國產 FX840 水力旋流器在烏山銅鉬礦的應用

王 磊，任 頔，季安坤，初福棟，姜程陽

1威海市海王旋流器有限公司 山東威海 264200 2中國黃金集團內蒙古礦業有限公司烏山銅鉬礦 內蒙古呼倫貝爾 021400

烏努格吐山銅鉬礦 (以下簡稱“烏山銅鉬礦”)是中國黃金集團內蒙古礦業公司開發的低品位大型銅鉬有色金屬礦山，屬于特大型露天金屬礦。礦區銅金屬儲量為 302 萬 t，鉬金屬儲量為 65 萬 t，2009年一期工程建成投產，擴建工程于 2012 年完成。該礦分兩期建設，共 3 個生產系列，處理量達到 8萬 t/d，其中二期有 1 個系列，目前處理能力可達到4.4 萬 t/d[1-2]。

分級作業是選礦廠的關鍵工序，水力旋流器是利用離心力場、加速礦漿中固體顆粒沉降和強化分離過程的有效分離設備[3]。烏山銅鉬礦二期采用的是大型半自磨—球磨的 SABC 工藝流程[4]，具有物料處理量大、粒級組成特殊等特點，需要特定的大型水力旋流器與之配套。威海市海王旋流器有限公司研發的用于有色礦山分級的 FX840 水力旋流器，其直徑為 840 mm，單臺處理能力達到 800～1 000 m3/h，文中筆者將介紹 FX840 旋流器在烏山銅鉬礦的應用及實際工業應用效果。

1 分級工藝簡介

烏山銅鉬礦二期采用大型半自磨—球磨的 SABC工藝，系統原礦處理量為 1 850 t/h，分級作業中原使用的是國外某品牌水力旋流器，目前由于生產需要，頑石破碎機暫時停機。SABC 工藝流程相關設備配置如表 1 所列，旋流器入料的平均物性參數如表 2 所列。

表1 SABC 工藝系統設備配置Tab.1 Equipment configuration of SABC process system

表2 旋流器入料的平均物性參數Tab.2 Average material parameters of feed for hydrocyclone

SABC 工藝流程中，原國外某品牌的旋流器在使用過程中，指標雖然可以大致滿足現場要求，但經考查后發現該分級系統仍有提升的空間，且國外旋流器費用昂貴，技術服務和備件周期的時效性較低，不利于選廠的長期穩定生產。綜合運行成本及效益考慮，該礦決定采用國產大型高效的 FX840 水力旋流器進行相關生產試驗。

2 FX840 水力旋流器

根據前期對烏山銅鉬礦的分級作業中入料性質及工藝的多方面考查，考慮到具體的工況環境，FX840水力旋流器采用了新型螺旋線進料方式、多錐體組合錐角技術、厚壁溢流管和大錐角沉砂技術[5]，使旋流器管腔更好地順應了流體的運動規律，降低了短路流對分級的影響，有效提高錐體內部的離心強度，提高旋流器的溢流細度，降低粗細顆粒的機械夾雜，進而提高了旋流器的分級精度和分級效率。

2.1 旋流器主要技術指標

2.1.1 分級質效率

分級質效率是指分級設備溢流中實際被分級出的某一粒度級別的質量占分級設備給礦中同一粒級質量的百分數。該指標同時考慮了細粒級在溢流中的回收率和溢流質量的提高[6]，其數值越高，表明分級設備的分級效果越好，返砂中合格粒級含量越少，過磨現場越輕，因此磨礦效率也越高。其數學表達公式為

中：η為分級質效率，%；α為旋流器給礦中計算粒級含量，%；β為旋流器溢流中計算粒級含量，%；θ為旋流器沉砂中計算粒級含量，%。

計算分級效率時，旋流器給礦、溢流、沉砂中計算粒級含量通常以 -200 目含量計算。

2.1.2 循環負荷

循環負荷是指分級設備反砂的質量與磨機新給礦質量的百分比。在整個磨礦系統中，合理的循環負荷尤為重要，會直接影響磨機的磨礦細度以及生產能力。循環負荷過高，會引起磨機“脹肚”，旋流器過載，破壞正常運行。其數學表達式為

式中：C為循環負荷，%。

計算循環負荷時，旋流器給礦、溢流、沉砂中計算粒級含量通常以 -200 目含量計算。

2.2 旋流器結構參數探索

為了探索現場分級旋流器適宜的結構參數，使其更加匹配現場的工況條件，前期先安裝 2 臺 FX840 水力旋流器進行探索試驗。根據旋流器的運行指標先后提出了 3 種方案，各方案中旋流器的結構參數如表 3所列，具體試驗結果如表 4 所列。

