立式離心機回收安徽某細粒鐵尾礦試驗*

葉獻華

(1.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司；2.華唯金屬礦產資源高效循環利用國家工程研究中心有限公司)

立式離心選礦機是旋轉軸垂直安裝離心選礦機的統稱，如國外的 Knelson離心選礦機、Falcon離心選礦機和國內的水套式離心選礦機等，立式離心選礦機在工業生產上主要應用于精礦產出量少的金、銀、鉑族等貴金屬及鎢、錫、鉛、鋅等有色金屬的選礦作業[1-3]。國內陳祿政、吳金龍、陳可標等人進行了離心技術細粒鐵尾礦回收試驗[4-6]，采用的試驗設備為水平轉鼓離心選礦機。安徽某鐵尾礦品位為16.56%，其中的鐵主要以赤褐鐵礦的形式存在，目前選廠為回收利用其中的鐵，進行了強磁粗選—磨礦—強磁精選—螺旋溜槽重選。為實現立式離心機均勻給礦，防止礦漿快速通過，細化分選過程，實現連續排礦，對立式離心選礦機給、排礦裝置進行結構調整，然后采用強磁—篩分—螺旋溜槽重選—立式離心機試驗流程回收該尾礦中的鐵，獲得了鐵品位為56.16%，鐵回收率為20.25%的鐵精礦。

1 立式離心機結構及工作原理

1.1 立式離心機結構

立式離心機主要由給料及供水部分、分選機構、卸礦裝置、驅動裝置組成，立式離心機結構見圖1。

(1)給料及供水部分。給料裝置含有給礦管和隨錐筒轉動的圓形平托盤，離心機工作時，物料由渣漿泵泵入或自流入給礦管。通過給礦管錐形收口后，物料隨平托盤的旋轉至分選錐筒內壁。供水部分含有一個主給水管，主給水管連接兩個支管，其一從蓋板上部插入分選卸料錐筒內，另一個通過旋轉接頭與主軸連通水套。直徑為400 mm的立式離心機供水量為1.1～2.7 m3/h，供水壓力為354～690 kPa。

圖1 立式離心機結構

(2)立式離心機分選機構是一個雙壁錐，可理解為由兩個可一同旋轉的立式同心錐構成。常用的結構根據外錐的不同角度分為3類：外錐和內錐平行，外錐夾角小于內錐，外錐為圓筒型。不同角度的雙壁錐見圖2。

圖2 不同角度的雙壁錐

不同角度的雙壁錐都是由內外兩種結構構成一個密封水腔，水在壓力下從內錐壁上設計排列的反沖水孔噴向分選區。內錐稱為富集錐，它是由直徑不同的圓筒片和圓環片交錯疊加構成上大、下小的圓臺狀結構(見圖3)，每個圓臺狀結構的內壁處為槽溝，內錐是分選部件的核心技術部分。

圖3 內壁錐實物加工圖

1.2 工作原理

立式離心機在電機的驅動下，通過V帶輪傳動使錐筒旋轉，從而帶動錐筒內的礦漿高速旋轉。離心錐內可產生離心加速度為30～150 G的離心力場，相應地，不同密度的顆粒在此力場所受的重力差別也放大了相應的倍數。在此過程中，基于礦物顆粒所受到離心力的差異，不同密度顆粒在離心力和流膜紊動擴散作用下實現分離[7]。

給礦礦漿導入內錐筒之后進入內錐的復選槽，層層向上移動分選。重礦物顆粒因受到較大離心力，迅速離心貼附在溝槽內。筒壁上的反沖水使槽內礦物得以松散和精選，輕礦物因所受離心力小，被沖洗出錐筒外由上部甩出成為尾礦。

2 給礦卸礦裝置結構改進

2.1 給礦卸礦裝置結構改進目的

立式離心機技術參數包括結構參數和操作參數，在固定轉速、給礦濃度、分選時間、顆粒大小和反沖水壓等操作參數條件下，改進給卸礦裝置結構參數，可提高精礦品位和回收率。

2.2 給礦卸礦裝置結構改進措施

立式離心選礦機的給料裝置含有給礦管、隨轉筒轉動的圓形平托盤。給礦管置于內錐筒中央，端部有錐形收口，為均勻分配礦漿，控制不同密度級別的物料給入轉筒的初速度，在圓形平托盤中設置了凸起式拋物線導料裝置(見圖4)，它是由圓盤、內外拋物線共同構成的若干扇形礦漿通道。扇形結構具有中心窄、圓盤外側寬的特點，該結構實現了礦漿到達錐筒前預選分級的目的。

