大直徑旋流器在新疆紫金鋅業單段半自磨磨礦回路中的應用

沈衛衛 李建柏 鄭紀民 李永峰 馬鵬飛

（1.新疆紫金鋅業有限公司；2.威海市海王旋流器有限公司）

半自磨磨礦流程具有磨礦流程短、設備生產能力大、廠房占地面積小的優點，較典型的工藝流程有半自磨—球磨流程、自磨—球磨流程、單段半自磨流程，在國內外選礦廠有著廣泛的應用［1-6］。單段半自磨流程一般適合磨礦細度要求相對較粗，同時礦石硬度中等且可磨性好的礦石。目前，單段半自磨磨礦工藝在國內應用的報道較少［7-8］。

旋流器是目前選礦廠磨礦系統中應用最廣泛的分級設備。旋流器具有占地面積小，生產能力大，生產運轉率高的優點，其缺點是設備安裝位置一般高于磨機，增加了廠房高度。近年，隨著（半）自磨工藝的推廣，單系列磨礦系統的處理能力越來越大，客觀要求配套旋流器的生產能力也越來越大，開發大直徑旋流器有利于減少設備臺數，減少人員工作量。

磨礦分級工藝旋流器適合的分級粒度范圍一般P80為0.038～0.3 mm，當分級粒度P80達到0.25～0.3 mm宜采用大直徑或特大直徑的旋流器，當分級粒度達到P80≥0.3 mm宜采用篩分設備［9］。目前在有色礦山磨礦分級方面，旋流器應用于分級粒度P80≥0.2 mm的工況非常少見。

新疆紫金鋅業三期選礦廠磨礦分級工藝屬于粗磨高濃度分級工況，設計磨礦細度-0.074 mm40%、旋流器溢流濃度大于40%。由于磨礦細度粗，采用了單段半自磨磨礦工藝，經過論證選擇了FX840型分級旋流器，三期項目建成投產后磨礦分級系統達產達標。

1 磨礦流程概況

新疆紫金鋅業選廠處理露采低品位混合礦，礦石主要目的礦物為閃鋅礦、菱鋅礦，主要脈石礦物為石英、長石，礦物結晶粒度粗，礦石易磨，磨礦細度達到-0.074 mm35%，能獲得較好的選別指標。

選廠一期、二期項目分別于2012年和2015年建成投產，采用單段球磨磨礦工藝。在三期項目建設中經充分論證，參考了國內部分有色礦山磨礦工藝及旋流器規格（表1），采用了單段半自磨磨礦工藝，簡化碎磨流程。三期工程設計處理能力1.5萬t/d，于2020年7月建成投產，目前產能已達3萬t/d。三期流程為原礦經粗碎至-200 mm后，經皮帶運輸至中間礦堆，再經給礦皮帶給入半自磨機；半自磨排料給入直線篩篩分，篩上頑石經膠帶輸送機返回半自磨機，篩下礦漿由渣漿泵揚送至旋流器組分級；旋流器沉砂返回半自磨機，形成閉路磨礦工藝，旋流器溢流輸送至浮選系統，最終磨礦細度為-0.074 mm40%。浮選采用鉛、鋅依次優先浮選流程。

2 半自磨機工況

三期半自磨機采用美卓公司的φ8.5 m×7.0 m長筒型半自磨機，有效容積348 m3，裝機功率8 200 kW。半自磨機排礦給入直線振動篩（篩孔5 mm），由于頑石產率較低，未配置頑石破碎機。半自磨機給礦粒度設計0～200 mm，由于礦石易碎，實際給礦粒度F80只有約20 mm，-1 mm占比達50%以上，半自磨機排礦細度約-0.074 mm20%，-0.038mm占13%左右，由于給礦粒級級配整體偏細，導致半自磨機排礦粒級含量呈現兩頭多中間少的狀態。半自磨機給礦、排礦粒度考察結果見表2、表3。

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3 半自磨回路旋流器

3.1 旋流器的結構選擇

半自磨分級旋流器采用海王公司的1組FX840×10旋流器，旋流器直徑為840 mm，錐角角度為15°，10臺旋流器組成1組。為了便于向原一期和二期、新建三期浮選系統分配成品原礦漿，在旋流器組上設置了（3臺+3臺+4臺）3個溢流礦漿出料管，分別運行2臺+2臺+3臺旋流器，保證了一期、二期、三期浮選系統的穩定分配給礦。

單段半自磨與旋流器閉路磨礦工藝在國內應用很少，尚無經驗可借鑒。為此，該項目在旋流器的規格選型上充分考慮半自磨具有排礦粒度粗且排礦粒度受給礦粒度變化波動大的特點，設計旋流器溢流細度-0.074 mm含量≥40%、溢流濃度≥40%、給礦濃度≥62%，屬于高濃度、粗粒度分級工況。

由于旋流器細度要求-0.074 mm含量≥40%，換算成分級粒度要求dm≤380μm，通過對比FX660、FX710、FX840 3種直徑旋流器的理論分級粒度可知，FX840旋流器的理論分級粒度最接近380 um（表4）。因此FX840旋流器的理論分級效率最高，旋流器的沉砂夾細和溢流中細粒級的含量相比要少，磨礦過程中的顆粒過磨最輕。結合生產經驗，直徑越大的旋流器在高濃度、粗粒級的分級工況方面的生產穩定性要優于直徑較小的旋流器。綜上所述，三期項目選擇FX840旋流器。

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3.2 旋流器的結構特點

FX840型旋流器采用螺旋線式進料方式和多錐體結構，螺旋線式進料方式更加科學（圖1），螺旋線式進料管順應礦漿運動規律，相比切線式和漸開線式，螺旋線進料體的進料阻力更小，對沿程的器壁磨損更輕，有利于提高旋流器的處理能力，在相同的處理能力條件下運行壓力更低，使用壽命更長。

多錐體由3種不同錐角復合而成，第一段錐角角度較大，錐體較短，可為第二級錐體提供較強的離心強度和切向速度，同時可減少細粒級顆粒進入二級錐；二級錐體長度較長，錐角較小，可提高分級細度；三級錐體錐角角度較大，可再次提高底流濃度，減少底流夾細量。流場研究表明，多錐體旋流器在變錐處存在循環渦流（圖2），循環渦流可將細顆粒送至內旋流器，粗顆粒返回外旋流，從而提高旋流器的分級精度和分級效率。

3.3 旋流器考察指標

經過多次考察取平均值分析，半自磨回路旋流器的返砂比在200.81%，以-0.074 mm計分級質效率為45.33%，溢流細度為-0.074 mm40.45%，溢流濃度為45.82%。單段半自磨回路返砂比低于300%，同時由于分級濃度較高，影響了旋流器的分級效率，但FX840型旋流器的分級效率仍較一期和二期一段球磨磨礦系統效率高3～4個百分點。旋流器返砂比及效率考察指標見表5，旋流器溢流粒級組成見表6。

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4 結語

（1）新疆紫金鋅業三期是國內首個應用大型單段半自磨磨礦工藝的選廠，磨礦回路應用了目前礦山行業直徑最大的FX840型旋流器，歷經20 d調試，生產順利，實現了達產達標。

（2）單段半自磨磨礦工藝因鋼球充填率較低，為保證磨礦效果，對礦石入磨粒度級配要求相對較高，否則一旦缺少磨礦介質磨機排礦細度變粗，磨機返砂量將激增，將對分級系統造成較大的沖擊，造成磨礦細度變粗。半自磨磨礦回路適合選擇大直徑的旋流器，大直徑旋流器單機生產能力大，生產穩定，即使給礦出現較大波動，沉砂嘴不易過載堵塞。