一段磨礦分級(jí)采用水力旋流器替代螺旋分級(jí)機(jī)的應(yīng)用研究

李前進(jìn)，盧致明，張亮亮，謝 銳，劉亞偉，王 碩

（云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司，云南 文山 663701）

云南某多金屬選礦廠采用兩段兩閉路連續(xù)磨礦工藝，一段磨礦采用Φ2.7×3.6m格子型球磨機(jī)與1臺(tái)FG2000螺旋分級(jí)機(jī)組成閉路，二段采用Φ2.4×3.0m格子型球磨機(jī)與FX350旋流器組成閉路。螺旋分級(jí)機(jī)分級(jí)效率較低，直接影響選別作業(yè)的技術(shù)指標(biāo)。水力旋流器作為一種重要的分級(jí)設(shè)備，在國(guó)內(nèi)選礦廠已得到廣泛應(yīng)用[1，2]。為改善現(xiàn)狀,提高現(xiàn)有的格子型球磨機(jī)生產(chǎn)率,同時(shí)提高分級(jí)效率[3]，選礦廠對(duì)一段磨礦分級(jí)采用水力旋流器替代螺旋分級(jí)機(jī)進(jìn)行工業(yè)優(yōu)化試驗(yàn)研究。

1 礦石性質(zhì)

該地區(qū)礦石類型為錫石硫化物—矽卡巖性，礦物組合和化學(xué)成分比較復(fù)雜，具多金屬礦化特點(diǎn)。礦石類型按硫化物氧化程度劃分，絕大部分為原生礦、混合礦；按主金屬錫、鋅空間分布特征，可分別圈出錫鋅共生礦石，單錫礦石和單鋅礦石三種金屬類別，以錫鋅共生礦石為主體。按礦物自然組合特征，大致分為錫石硫化物型、錫石矽卡巖型、錫石磁鐵礦型，以錫石硫化物型礦石為主。礦石力學(xué)性質(zhì)測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1,一段磨機(jī)給礦粒度組成見(jiàn)表2。

表1 礦石力學(xué)性質(zhì)測(cè)定結(jié)果

礦石力學(xué)性質(zhì)的測(cè)定結(jié)果說(shuō)明：①礦石最大容重3.21，最小容重3.05，平均容重為3.12，容重較大，易沉積在磨礦分級(jí)循環(huán)中難以排出，易產(chǎn)生過(guò)磨。②礦石普氏硬度系數(shù)最小為5.5，最大為8.2，分布不均勻，平均硬度6.67，屬于中硬偏軟礦塊。③礦石泊松比最大值為0.33，韌性較大；最小值為0.17，脆性也大；平均泊松比為0.23，總體表現(xiàn)為韌性中等偏脆性。

表2 一段磨機(jī)給礦粒度組成

0.45～0.3 7.47 4.18 22.14 0.3～0.2 4.69 2.63 17.95 0.2～0.15 1.26 0.7 15.33 0.15～0.10 5.21 2.92 14.62 0.10～0.074 1.12 0.63 11.7 0.074～0.038 9.09 5.09 11.07 0.038～0.019 3.64 2.04 5.98 0.019～0.010 2.57 1.44 3.94-0.01 4.47 2.5 2.5合計(jì) 178.5 100 ——

由磨機(jī)給礦的粒度組成看出：①一段磨機(jī)給礦95%過(guò)篩的最大粒度約18.32mm，粒度偏粗；②磨機(jī)給礦-200目占11.07，粉礦較多，證實(shí)了礦石脆性較大。