圖4 給料裝置

在給礦管上等距離固定有3塊圓環板，與錐筒內壁分選溝槽相對，控制礦漿分層流動。筒內物料顆粒在離心力作用下作螺旋運動，部分礦物由于接近筒中心，會在“短路”狀況下通過旋轉錐筒，形成難以分選的中心柱區域。給礦管上增加圓環板，與錐筒內壁分選溝槽相對，在筒壁溝槽共同作用下，礦漿按徑向和軸向分層旋轉，類似搖床的溝槽，往復運動至錐筒上沿排出，圓環板激活了旋轉錐筒中心部分的礦漿，使所有礦漿隨著旋轉錐筒坡度作螺旋運動，又類似于螺旋溜槽作用，達到很好的分選效果。在3塊圓環板與給礦管之間，預留了礦物通過的孔洞，使圓環板既可以起導流作用，又可防止礦物在板槽中淤塞。圓環板阻止了礦漿迅速通過，降低立式離心選礦機的用水量，可提高精尾礦濃度。

旋轉錐筒筒壁上均勻布置直徑為1 mm的小孔。加工小孔時，鉆床主軸和工作臺上的分度盤調整成相交20度，使得小孔方向與錐筒徑向角度相交20度(見圖5)，即使在錐筒不旋轉時，也可形成圖中的反沖水旋轉效果，有利于離心分選。在錐筒溝槽開若干大孔，用2分管連接，穿過水套，將精礦直接導入精礦槽中，2分管上裝有氣動夾緊閥改變開啟時間可調節精礦產率。然后在槽溝附近固定鍥形刮刀，防止礦物在筒壁內堆積。

圖5 靜止時反沖水效果

立式離心選礦機具有占地面積小、分選過程快速有效、設備結構簡單、生產成本低等優點，且不受顆粒粒度的限制，大大降低可回收礦物的粒度下限，使得微細粒的重力選礦成為可能；另外，不需藥劑添加，不僅可降低生產成本，而且可降低環境成本。

3 安徽某細粒鐵尾礦應用改進后立式離心機選別試驗

3.1 礦樣性質

礦樣來自安徽某大型采選聯合企業，其原礦中的礦物成分較復雜，主要有用礦物為磁鐵礦，次為假象赤鐵礦、黃鐵礦、菱鐵礦、黃銅礦，其他為微少量；非金屬礦物為硬石膏、輝石、磷灰石、綠泥石、長石、碳酸鹽礦物等。其磨選工藝采取階段磨礦、階段選別、浮選選硫、弱磁選磁鐵礦、強磁選與重選回收赤鐵礦的工藝流程。針對其弱磁選尾礦進行離心機重選試驗研究，對細粒弱磁選尾礦礦樣進行化學多元素分析，分析結果見表1。

表1 礦樣多元素化學分析結果 %

由表1可知，礦樣中可供綜合回收利用的元素為鐵，主要雜質為SiO2、Al2O3和S。

3.2 試驗原料與預處理

試驗原料取自安徽某細粒級弱磁選鐵尾礦，桶裝已沉淀，取出一定固體濃度物料在容積為0.2 m3的不銹鋼攪拌桶內混合均勻后，然后由XBSL-φ25型立式砂泵揚至SLon-750立環脈動高梯度強磁選機給料箱中。磁介質使用φ4 mm棒介質，沖程沖次選取25 mm和200次/min，轉環轉速為2 r/min 。由于生產中難免有粗顆粒混入，在泵的入口處及強磁機給礦箱口加2 mm篩網進行隔渣。強磁精礦用DZ0410數字控制篩分級，然后由XBSL-φ25型立式砂泵揚至φ600 mm螺旋溜槽進行拋廢試驗。該研究中，SLon立環脈動高梯度強磁選機磁場強度、螺旋溜槽給礦濃度等參數通過多次條件試驗確定，選用的試驗參數見表2。

表2 原料預處理試驗條件

試驗可獲得鐵品位為43.56%，回收率為44.42%的螺旋溜槽精礦，后續采用改進的φ400 mm立式離心機進行重選試驗。螺旋溜槽精礦即立式離心機給礦粒度分析結果見表3。