表3 不同方案下 FX840 水力旋流器的結構參數Tab.3 Structural parameters of FX840 hydrocyclone in various schemes

從表 3、4 可以得出以下結論：

(1)方案一中旋流器溢流細度較粗，-200 目含量僅為 55.33%，分級質效率為 53.39%，整體循環負荷較高，為 300.26%；

(2)方案二由于放大了沉砂口直徑，因此溢流細度有所上升，-200 目能達到 58.32%，但旋流器分級質效率并沒有提升，為 52.88%，循環負荷進一步升高，為 325.37%；

表4 不同方案下 FX840 水力旋流器運行試驗結果Tab.4 Test results of FX840 hydrocyclone in various schemes

(3)針對方案一、二中旋流器溢流細度較粗的問題，方案三改變了小錐體角度，由 20°減小為 11°。結果表明，更改錐體角度后，旋流器溢流細度有明顯提升，-200 目含量可達到 65.90%，分級效率為58.75%。

由此可見，方案三中旋流器的結構參數比較適合烏山銅鉬礦現場要求，分級指標較為理想。由于旋流器溢流 -200 目細度尚有富余，為適當降低沉砂夾細，提高磨機產能，將沉砂口由 165 mm 再次縮小至162 mm。

3 工業應用

經過前期的探索試驗，后續在烏山銅鉬礦現場安裝了 6 臺 FX840 水力旋流器，總計 8 臺。工業應用中，旋流器最終結構參數如表 5 所列。

表5 工業應用時 FX840 水力旋流器的結構參數Tab.5 Structural parameters of FX840 hydrocyclone at industrial application

現場針對該結構參數的 FX840 水力旋流器與原國外 33 英寸旋流器進行了為期一個月的取樣考查工作，并對各方面指標進行了對比，結果如表 6、7 所列。

分析表 6、7 可以得出以下結論：

(1)在 -200 目入料質量分數為 57.17%、-200 目細度含量為 27.01% 的前提下，FX840 水力旋流器溢流中 -200 目細度含量達到 64.14%，且沉砂夾細僅為11.51%，整體循環負荷為 239.55%，分級質效率高達55.47%，表明能夠將粒度合格的顆粒及時分離開來，減少顆粒過磨；

表6 -200 目時 FX840 水力旋流器與國外某品牌旋流器的運行指標對比Tab.6 Comparison of FX840 hydrocyclone and a foreign one in operating indexes at -200 mesh

表7 不同網目下 FX840 水力旋流器與國外某品牌旋流器的運行指標對比Tab.7 Comparison of FX840 hydrocyclone and a foreign one in operating indexes at various particle size

(2)入料中較粗的顆粒，即 +80 目顆粒，經過FX840 水力旋流器分級作用后，溢流中 +80 目顆粒僅為 11.76%，表明絕大部分粗粒級顆粒經過分級隨沉砂排出，為后續選別作業創造了有利條件；

(3)入料中 -325 目的顆粒含量經過旋流器分級作用后，由 21.60% 上升至 52.13%，表明 FX840 水力旋流器對細粒級的回收效果也十分明顯；

(4)旋流器溢流質量分數，即后續浮選作業的質量分數為 36.68%，該指標也十分適合后續相關浮選質量分數要求；

(5)FX840 水力旋流器與原 33 英寸旋流器相比，在入料細度略低 (-0.15 個百分點)的前提下，溢流細度 -200 目含量提高了 1.47 個百分點，沉砂夾細降低了 0.25 個百分點，溢流中 +80 目含量降低了 1.97 個百分點；旋流器 -200 目分級效率提高了 1.16 個百分點。

綜上所述，該結構參數的 FX840 水力旋流器在烏山銅鉬礦的工業應用效果良好，設備性能穩定，各項指標較現場原使用的國外 33 英寸旋流器均有所提升。

4 結語

(1)分級作業是選礦廠的關鍵工序，而水力旋流器是粗細顆粒分級的有效設備。烏山銅鉬礦使用國產大型高效 FX840 水力旋流器后，解決了原國外旋流器費用昂貴、技術服務和備件周期時效性較低等問題。

(2)工業應用表明，FX840 水力旋流器的設備性能穩定，分級效果良好。溢流細度 -200 目含量可達到 64.14%，沉砂夾細僅為 11.51%，分級質效率高達55.47%，對細粒級的回收效果明顯，36.68% 的入浮體積分數也適合該現場后續浮選作業要求。與原 33 英寸旋流器相比，各項指標均有所提升。

國產大型高效 FX840 水力旋流器在烏山銅鉬礦的成功應用，也是其在我國有色金屬礦山的首次并聯成功應用案例，為國內其他金屬礦山提供了的借鑒經驗，為 FX840 水力旋流器在國內其他現場的推廣應用起到了積極的示范作用。