大型高效旋流器在金礦高濃度分級工藝中的應用

王磊 張進賢 王建 劉海龍 林曉峰

摘要：某金礦一段磨礦分級使用FX660-GT旋流器，由于其結構老舊、分級濃度高等，造成旋流器溢流粒度組成不合理、分級效率低、循環負荷大等問題。針對這些問題，重新設計了大型高效旋流器FX840-GX，重點優化了旋流器尺寸、進料體結構、錐體結構、溢流管結構和旋流器內襯材質等。應用結果表明：FX840-GX旋流器能夠有效改善金礦一段磨礦分級旋流器的分級效果，其中溢流中+0.180 mm占比降低了1.38百分點，分級效率提高了6.70百分點，循環負荷降低了89.79百分點，應用效果較好。

關鍵詞：金礦;旋流器;結構優化;分級效率;粒度組成;循環負荷;遷移阻力

引 言

磨礦分級作業是整個選礦廠生產流程中最為關鍵的環節，起著承上啟下的作用[1]。磨礦作業成本在選礦廠的基建投資和生產費用（主要是電耗、鋼耗）中占比很大[2]。與此同時，分級作業作為磨礦分級系統中的“守門員”，對磨礦分級系統的運行起到重要作用[3]。

國內外礦山由于受“旋流器直徑越小，分級精度越高”的傳統分級理念影響，普遍使用350～660 mm旋流器進行金礦的一段分級作業，但很大一部分金礦石嵌布粒度較粗，磨礦細度只需要達到-0.074 mm占45 %～55 %就能夠滿足浮選要求。傳統旋流器在這種較粗粒度的分級過程中受制于其老舊的結構和保守的設計理念，分級效果往往不夠理想。特別是由于傳統旋流器內部分級黏度大，顆粒遷移阻力大，溢流中粗顆粒“跑粗”和底流中細顆粒“夾細”嚴重。基于此，本文更新了對一段磨礦分級旋流器的設計思路，進一步優化了旋流器結構，設計了新型高效旋流器FX840-GX（下稱“FX840”），并取得了良好的應用效果。

1 工程背景

1.1 現場工藝參數

某金礦選礦廠單系列處理量為4 200 t/d，采用MQY4561溢流型球磨機，配套旋流器分級細度要求達到-0.074 mm占50 %。現場使用的FX660-GT（下稱“FX660”）旋流器結構配置參數見表1。

1.2 旋流器運行指標考察

對選礦廠FX660旋流器采用多批次取樣取平均值的方法進行考察，結果見表2。

由表2可知：

1）旋流器的分級細度達到設計要求，但溢流中+0.180 mm占比偏高，不利于浮選[4]。

2）旋流器分級效率偏低，分級效率只有43.50 %。分級效率低會導致底流“夾細”多，容易造成過磨[5]。

3）旋流器循環負荷偏大，達到378.65 %。循環負荷大會導致給料濃度過高，增加分級能耗的同時還會反過來影響旋流器分級效率，形成惡性循環。

2022年第4期/第43卷? 選礦與冶煉選礦與冶煉? 黃 金

2 大型高效旋流器FX840設計

2.1 大直徑設計降低顆粒遷移阻力

根據龐學詩[6]提出的水力旋流器分級粒度計算公式（見式（1）），旋流器的分級粒度與旋流器直徑成反比，與旋流器的分級濃度成正比，即旋流器直徑越小、分級粒度越細，給料濃度越高、分級粒度越粗。金礦一段磨礦分級流程中要求分級粒度較粗（-0.074 mm占50 %左右），傳統的小直徑旋流器（350～660 mm）為了達到此粒度要求，會提高旋流器的給料濃度，本項目中傳統FX660旋流器給料濃度甚至達到70 %左右。但是，提高給料濃度的同時會大大提高旋流器內部流體的黏度，進而對旋流器的分級效率產生負面影響。因此，經過計算，本項目改造過程中將旋流器直徑由660 mm放大至840 mm。

dm=1 815D0.36d0.64odiρ0.5mμmtanθ2（δ-ρm）（3D-2do）Δp0.5m（1） 式中：dm為旋流器分級粒度（μm）;D為旋流器柱段直徑（cm）;do為旋流器溢流管內徑（cm）;di為旋流器進料口當量直徑（cm）;ρm為旋流器入料礦漿密度（t/m3）;μm為礦漿黏度（Pa·s）;θ為旋流器錐角角度，此處用弧度表示（rad）;δ為礦石密度（t/m3）; pm為旋流器入料壓力（MPa）。