表3 立式離心機給礦粒度分析結果

3.3 試驗裝置與方法

立式離心選礦機試驗裝置見圖6。自來水經增壓泵進入立式離心機，主管及分支管路上串聯的閥和水壓力表分別用于控制和指示供水壓力、錐筒內沖洗水壓力和水套內反沖水壓力。一定固體濃度物料在容積為 0.2 m3的攪拌桶內混合均勻后由上部給礦管給入錐筒內。該研究就立式離心機反沖水壓力、錐筒轉速、給礦濃度，氣動夾管閥開啟時間(卸礦時間)進行了條件試驗。

3.4 試驗結果與討論

(1)離心機反沖水壓力對分離結果的影響。礦漿從托盤甩至內錐筒的溝槽內，水套至溝槽內反沖水的流態化松散作用既可防止堵塞，又能清洗溝槽內脈石，對分選效果產生一定影響。在轉速為818 r/min、給礦礦漿濃度為20%、夾管閥開啟時間為660 ms時，進行反沖水壓力試驗，試驗結果見表4。

圖6 立式離心選礦機照片

表4 反沖水壓力試驗結果

由表4可知，立式離心機水套內反沖水的壓力越高，精礦作業產率和鐵回收率越低，鐵品位越高，綜合考慮，選擇反沖水壓力為580 kPa。

(2)錐筒轉速對分離結果的影響。錐筒轉速決定離心力場和顆粒所受的離心力，是促進大密度顆粒在溝槽內富集的基本作用力，故對分離結果具有重要影響。選擇反沖水壓力為 580 kPa，給礦礦漿濃度為20%，夾管閥開啟時間為660 ms時，不同錐筒轉速試驗結果見表5。

由表5可知，錐筒轉速、錐筒幾何形狀、物料性質等因素決定了處理細粒級物料需要的離心強度，當物料性質和錐形確定后，過低或過高的轉速均不利于顆粒的分離。當轉速為540 r/min時，錐筒中央仍有大量礦漿，錐筒內壁未形成離心流膜，鐵品位很低的連生體粗鐵礦粒沉積在溝槽內，所得鐵精礦品位較低。而當速度過快時，礦漿快速越過溝槽，破壞了流膜穩定性，所得的精礦產品的產率和回收率都很低。該試驗機處理該中細粒級鐵尾礦，選擇轉速為818 r/min，離心強度約為59 g時分離效果最佳。

(3)給礦濃度對分離結果的影響。在轉速為818 r/min、反沖水壓力為 580 kPa的條件下考察礦漿濃度對分離結果的影響，不同礦漿濃度試驗結果見表6。

表5 錐筒轉速試驗結果

表6 不同礦漿濃度試驗結果 %

由表6可知，隨著給礦濃度的增加，精礦鐵品位降低，鐵作業回收率提高；綜合考慮，選擇給礦礦漿濃度為10%。

(4)卸礦時間對分離結果的影響。該機精礦是通過均勻布置在溝槽內的卸礦2分管穿過水套導入精礦槽中，在卸礦管上設置了氣動夾管閥。錐筒每分選6 s后，開啟1次氣動夾管閥，此閥的開啟時間與精礦產率有很大關系。在反沖洗水壓力為580 kPa、轉速為818 r/min、給礦礦漿濃度為10%時，進行卸礦間隔時間試驗，試驗結果見表7。

由表7可知，隨著夾管閥開啟時間的增加，精礦作業產率和鐵回收率增加很快，鐵品位存在先增加后降低的趨勢，故選擇開啟時間為660 ms。

(5)立式離心機應用于細鐵尾礦回收。在條件試驗的基礎上，進行了立式離心機應用于安徽某細鐵尾礦的回收試驗，試驗流程見圖7。

表7 卸礦間隔時間試驗結果

圖7 弱磁尾礦回收試驗流程

4 結 論

(1)改進后的立式離心機體積小、重量輕、耗電少、生產成本低，可明顯提高精礦品位和回收率。采用離心分選與磁選等其他選礦方法相結合，組成強磁—篩分—螺旋溜槽—立式離心機聯合流程，對細粒鐵尾礦再利用是一種有效的分選方法。

(2)安徽某細粒級鐵尾礦采用強磁—篩分—螺旋溜槽—離心機重選的選別流程，在立環脈動高梯度強磁選機磁場強度為636.62 kA/m，螺旋溜槽給礦濃度為20%，立式離心機反沖洗水壓力為580 kPa，轉速為818 r/min，給礦礦漿濃度為10%，夾管閥開啟時間為660 ms時，可獲得鐵品位為56.16%，鐵回收率為20.25%的鐵精礦。