新型旋流器在某釩鈦磁鐵礦提質增效改造中的應用

王書禮 馬鵬飛 王 磊 鄭紀民

（1.中南大學資源加工與生物工程學院；2.威海市海王旋流器有限公司）

釩鈦磁鐵礦是一種由鐵、釩、鈦等多種有價元素共生的復合礦，常伴生有鈷、鉻、鎳、鎵、鈧等多種有價元素，具有極高的綜合利用價值［1］。我國已探明的釩鈦磁鐵礦儲量達180億t，居我國鐵礦資源儲量的第3位，主要分布于四川攀枝花、西昌、河北、新疆、陜西等地區，其中攀西地區的釩鈦資源儲量最大，達100億t，且分布較為集中，是我國最大的釩鈦磁鐵礦產地［2-5］。攀西釩鈦磁鐵礦普遍采用先選鐵后選鈦的原則流程，并已逐步形成兩段階磨階選選鐵和強磁—強磁—浮選選鈦工藝流程［6］。但隨著礦石資源的不斷深入開采，礦石類型發生了一定程度的改變，在仍采用原有工藝的情況下，選廠難以獲得合格品位的精礦［7］。

攀西某釩鈦磁鐵礦選廠由于開采時間較長，礦石性質與早期設計相比已有一定程度的改變，導致近年來的鐵精礦品位逐漸降低，現階段勉強達到53.5%左右。現場通過試驗發現，適當提高精選磁選機的給礦細度可提高最終精礦品位；但在實際生產中發現，在現有磨選工藝下磨機的處理能力有限，溢流細度很難大幅提高。為提高鐵精礦品位、增加選廠產品效益，對現有磨選工藝系統進行了優化改造，以達到提質增效的目的。

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1 生產工藝流程簡介

攀西地區的鈦磁鐵礦具有強磁性，其主要含有磁鐵礦、鈦鐵晶石、鎂鋁尖晶石等硫化礦及類質同象的釩、鉻、鎵等礦物，是一種典型的固溶體分離礦物。根據鈦磁鐵礦和鈦鐵礦的磁性不同，目前在選鐵作業中基本形成了階段磨礦、階段選別工藝［8-9］。與其他黑色金屬礦磨選工藝不同的是，釩鈦磁鐵礦采用階磨階選工藝不僅是為了節約能耗、提高選別效率，同時還可避免鈦鐵礦過磨。攀西某選廠選鐵系統由多個系統的磨選系列組成，單個系列原礦處理量210～230 t/h，采用兩段磨礦三段磁選工藝進行分選，現場工藝流程見圖1。根據相關流程考察，經過一段磁選后給入二段磨礦分級系統的新給礦量為100～120 t/h，最終精礦量為70～75 t/h，選礦比為2.93～3.14。現場兩段磨選系統工藝指標見表1。

2 現場工藝流程優化試驗研究

2.1 入選粒度研究

原工藝中高頻篩的篩下細度-0.074 mm55%～60%，精礦鐵品位只有約53.5%。根據品位和精礦產率核算后，最終精礦品位需提高至55%左右。為確定最終的粗精礦入選粒度，在相同磁場強度下進行了不同粒度下的精選磁選試驗，試驗結果見表2。

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由表2可知，隨著磁選給礦中-0.074 mm粒級含量的增加，精礦品位也隨之升高；當入選粗精礦粒度為-0.074 mm75%時，最終精礦品位可達到55.31%；因此確定后續流程入選粒度需達到約-0.074 mm75%。

2.2 工藝流程優化研究

根據最終入選粒度要求，結合現場現有工藝設備進行計算得出，為控制入選粒度滿足要求，現有高頻篩篩網篩孔尺寸需從0.18 mm縮小至0.1 mm，同時高頻篩的運行臺數需從現有的2臺增加至8臺。經研究，該方案的設備投資過高，同時現場場地空間有限，無法滿足高頻篩的布置要求。針對以上問題，為了提高磨礦細度，計劃在現有二段磁選前增加旋流器進行預先分級，同時將高頻篩的運行臺數增加至4臺，優化后二段磨選工藝流程見圖2。為確定預先分級旋流器的最佳分級效果，進行了預先分級旋流器分級粒度試驗，結果見表3。

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由表3可知，當旋流器溢流細度控制在-0.074 mm含量45%～50%時，高頻篩篩下產物粒度可控制在74.38%～77.29%，精礦品位可達到54.96%～55.63%，旋流器的溢流細度過細或過粗都會影響最終的精礦品位。當溢流細度比-0.074 mm45%粗時，部分-0.1 mm連生體顆粒仍會透過高頻篩篩孔進入精選作業，影響最終鐵精礦品位；當旋流器溢流細度過細時，旋流器的沉砂產率會升高，出現“反富集”的現象，導致溢流品位較沉砂品位更低，影響精選入選品位，最終導致精礦品位降低；同時沉砂產率過高也會導致旋流器的沉砂拉桿，影響旋流器的運行穩定性。

