張莊礦提高水力旋流器分級效率應用研究

潘 猛 吳 紅 王 琦 張曉偉 楊梁宇

（安徽馬鋼張莊礦業有限責任公司）

水力旋流器是利用離心力來加速礦粒沉降的分級設備，工作時礦漿在壓力作用下通過礦管沿柱體切線方向進入殼內，在殼內做回轉運動。礦漿中密度較大的顆粒因受到較大的離心力進入回轉流的外圍，同時隨著礦漿流向下流動，最終通過旋流器底部的沉砂嘴排出，形成沉砂［1］。細小顆粒由于受到的離心力比較小，會隨液體流向上運動，最終通過溢流管流出形成溢流。由于水力旋流器需要壓力給礦，故消耗動力大，但占地面積小、價格低，處理量大，分級效率高，可獲得很細的溢流產品［2］，被廣泛應用于選礦的分級、分選、濃縮和脫泥等作業。

1 張莊礦選礦廠概況

張莊選礦廠采用三段一閉路破碎干磁拋尾—高壓輥磨—預選—階段磨選工藝。其中，磨選一段由2臺MQS4060格子型球磨機與水力旋流器形成閉路；二段由2臺MQY4060溢流型球磨機與水力旋流器組成2次閉路，工藝流程見圖1。張莊原礦硬度在14左右，原設計在一段溢流細度-0.074 mm50%、二段溢流細度-0.074 mm85%的情況下，可年產品位65%以上的鐵精粉174萬t。由于張莊精粉品牌定位和市場需求，近幾年鐵精粉品位由原設計的65%提高到66%以上，為保證品位，球磨一段溢流細度-0.074 mm含量由原設計50%提高到58%，二段-0.074 mm含量由85%提高到91%，溢流細度地提高導致旋流器分級效率不高，始終未達到設計值，產能受到限制。

2 水力旋流器主要結構

張莊礦選礦廠所用的一段水力旋流器是威海市海王旋流器有限公司生產的FX660-GT-P型旋流器。該旋流器由筒體、錐體、入料管、溢流箱、底流箱組成，共4個構成旋流器組，正常生產時2開2備，入料沿切線給入，成砂嘴根據磨損情況適時更換，襯里采用耐磨陶瓷材料，主要技術參數見表1。

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3 當前存在問題分析

日常運行過程中，水力旋流器會出現溢流“跑粗”、旋流器底流口及錐體底流段內襯磨損嚴重的現象。當溢流“跑粗”，即有大于分離粒度的物料進入旋流器溢流時，因部分脈石連生體未單體解離，不僅導致后續一段弱磁選別效果降低，影響精礦品位，還降低了沉砂量，使一段閉路磨礦分級作業中的返砂比下降，一段球磨機處理量下降，進而影響精礦產能。錐體底流段內襯磨損嚴重造成備件更換周期短，影響現場生產連續，成本增加，造成溢流跑粗和錐體底流段內襯磨損嚴重的主要原因如下。

3.1 水力旋流器自身結構參數

3.1.1 入料管及溢流管直徑

入料管及溢流管對分級粒度有一定影響，增大入料及溢流管直徑，溢流量變大且粒度變粗，底流中細粒級含量減少，底流濃度增加，但這2個參數日常生產過程中基本不做調整，隨設備出廠時數據為定［3］。

3.1.2 底流口直徑

理論上，底流口直徑變大，分級的粒度變細，因底流粒度粗，濃度高，故底流口是旋流器中磨損最為嚴重的部位，更換也較為頻繁。日常生產過程中，主要通過觀察底流形態來判斷分級情況，當底流形態為輻射狀時即為分級正常［3］，現場也會根據分級情況對底流口直徑做細微調整，以達到最佳分級效果。FX660-GT-P型水力旋流器主要結構參數見表2。

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3.2 操作參數和物料性質

3.2.1 給料壓力

給料壓力是水力旋流器的重要操作參數，在其他參數一定的情況下，給料壓力越高，礦漿的切向流速越高，物料所受的離心力就越大，可以提高分級效率和底流濃度，但該方法效果不大；相反，所需的動能將大幅增加，底流濃度驟增時也會導致底流口的磨損速度顯著增加［4］。因此，在最低給料壓力下，水力旋流器內部還能正常產生渦流，這才是旋流器的最佳工作狀態。

3.2.2 物料性質

當其他操作參數不變時，礦漿的粒度及濃度對水力旋流器的分級效果也有一定的影響。當礦漿中小于分級粒度的物料含量降低時，那么底流中細粒級含量會降低，濃度升高；相反，溢流中粗顆粒含量增加，旋流器分級效率降低；對于礦漿濃度，在給料粒度、壓力一定的條件下，一般水力旋流器的分級效率隨給料濃度的增加而降低［5］。

4 最佳給料壓力及底流口直徑條件試驗

實際生產過程中，水力旋流器自身結構參數除底流口直徑外基本不做調整，物料的性質也基本趨于穩定，故影響水力旋流器分級效率的因素主要有給料壓力和底流口直徑這2個參數。張莊礦選礦廠一段FX660型旋流器組2個系列共8臺，為增加給料壓力控制范圍，后增設4臺，共12臺。為探索該旋流器組工作的最佳壓力范圍及底流口直徑，進行了以給料壓力和底流口直徑為變量的條件試驗。

試驗方案為在保證給料性質相對穩定，旋流器自身結構參數除底流口直徑外均不變，通過控制水力旋流器開啟的臺數，從而改變旋流器組的給料壓力，通過更換底流口改變底流口直徑，試驗結果見表3～表5。

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由表3～表5可知，在給料性質相對穩定，給料壓力相同的情況下，底流口直徑越小，旋流器底流濃度越大，分級效率越好，因此現場選用底流口直徑為110 mm；當底流口直徑為110 mm時，給料壓力設置為0.11，0.12，0.13 MPa時，對應的分級效率分別為44.33%，48.18%，45.48%，對比發現，給料壓力為0.12 MPa時，分級效率最高，達48.18%，故最佳給料壓力為0.12 MPa左右。

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5 結 語

張莊礦選礦廠在給礦物料性質相對穩定，水力旋流器自身結構參數確定后，通過增加水力旋流器臺數，擴大了給料壓力控制范圍。通過試驗探索得出，當給料壓力設置約0.12 MPa、底流口直徑為110 mm時，水力旋流器工況處于最佳狀態，分級效率最高，對于提高及穩定精礦品位，提高磨選產能具有重要的指導意義。