2 一段磨礦分級(jí)作業(yè)現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

該選礦廠磨礦分級(jí)工藝流程如圖1所示。目前，一段磨礦分級(jí)作業(yè)主要存在以下問(wèn)題：①一段磨礦濃度偏低，僅約70%～75%。由于受場(chǎng)地限制，分級(jí)機(jī)返砂口與磨機(jī)給料口傾角較小，需補(bǔ)加大量沖洗水才能將返砂沖進(jìn)磨機(jī)給料口，導(dǎo)致一段磨礦濃度偏低，物料易發(fā)生過(guò)粉碎現(xiàn)象。②螺旋分級(jí)機(jī)返砂量小、分級(jí)效率低、一段磨礦效率低。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期取樣分析發(fā)現(xiàn)，螺旋分級(jí)機(jī)返砂比約15%～60%、分級(jí)效率約15%～20%，遠(yuǎn)低于正常水平。目前大多數(shù)選礦廠仍廣泛使用的螺旋分級(jí)機(jī)和水力旋流器，分級(jí)效率一般為40%～60%，返砂比約為200%～350%。即使在改進(jìn)分級(jí)設(shè)備性能和分級(jí)工藝，將分級(jí)效率大幅度提高后，比較適宜的返砂比范圍也應(yīng)是100%～200%。磨礦動(dòng)力學(xué)分析表明，在一定范圍內(nèi)，隨著磨礦分級(jí)循環(huán)中分級(jí)效率或返砂比的增大,磨機(jī)生產(chǎn)率得到相應(yīng)的提高[4]。

圖1 磨礦分級(jí)工藝流程

3 旋流器替代螺旋分級(jí)機(jī)小試情況

鑒于水力旋流器作為一種重要的分級(jí)設(shè)備，在國(guó)內(nèi)選礦廠已得到廣泛應(yīng)用，該選礦廠決定利用原用于二段分級(jí)的FX350-GT旋流器和KREBSφ380旋流器分別安裝于一段磨礦開(kāi)展水力旋流器替代螺旋分級(jí)機(jī)小型試驗(yàn)，試驗(yàn)指標(biāo)如表3。

表3 一段磨礦分級(jí)螺旋分級(jí)機(jī)和旋流器指標(biāo)對(duì)比

從表3可以看出：①螺旋分級(jí)機(jī)分級(jí)效率低，質(zhì)效率只有15.69%，遠(yuǎn)低于旋流器的分級(jí)效率；溢流細(xì)度提升小，在給礦細(xì)度-200目35.19%的條件下，溢流細(xì)度只有39.32%；返砂量小，返砂比只有15%，一段磨機(jī)利用率較低。②FX350水力旋流器用于一段磨礦分級(jí)，返砂比提高至220%；但是沉砂夾中-200目24.47%、-400目11.57%，沉砂夾細(xì)量大，造成磨機(jī)過(guò)磨嚴(yán)重；FX350旋流器的分級(jí)質(zhì)效率較低，僅有35.64%。③KREBSΦ380水力旋流器用于一段磨礦分級(jí)，返砂比可提高至90%，循環(huán)負(fù)荷仍然偏小；沉砂中-200目含量14.03%、-400目10.34%，沉砂中-200目含量較FX350旋流器明顯降低，但是-400目含量相差不大，沉砂夾細(xì)嚴(yán)重，過(guò)粉碎現(xiàn)象依然存在。

同時(shí)小試過(guò)程中還存在以下問(wèn)題：①FX350旋流器和KREBSΦ380旋流器處理能力偏小，容易產(chǎn)生波動(dòng)，小試過(guò)程中分級(jí)給礦泵池滿潑的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。②小試過(guò)程中采用的100/150E-AHR渣漿泵，轉(zhuǎn)速過(guò)高，磨損較快，砂泵檢修頻繁。③旋流器給礦管彎管處磨損較快，易通漏。

4 工業(yè)優(yōu)化試驗(yàn)