3 旋流器結構選擇

為達到最佳的分級指標和精礦品位，工藝優化改造中旋流器的溢流細度需嚴格控制在-0.074 mm含量45%～50%，同時旋流器的運行狀態還需保持穩定，減少因上游礦量波動導致的沉砂產率升高及沉砂嘴容易拉桿等情況。傳統的分級旋流器結構通常采用漸開線進料體結構，同時旋流器的錐體角度相對較小，多在10°～20°，在常規的鐵礦二段磨礦作業中運行效果較好，但針對該給礦粒度分布窄、溢流細度較粗的分級要求，會出現溢流過細、磨機負荷過大的問題。為解決傳統分級旋流器的弊端，海王旋流器有限公司研發了一款適用于釩鈦磁鐵礦二段分級的高效旋流器。該旋流器采用了螺旋線型的進料體結構與大錐角錐體結構，其技術特點如下。

（1）優化了旋流器的進料方式。旋流器的進料方式對料漿的分級效果有顯著影響，傳統旋流器一般采用漸開線型進料結構，該結構的進料管與旋流器筒體部分采用漸開線方式銜接，與原有切線進料方式相比，在一定程度上減少了紊流的產生，提升了旋流器的分級效果，但在實際使用中仍存在管柱銜接段磨損過快、溢流產物粗顆粒含量偏高等問題。

螺旋線入料管沿螺旋下旋線方式包圍旋流器的圓柱體筒體，最終切向進入旋流器的圓柱體筒體，螺旋旋向與進料方向相同，在入料導流、降低能量及速度損失、減少流場擾動等方面效果較好。旋流器工作時，物料在螺旋下旋結構的引導下進入旋流器，導流行程更長，受螺旋下旋結構的影響，流體湍流強度降低，從而處理相同物料所需的壓力降低，使旋流器能量損失減少，同時對旋流器內壁的沖擊減小，旋流器的壽命更長［10］。

（2）優化了旋流器的錐體角度。旋流器的錐體結構對旋流器的溢流細度和底流細度有顯著的影響，主要是因為旋流器的錐體角度影響旋流器的分級粒度。根據旋流器分級粒度經驗公式可知，旋流器分級粒度與錐體夾角一半的正切值呈正比例，在其他結構參數一致的情況下，隨旋流器錐體角度增加，錐段的長度隨之減小，分級粒度隨之變粗。而分級粒度越粗，旋流器沉砂中的細顆粒含量越少，沉砂產率也降低。因此，旋流器適合的錐體角度可在保證溢流細度滿足生產要求的同時，最大程度地降低沉砂中合格粒級的含量，降低磨機的循環負荷。不同錐體角度的旋流器見圖3。

4 優化后的工藝流程生產指標

4.1 排口比試驗

旋流器的排口比是指旋流器的沉砂嘴直徑與溢流管直徑的比值，排口比的大小直接影響旋流器的溢流細度和分級效率。旋流器排口比結果見表4。

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由表4可知，隨著排口比的縮小，旋流器溢流細度由-0.074 mm含量58.65%降至45.26%，分級效率呈先升高后降低的趨勢；根據旋流器溢流細度需控制在45%～50%的要求，結合最佳分級效率，旋流器排口比為0.46時分級效果最佳。

4.2 給礦壓力試驗

在確定排口比后，通過調整旋流器的運行臺數，進行了旋流器給礦壓力試驗，試驗結果見表5。

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由表5可知，隨著給礦壓力的增加，旋流器溢流細度由-0.074 mm含量由46.58%升高至48.56%，然后又降低至39.43%；分析旋流器溢流細度變化的原因是由于給礦壓力提高至0.07 MPa后，旋流器沉砂出現堵塞現象，導致溢流跑粗，影響了旋流器的分級效率；為保證后續生產穩定，后續生產中旋流器運行壓力控制在0.06 MPa左右。

4.3 對比試驗

在確定了旋流器最佳運行條件后，進行連續生產考察，并與其他采用原磨選工藝和設備的系列在處理量相近的情況下進行對比，2個系列的考察平均指標見表6。

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由表6可知，采用新磨選工藝增加旋流器后，磨礦細度-0.074 mm含量從56.42%提高到75.87%，最終鐵精礦品位由53.87%提高至55.62%，說明采用旋流器進行預先分級后，優化了二段磨分系統的磨礦效率，提升了磨礦細度，實現了精礦品位的提升。

5 結論

（1）某釩鈦磁鐵礦由于開采時間較長，礦石性質變化較大，導致近年來的鐵精礦品位只有約53.5%，為提高精礦鐵品位，對二段磨選工藝進行了優化改造。改造增加二段預分級旋流器后，控制旋流器溢流細度-0.074 mm含量在45%～50%，精選入選粒度達到-0.074 mm75%才能達到最佳的分選指標。

（2）現場工業試驗結果表明，增加旋流器進行預分級作業后，有效提高了二段磨礦細度，二段磨礦細度-0.074 mm含量從56.42%提高到75.87%，精礦品位由改造前的53.87%提高至55.62%。