浮选是一种重要的矿物分离分选方法,自问世以来就一直受到广大选矿工作者的重视,与其配套的选矿设备——浮选机,也一直是研究的热点。机械搅拌式浮选机是目前技术较为成熟、应用较为广泛的浮选设备之一。发展至今,其结构已得到极大的发展,但其一个转子（叶轮）配一个定子的传统“1+1模式”却从未得到改变,其进气量与矿浆悬浮都极大地受到了叶轮转速的限制,难以保证在合适的静态流分选环境下,能够有充足的充气量,存在着分选效果差和性能不稳定的问题。为进一步提高浮选机的分选性能,急需对现有浮选机做出改进。本论文对现有浮选机的搅拌系统进行改进,采用双叶轮控制系统（2+1模式）取代传统的“1+1模式”,来提高其分选性能。设计了不同的离心叶轮、搅拌叶轮、导流筒（定子）和浮选槽,通过考查不同离心叶轮的空化强度来优化离心叶轮产生矿化气泡的性能;测定不同搅拌叶轮保持矿浆悬浮分散的临界转速来优化搅拌叶轮的结构参数;采用双叶轮浮选机与常规机械搅拌自吸式浮选机进行难选胶磷矿浮选对比试验,评价双叶轮浮选机结构特征和工作参数对其分选性能的影响,在此基础上最终确定新型双叶轮系统浮选机的设计方案。在双叶轮对浮选设备流场影响研究试验中,主要考察了搅拌叶轮与临界悬浮转速的关系;浮选槽内气液流场方向及速度大小的定性分析以及离心叶轮与空化发泡的关系,结果表明:综合考虑矿浆矿物颗粒的悬浮高度及矿浆紊流强度,搅拌叶轮倾角及直径均不可过大或者过小;试验得到四个较为准确的搅拌叶轮直径和倾角与临界悬浮转速的关系式;设备确实存在着空化发泡的现象,并且方形槽效果略优于圆形槽,直径30mm+20mm,长度30mm+30mm的2号离心叶轮效果更好;新型双叶轮系统浮选机配合导流筒,搅拌叶轮及离心叶轮的设计,能够在搅拌区、分离区及泡沫区得到一个较为合理的液流方向及速度分布,为矿物浮选提供一个较好的分选环境。在双叶轮浮选机结构和工作参数优化实验中,考察了不同搅拌叶轮、离心叶轮、浮选槽以及导流筒结构对浮选的影响,并选择合适的结构与传统浮选机进行对比。其结果表明:2号搅拌叶轮、1号导流筒以及2号离心叶轮效果较优,1号方形槽与2号柱形槽浮选效果相当;对比试验中,新型双叶轮浮选机对不同类型胶磷矿在精矿品位或精矿回收率上效果强于传统浮选机,提升效果明显。实验最终选择2号搅拌叶轮、1号导流筒、2号离心叶轮1号方形槽组成新型浮选机,并对宜昌矿3及宜昌矿2进行浮选应用试验。结果表明:对宜昌矿3,采用正浮选一粗一精一扫、反浮选一次粗选的闭路流程,在最优药剂条件下,最终得到磷精矿P₂O₅含量34.55%、倍半氧化物2.34%、Mg O含量0.52%,磷精矿回收率93.56%的良好分选指标。对宜昌矿2,采用一粗一精两扫闭路流程,在最佳药剂条件下,获得P₂O₅含量34.08%,回收率91.37%的良好分选指标,所得精矿Mg O含量仅0.55%远低于生产所需0.8%的要求。