根據式（1）推導，旋流器直徑放大后，相同的溢流分級粒度可以允許更低的入料黏度，即更低的入料濃度。而黏度的降低能夠減小旋流器內部顆粒徑向遷移阻力，從而提高旋流器分級效率。與此同時，旋流器直徑的放大也能夠提高旋流器單臺處理能力，減少旋流器開機臺數，方便設備管理。

2.2 第三代進料體穩定入料流場

與傳統的第二代進料體（見圖1）相比，第三代進料體（見圖2）結構能改變旋流器進料流型，并且因流型改變而產生的湍流強度（紊流強度）及其能量損失小，從而可以降低旋流器的給料壓力，降低旋流器能量消耗[7]。與此同時，第三代進料體結構旋流器因射流作用引起的蓋下流量（短路流量）小，從而可以提高旋流器的分級效率。

2.3 多錐角復合錐體結構強化離心分級作用

多錐角復合錐體結構區別于傳統的單一錐角（見圖3），多錐角復合錐體是采用2至3種錐角的錐體組合而成。第一段錐體角度較大，目的是迅速將流體的切向運動半徑縮小，增大離心強度;第二段錐體角度較小，錐段長度較大，被處理物料在此有足夠的時間和空間進行充分交換，確保分級粒度足夠細;第三段錐體帶有較大的錐體角度，有利于降低水力旋流器底流中細顆粒的夾帶量[8]。

3 現場應用及效果

2020年1月該金礦選礦廠應用FX840旋流器代替原有FX660旋流器機組，應用現場見圖4。FX840旋流器進料單獨設置一條管路，溢流和底流仍然分別匯集到原有FX660旋流器的溢流箱和底流箱中。FX840旋流器結構配置參數見表3。

3.1 不同底流口直徑考察結果

3.1.1 底流口直徑160 mm00C4BEB8-5886-4B55-B201-7A0A8ABFC3B1

考察了底流口直徑160 mm時FX840旋流器的運行效果，結果見表4。

3.1.2 底流口直徑170 mm

考察了底流口直徑170 mm時FX840旋流器的運行效果，結果見表5。

3.1.3 底流口直徑180 mm

考察了底流口直徑180 mm時FX840旋流器的運行效果，結果見表6。

3.1.4 底流口直徑180 mm（增加泵池補水）

在底流口直徑180 mm的基礎上增加泵池補水，降低溢流濃度。此時，對FX840旋流器的考察結果見表7。

3.2 效果對比

3.2.1 新舊旋流器分級效果

在原礦處理量和礦石性質相同的前提下，新型FX840旋流器與傳統FX660旋流器的運行指標對比見圖5，其中FX840指標為FX840旋流器在調試考察期間4組不同底流口直徑條件下運行的平均指標，底流細度為-0.074 mm數據。

由圖5可知：FX840旋流器的分級效率、循環負荷、溢流中+0.180 mm產率、底流細度4個指標均明顯優于FX660旋流器，分級效率提高6.70百分點，循環負荷、溢流中+0.180 mm產率、底流細度分別降低89.79百分點、1.38百分點、1.47百分點。

3.2.2 底流口直徑對分級效果的影響

在處理量相同時，FX840旋流器采用160 mm、170 mm、180 mm 3種底流口直徑情況下，旋流器的分級效率、循環負荷、溢流細度、底流細度對比結果見圖6，其中溢流細度和底流細度為-0.074 mm數據。

由圖6可知：隨著底流口直徑變大，分級效率逐漸降低，循環負荷逐漸增加，溢流細度逐漸變細，同時底流“夾細”也在不斷增多。本項目中FX840旋流器最合適的底流口直徑為170 mm。該配置下旋流器既有較好的溢流細度，又能有較高的分級效率，同時循環負荷和底流細度也較為理想。