4.1 旋流器優(yōu)化

小試過(guò)程中使用的FX350旋流器和KREBSΦ380旋流器原用于二段細(xì)粒級(jí)分級(jí)，處理能力偏小，生產(chǎn)不穩(wěn)定，容易造成旋流器溢流細(xì)度過(guò)細(xì)，沉砂夾細(xì)量大的問(wèn)題，另一方面小試使用旋流器采用的是小錐角結(jié)構(gòu)，分級(jí)粒度較小，同樣容易造成沉砂夾細(xì)量大的問(wèn)題。因此有必要對(duì)小試過(guò)程中使用旋流器進(jìn)一步進(jìn)行調(diào)整。

（1）一段旋流器物料平衡計(jì)算。一段磨機(jī)給礦量50-55t/h，礦石密度3.1t/m3，循環(huán)負(fù)荷按200%進(jìn)行計(jì)算，一段旋流器物料平衡計(jì)算見(jiàn)表4。

表4 一段旋流器物料平衡計(jì)算

（2）旋流器選型方案。通過(guò)優(yōu)化旋流器直徑和錐角結(jié)構(gòu)，最終確認(rèn)一段分級(jí)旋流器使用1臺(tái)FX500-GX（大錐角結(jié)構(gòu)）旋流器，可以滿足處理能力和分級(jí)溢流細(xì)度的要求，提高生產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定性。采用大錐角沉砂口，通過(guò)再次“淘洗”使細(xì)顆粒進(jìn)入內(nèi)旋流、通過(guò)溢流排出，可有效降低沉砂夾細(xì)量；同時(shí)增大沉砂口直管段長(zhǎng)度，可在一定程度上減小空氣柱的直徑，穩(wěn)定空氣柱的波動(dòng)，從而有利于提高分級(jí)效率。FX500-GX旋流器參數(shù)見(jiàn)表5。

表5 一段分級(jí)旋流器設(shè)備參數(shù)

4.2 分級(jí)給礦泵及管路優(yōu)化

針對(duì)小試過(guò)程中采用的100/150E-AHR渣漿泵，轉(zhuǎn)速過(guò)高，磨損較快的問(wèn)題。經(jīng)江西耐普廠家實(shí)際選型優(yōu)化，建議采用150NZJA-R型渣漿泵（Q=150-200m3/h，H=22m，泵轉(zhuǎn)速700轉(zhuǎn)/分，電機(jī)功率55kw，變頻調(diào)速）輸送一段磨機(jī)排礦至FX-500GX旋流器。針對(duì)輸送管路彎頭容易磨損的問(wèn)題，采用雙金屬耐磨彎頭替代PE彎頭延長(zhǎng)使用周期。

4.3 分級(jí)控制系統(tǒng)優(yōu)化

水力旋流器給礦量和給礦壓力的變動(dòng)會(huì)影響分級(jí)效率[5]。通過(guò)安裝雷達(dá)液位計(jì)與砂泵變頻器連鎖控制，并接入DCS自動(dòng)化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)磨礦分級(jí)設(shè)備的全自動(dòng)化控制，提高磨礦分級(jí)工藝流程的穩(wěn)定性，提高磨礦產(chǎn)品粒度均勻性，從而提升選礦技術(shù)指標(biāo)。

4.4 優(yōu)化后的試驗(yàn)指標(biāo)

表6 FX500-GX試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表7 磨礦最終產(chǎn)品粒度組成

從表6可以看出：一段分級(jí)使用FX500-GX旋流器后，各項(xiàng)試驗(yàn)指標(biāo)較使用海王FX350-GT旋流器和KREBS旋流器時(shí)分級(jí)質(zhì)效率明顯提升，沉砂夾細(xì)量明顯減少。與使用螺旋分級(jí)機(jī)相比，分級(jí)質(zhì)效率提高至49.28%、提升了33.59個(gè)百分點(diǎn)；返砂比提高至199%、提高了184個(gè)百分點(diǎn)；一段磨機(jī)磨礦濃度提高至79.91%、提高了9.9個(gè)百分點(diǎn)；一段溢流細(xì)度提高至49.32%、提高了10個(gè)百分點(diǎn)。

