水力旋流器在銅爐渣磨礦分級工藝中的應(yīng)用

鎖軍,鞠磊

（威海市海王旋流器有限公司,山東威海 264200）

水力旋流器在銅爐渣磨礦分級工藝中的應(yīng)用

鎖軍,鞠磊

（威海市海王旋流器有限公司,山東威海 264200）

銅爐渣的磨礦分級作業(yè)存在分級濃度高、要求分級粒度細(xì)、磨礦負(fù)荷高的特點(diǎn),新型旋流器通過控制旋流器進(jìn)料紊流和阻力、減少溢流管處短路和控制分級空間等方面的優(yōu)化,改善了旋流器的分級流場,提高了旋流器的分級效率,并在一定程度上可以提高磨機(jī)的磨礦效率和降低能耗。在銅爐渣磨礦分級中的應(yīng)用實(shí)例表明,結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的水力旋流器對銅爐渣磨礦分級工藝的發(fā)展有著積極的促進(jìn)作用。

水力旋流器；磨礦分級；銅爐渣；結(jié)構(gòu)優(yōu)化

銅爐渣是火法煉銅時(shí)產(chǎn)生的廢渣,外觀呈黑色或黑綠色,致密堅(jiān)硬,主要成分為鐵橄欖石和磁鐵礦,少量的銅化合物主要以硫化銅形式存在,比重約為4[1－2]。銅爐渣中目的礦物嵌布粒度很細(xì),例如大冶有色爐渣選廠處理的銅爐渣中黃銅礦的主要嵌布粒度為5～30 μm[3]；根據(jù)國內(nèi)外的選礦生產(chǎn)實(shí)踐,銅爐渣的浮選選別磨礦細(xì)度可達(dá)到－325目70%～95%[4]。

水力旋流器是利用離心場加速顆粒沉降的原理和粗細(xì)顆粒在旋流器內(nèi)部空間上分布的差異進(jìn)行分級的設(shè)備。與傳統(tǒng)的篩分分級和機(jī)械分級設(shè)備相比,水力旋流器具有處理量大、占地面積小、分級效率高、適合細(xì)粒級分級的特點(diǎn),現(xiàn)已成為選礦廠磨礦分級作業(yè)中的主要分級設(shè)備。一般選礦廠磨礦作業(yè)的能耗要占掉整個(gè)選礦的60%～80%,旋流器作為主要的分級設(shè)備,其分級效率的高低直接影響著磨機(jī)的磨礦效率和能耗。由于銅爐渣自身性質(zhì),銅爐渣的磨礦分級作業(yè)較其他礦物的分級作業(yè)更為苛刻。一方面要求磨礦和旋流器作業(yè)達(dá)到－325目70%以上的細(xì)度,另一方面為了降低物料在浮選機(jī)內(nèi)的沉降速度,要求分級溢流濃度盡量高。但較高的磨礦細(xì)度和溢流濃度增加了分級作業(yè)的難度,加上銅爐渣自身比重的影響,往往導(dǎo)致分級作業(yè)效率低、磨礦循環(huán)負(fù)荷高。針對上述狀況,有必要對提高傳統(tǒng)旋流器的分級效率展開深入的研究。

1 旋流器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化

學(xué)術(shù)界對如何提高旋流器效率的研究成果很豐富,主要包括控制旋流器進(jìn)料紊流和阻力、減少溢流管處短路和控制分級空間等方面的研究,但真正用于工業(yè)化生產(chǎn)的技術(shù)屈指可數(shù)。

