布（20 mm 下破碎），粒径范围4／20 mm 的混凝土颗粒占了进料的72.40%（混凝土颗粒的27.60%在4 mm 下方），砖颗粒占70.27%（29.73%在4 mm 以下），石膏颗粒占66.27%（33.73%在4 mm 下方）。所有材料细于4 mm 的组分，都通过筛分废弃。
在气力跳汰机中，由于材料堆积密度和颗粒密度的差异，在粒径范围4～20 mm 内，将石膏与混凝土和砖颗粒分离是可能的（图2-14）。测试中，使用释放的颗粒，堆积密度差驱使混凝土与砖和石膏离析，而颗粒密度差驱使石膏与砖和混凝土离析。
图2-14 气力跳汰机对石膏、砖、混凝土颗粒的分离
有可能得到混凝土含量高于90%，石膏含量低于1%的精矿（沉降产品——跳汰机次室）。可以将这些石膏和混凝土含量的产品，插入到集料中，进入混凝土市场。对于集料中典型的石膏污染物，期望有很低石膏含量的精矿产品。
混凝土精矿中，石膏的减量大约为25倍。这一水平的减量，在分选实际的建筑和拆除废弃物集料时，可以令人满意。
具有较低密度（跳汰机优室）的精矿，显示了超过70%的石膏颗粒。这一水平的精矿，提高了石膏的再利用和再生能力。
通过室内设备获得的最佳跳汰参数为跳汰时间120 s，频率约2.67 Hz，膨胀比70%。在目前的流动机制下，流化—沉降循环次数，可通过同时替换跳汰时间和频率来减少跳汰参数的个数。
使用工业跳汰机，显示更小的壁效应，有着更佳的结果。该技术已在本项目依托的曹路基地建筑装修垃圾资源化成套加工设备中实现。
重力选矿设备还有很多类型，如水力摇床、气力摇床、水力旋流器、气力旋流器、重介质分离等。它们对于不同的固废有着不同的适用性，这方面已经有了大量的试验和理论分析。并且，有些研究已经采用离散元、空气动力学、流体力学等手段，对分离过程实施数值模拟。尤其是重力选矿与其他选矿技术结合，有着非常良好的发展前景。