從表7可以看出：一段分級(jí)使用FX500-GX旋流器后，磨礦最終產(chǎn)品中間粒級(jí)0.074～0.038mm含量增加了6.23個(gè)百分點(diǎn)，-0.01mm含量減少了4.1個(gè)百分點(diǎn)。磨礦產(chǎn)品粒度組成更加均勻，為后續(xù)作業(yè)創(chuàng)造了良好條件。

5 效益分析

5.1 經(jīng)濟(jì)效益

經(jīng)過(guò)計(jì)算，使用FX500-GX旋流器替代螺旋分級(jí)機(jī)后，增加運(yùn)行功率26.65kW，增加運(yùn)行成本18.57萬(wàn)元/年；一段磨鋼球單耗下降0.04kg/t，節(jié)約生產(chǎn)成本16.61萬(wàn)元/年；處理量提升約2000t/年，增加效益96.67萬(wàn)元/年。合計(jì)可增加經(jīng)濟(jì)效益94.71萬(wàn)元/年。

5.2 社會(huì)效益

使用FX500-GX旋流器替代螺旋分級(jí)機(jī)后，有效的提高一段磨機(jī)生產(chǎn)效率，降低磨礦平臺(tái)的噪聲分貝。根據(jù)檢測(cè)實(shí)施一段分級(jí)旋流器改造后，球磨機(jī)平臺(tái)噪聲分貝由2017年12月份的dB（A）=98.5降低至目前的dB（A）=90.9，噪聲分貝有明顯下降，有利于減少現(xiàn)場(chǎng)操作員工的職業(yè)健康危害因素。同時(shí)，使用旋流器替代螺旋分級(jí)機(jī)后，磨礦分級(jí)設(shè)備均可通過(guò)DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)控制，提高了磨礦分級(jí)工藝流程的穩(wěn)定性，減少了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，具有明顯的社會(huì)效益。

6 結(jié)論

（1）針對(duì)云南某多金屬選礦廠一段分級(jí)效率低，溢流細(xì)度提升小，一段磨礦效率低的問(wèn)題，采用水力旋流器替代螺旋分級(jí)機(jī)進(jìn)行一段分級(jí)。經(jīng)過(guò)小型試驗(yàn)和工業(yè)優(yōu)化試驗(yàn)，最終確定采用FX500-GX旋流器作為一段分級(jí)設(shè)備。

（2）使用FX500-GX旋流器替代螺旋分級(jí)機(jī)后，分級(jí)質(zhì)效率提高至49.28%、提升了33.59個(gè)百分點(diǎn)；返砂比提高至199%、提高了184個(gè)百分點(diǎn)；一段磨機(jī)磨礦濃度提高至79.91%、提高了9.9個(gè)百分點(diǎn)；一段溢流細(xì)度提高至49.32%、提高了10個(gè)百分點(diǎn)。磨礦最終產(chǎn)品中間粒級(jí)0.074～0.038mm含量增加了6.23個(gè)百分點(diǎn)，-0.01mm含量減少了4.1個(gè)百分點(diǎn)。磨礦產(chǎn)品粒度組成更加均勻，為后續(xù)作業(yè)創(chuàng)造了良好條件，有利于提升選礦技術(shù)指標(biāo)。

（3）使用FX500-GX旋流器替代螺旋分級(jí)機(jī)后，可增加經(jīng)濟(jì)效益94.71萬(wàn)元/年。同時(shí)，球磨機(jī)平臺(tái)噪音由98.5dB（A）降低至目前的90.9dB（A），噪聲分貝有明顯下降，有利于減少現(xiàn)場(chǎng)操作員工的職業(yè)健康危害因素。此外，使用旋流器替代螺旋分級(jí)機(jī)后，磨礦分級(jí)設(shè)備均可通過(guò)DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)控制，提高了磨礦分級(jí)工藝流程的穩(wěn)定性，減少了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，具有明顯的社會(huì)效益。