蝸殼旋流器在某選礦廠一段磨礦—分級中的應用

李永峰 吳慶才 馬鵬飛

(1.威海市海王旋流器有限公司；2.江西銅業集團德興銅礦)

某選礦廠生產能力約230 t/h，使用MQY 5.03 m×6.4 m球磨機與FX660×6型旋流器組構成閉路磨礦分級作業。FX660旋流器采用傳統的進料結構設計，錐體錐角較小，磨礦—分級系統返砂比較高，旋流器溢流中粗顆粒含量較高，影響后續選別作業指標，需進行改進。

1 原分級指標

某選礦廠原FX660旋流器分級指標見表1。

表1 原旋流器分級指標 %

由表1可知，原FX660旋流器溢流+0.178 mm含量占10.63%，高于設計值(8%)，返砂比551.37%，存在較大的優化空間。

通過分析，FX660旋流器入料方式不合理是造成溢流粒度偏粗、返砂比較高的主要原因，因此主要從旋流器的入料方式和錐體角度方面對磨礦—分級作業進行優化，擬采用FXY660-GX型蝸殼預分級旋流器(威海市海王旋流器有限公司)替代原FX660旋流器。

2 蝸殼旋流器

2.1 蝸殼預分級進料體

旋流器自工業應用以來，入料方式先后經歷了切線式入料、漸開線式入料、螺旋線式入料3個階段[1]。蝸殼旋流器采用蝸殼預分級進料體結構，該結構具有360°的入料包角，料漿在進入旋流器分離室前可得到預先分級，粗、細顆粒以分層有序的狀態進入分離室分級。蝸殼預分級進料體結構優勢主要表現在以下3個方面：

(1)料漿預先分級增強了礦漿的穩流程度，減少了分離室內短路流的產生，降低了粗顆粒物料進入溢流的概率，同時也降低了細顆粒物料進入沉砂的概率。

(2)蝸殼預分級旋流器進料體與旋流器直段筒體貫通而形成的沖擊力和局部磨損小，從而可以使旋流器襯套擁有更長的使用壽命。

(3)蝸殼預分級進料體結構旋流器易損件成本低，更換方便，同時其設計標準化、通用化、系列化程度高，制造、維修成本低。

2.2 20°錐體角度設計

旋流器錐體角度指錐體部分的夾角，就同一規格的旋流器而言，錐角大的錐體短，料漿分離時間就短；錐角小的錐體長，物料分離時間也長[2]。通常情況下，用于細粒料漿分級、澄清、脫泥、濃縮作業的旋流器錐體角度小于20°，一般料漿分級作業旋流器錐體角度等于20°，粗粒料漿分級作業旋流器錐體角度大于20°[3]。原旋流器錐體角度為13°，適用于脫水、脫泥、濃縮作業，用于常規分級作業返砂比較高。

2.3 柱段高度

通過用激光粒子動態分析儀研究旋流器內固相顆粒的運動后發現，旋流器柱段是一個有益于固相顆粒分離的有效沉降區，柱段區域對顆粒的分級分離過程有不可忽略的作用[4]。增加柱段高度可增加旋流器內的分離空間、延長流體在分級設備內的停留時間，提高分離效率。

合理增加柱段高度，可起到的作用有：①減小旋流器內部靜壓最大值，降低壓力；②減小旋流器內部切向速度最大值及切向速度梯度，降低流場湍流程度；③料漿在零速包絡面上的分離時間更長，分級效率更高。

2.4 旋流器配置參數

旋流器溢流管直徑除了影響旋流器生產能力和分離粒度外，還影響旋流器的分級效率、產物分配和產物濃度[5]。沉砂口直徑是對旋流器分離指標有重大影響的因素之一，也是生產過程中必須加以嚴格控制的結構參數[6]。通過給蝸殼旋流器配備3種不同規格的溢流管和3種不同規格的沉砂口，調整磨礦分級作業的溢流粒度組成及返砂比。