由以上數據分析可得：旋流器底流口直徑的確定需要從多個維度進行系統性考量，不是某一兩個指標可以決定的，調試過程中要持續對多個指標進行系統性考察。

3.2.3 溢流濃度對分級效果的影響

在底流口直徑180 mm條件下，分別對FX840旋流器給料泵池補加不同水量，從而獲得2種溢流濃度（45.25 %和40.72 %）下的分級指標，對比結果見圖7，其中溢流細度和底流細度為-0.074 mm數據。

由圖7可知：旋流器溢流濃度的變化對溢流細度有明顯影響;隨著溢流濃度降低，旋流器溢流細度變細，溢流中+0.180 mm粗顆粒比例降低;旋流器溢流濃度的變化對分級效率的影響不大。雖然溢流濃度降低有利于溢流細度提升，但同時會導致底流夾細量增加，從而導致分級效率變化不明顯。

以上分析也表明：在選礦廠生產過程中，可以通過調整旋流器泵池補加水量來調節旋流器分級細度，這種方式大大提高了旋流器調節的靈活性，也有利于旋流器的自動化控制。

4 結 語

某金礦一段磨礦分級流程由于使用的傳統FX660旋流器結構老舊、分級遷移阻力大等，造成分級效果不理想。基于此，針對一段分級濃度高、分級粒度粗的特點，設計了新型FX840旋流器。工業應用表明，新型FX840旋流器在分級效率、溢流細度、循環負荷、底流細度等4個方面均明顯優于傳統的FX660旋流器，具有良好的應用前景。在大型高效旋流器現場應用調試過程中，適當縮小底流口直徑有利于提高分級效率，但同時還要兼顧溢流細度、循環負荷等多個指標;調節泵池補加水量能夠在分級效率變化不大的前提下有效調節溢流細度。

[參 考 文 獻]

[1] 何桂春，毛益平，倪文.基于多神經網絡的磨礦粒度軟測量模型[J].金屬礦山，2005（2）：47-49.

[2] 馬文君.我國選礦自動化的現狀及發展趨勢[J].商品與質量，2016（13）：50.

[3] 謝琦.磨礦分級過程控制系統的設計與應用[D].長沙：中南大學，2008.

[4] 彭會清，文勤，韓偉.銅山口銅礦技術改造的生產實踐[J].礦業快報，2007（1）：53-55.

[5] 衣德強，夏國忠，于留春.棒磨旋流分級工藝在梅山鐵礦的應用[J].礦業研究與開發，2004，24（2）：38-40.

[6] 龐學詩.水力旋流器技術與應用[M].北京：中國石化出版社，2011：129-135.

[7] 向輝，王磊，季安坤，等.螺旋線進料體旋流器在某選礦廠分級作業改造中的應用[J].現代礦業，2018，34（2）：151-152.

[8] 盧濤.礦物顆粒在旋流復合力場中運動行為的數值模擬[D].沈陽：東北大學，2011.

Application of large high-efficiency cyclone

in high concentration classification process of gold mine

Wang Lei1，Zhang Jinxian2，Wang Jian1，Liu Hailong2，Lin Xiaofeng1

（1.Weihai Haiwang Hydrocyclone Co.，Ltd.; 2.Jiaojia Gold Mine，Shandong Gold Mining Co.，Ltd.）

Abstract：FX660-GT hydrocyclone is used in the first stage grinding and classification of a gold mine.Due to the old structure and high classification concentration，the overflow particle size composition of the hydrocyclone is unreasonable，the classification efficiency is low，and the circulating load is great.In view of the above problems，FX840-GX large high-efficiency cyclone is redesigned.The new cyclone focuses on the optimization of cyclone size，feed body structure，cone structure，overflow pipe structure and cyclone lining material.The? results show that the FX840-GX cyclone can effectively improve the classification effect of the first stage grinding and classification cyclone in gold mine，for example，the content of +0.180 mm in overflow is reduced by 1.38 percentage points，the classification efficiency is increased by 6.70 percentage points，and the circulating load is reduced by 89.79 percentage points，showing good application results.

Keywords：gold mine;cyclone;structural optimization;classification efficiency;particle size composition;circulating load;migration resistance00C4BEB8-5886-4B55-B201-7A0A8ABFC3B1