3 工作參數試驗

采用蝸殼旋流器代替原FX660旋流器對磨礦產品進行分級試驗，以優化蝸殼旋流器工作參數。

3.1 溢流管和沉砂口直徑試驗

固定蝸殼旋流器柱段高度H=500 mm，進行溢流管和沉砂口直徑試驗。

(1)在溢流管直徑260 mm、沉砂口直徑120 mm(組合1)的條件下，進行分級試驗，結果見表2。

表2 組合1配置條件下分級試驗結果 %

從表2可以看出，蝸殼旋流器分級返砂比420.02%，相比FX660旋流器明顯降低，但溢流中+0.178 mm含量10.46%，仍高于設計指標，未能達到預期要求。

(2)增大蝸殼旋流器沉砂口直徑為130 mm、溢流管直徑260 mm不變(組合2)，該條件下的分級試驗結果見表3。

表3表明，增大蝸殼旋流器沉砂口直徑后，溢流中+0.178 mm含量為10.86%，返砂比790.66%。相比原旋流器均出現不同程度的增加，說明增大沉砂口直徑未能起到優化旋流器溢流細度和返砂比的效果。

(3)調整蝸殼旋流器沉砂口直徑為120 mm、溢流管直徑240 mm(組合3)，該條件下的分級試驗結果見表4。

表3 組合2配置條件下分級試驗結果 %

表4 組合3配置條件下分級試驗結果 %

表4表明，縮小蝸殼旋流器溢流管直徑后，溢流中+0.178 mm含量為7.39%，符合設計要求；返砂比414.03%，相對于原旋流器低137.34個百分點；溢流中-0.074 mm含量60.68%，略高于原旋流器，但仍未達到設計要求。

3.2 柱段高度試驗

為進一步提高蝸殼旋流器溢流細度，在溢流管直徑240 mm、沉砂口直徑120 mm的條件下，增加蝸殼旋流器柱段高度至800 mm，進行分級試驗，結果見表5。

表5 柱段高度800 mm時分級試驗結果 %

表5表明，增加蝸殼旋流器柱段高度后，溢流中+0.178 mm含量4.51%，-0.074 mm含量63.75%，均達到設計要求。返砂比443.53%，相比原旋流器降低107.84個百分點，分級效率達52.01%，分級效率較高，整體分級效果令人滿意。

4 結 論

相比FX660旋流器，蝸殼旋流器采用蝸殼預分級進料體結構，360°的入料包角可對料漿進行預先分級，增強礦漿的穩流程度，襯套使用壽命更長，易損件成本低，更換方便，制造、維修成本低。

在蝸殼旋流器沉砂口直徑為120mm、溢流管直徑240mm、柱段高度至H2=800mm的配置參數下，某選礦廠磨礦產品經蝸殼旋流器分級后，溢流+0.178mm粗粒級含量和-0.074mm含量分別為4.51%、63.75%，均達到設計要求。返砂比相比原旋流器降低107.84個百分點，分級效率較高，整體分級指標優于原旋流器，因此蝸殼旋流器可用于該選礦廠磨礦—分級作業的技術改造。

[1] 褚良銀,陳文梅.旋流器分離理論[M].北京:冶金工業出版社,2002.

[2] 龐學詩.水力旋流器技術與應用[M].北京:中國石化出版社,2011.

[3] 段希祥,肖慶飛.碎礦與磨礦[M].3版.北京:冶金工業出版社,2012.

[4] 劉嘯時,張曾科.選礦過程中水力旋流器溢流粒度分布軟測量研究[J].礦冶,2005，14(1)：74-77.

[5] 孫肇淑,胡岳華.旋流器參數的合理選擇[J].礦冶工程,2003,23(6):38-40.

[6] 孫 盈,王宇斌,張治元,等.一段磨礦分級應用水力旋流器的研究與實踐[J].金屬礦山,2005(5)：27-30.