1)在控制旋流器進(jìn)料紊流和阻力方面,研究關(guān)注的焦點(diǎn)主要是改變旋流器的進(jìn)料體結(jié)構(gòu),從最早切線式給料、漸開線式給料發(fā)展到目前的螺旋線式給料,如圖1所示。螺旋線式給料體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是給料礦漿在進(jìn)入旋流器柱體之前有一個(gè)大包角的弧型流道,同時(shí)進(jìn)料流道采用矩形下沉式設(shè)計(jì)。這樣做的好處是可以減輕給礦口的紊流和能耗,減輕對旋流器進(jìn)料體的磨損,同時(shí)還具有一定程度的提前分級作用。目前,國內(nèi)的海王旋流器的主流規(guī)格旋流器已基本采用螺旋線式給料體。

圖1 旋流器進(jìn)料方式變化

2)在減少旋流器短路流方面。旋流器的短路流是指物料進(jìn)入旋流器內(nèi)部后未經(jīng)離心分級而直接從溢流管短路的少量礦漿,通常約占全部礦漿的10%～20%[5]。作為影響旋流器溢流細(xì)度和分級效率的重要因素,短路流無法避免,且難以測定,但可以通過溢流管結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)其流量的大小。為此,學(xué)術(shù)界曾提出過多種結(jié)構(gòu)的溢流管,如齒形溢流管、漸闊形溢流管以及雙溢流管(將短路流導(dǎo)出返回給料泵池)。目前國內(nèi)的海王牌旋流器采用的是專利型厚壁溢流管技術(shù)優(yōu)化短路流量。除了與溢流管的結(jié)構(gòu)有關(guān),短路流流量還與溢流管的插入深度有關(guān),可調(diào)節(jié)溢流管插入深度的旋流器在煤炭的煤泥分級中應(yīng)用較早,但在金屬礦山選廠尚未見工業(yè)應(yīng)用的報(bào)道。

3)在控制分級空間方面。旋流器的分級空間主要指旋流器的柱錐體結(jié)構(gòu),其影響著物料在旋流器內(nèi)部的停留時(shí)間。旋流器的柱段是個(gè)相對穩(wěn)定的離心沉降區(qū),而錐體的作用是提供較大的切向速度,強(qiáng)化離心分離效果。柱體和錐體比例結(jié)構(gòu)是各個(gè)旋流器廠家最容易出現(xiàn)產(chǎn)品差異化的地方,例如國外的Krebs GMAX系列旋流器和國內(nèi)的海王牌多錐體結(jié)構(gòu)旋流器就是在錐體結(jié)構(gòu)上做了改進(jìn),由單一錐體改為兩到三段不同錐角的組合錐體,強(qiáng)化了旋流器內(nèi)部細(xì)粒級分級空間,使同等直徑旋流器達(dá)到更細(xì)的分級粒度和更高的分級效率。

2 旋流器在銅爐渣磨礦分級中的應(yīng)用

各渣廠碎礦工藝有所不同,有的采用兩到三段磨礦流程,有的采用半自磨—一段球磨工藝。下面以兩段磨礦和半自磨+球磨工藝為例,簡要介紹旋流器的應(yīng)用特點(diǎn)。

2.1 兩段磨礦旋流器的配置

以大冶有色銅綠山爐渣冶煉廠為例[3],該廠處理爐渣真比重4．22 t/m3,原礦處理量550 t/d,采取的是兩段一閉路破碎,兩段階磨階選,浮選精尾返回二段旋流器再分級的磨礦分級工藝。兩段磨機(jī)規(guī)格分別為2．7 m×3．6 m、2．4 m×4．2 m。一段采用螺旋分級機(jī)作為設(shè)備,溢流細(xì)度約－200目60%,二段采用Φ350旋流器,溢流細(xì)度約－325目70%,粗選濃度為35%。

旋流器是否適合作為該現(xiàn)場的一段分級設(shè)備,需要考慮一段磨機(jī)的生產(chǎn)能力和磨礦負(fù)荷。通過計(jì)算,當(dāng)磨礦負(fù)荷超過450%時(shí),旋流器的給礦濃度將達(dá)到65%以上,過高的給礦濃度會影響旋流器的分級效率和溢流細(xì)度,同時(shí)也會加劇給料泵和管路的磨損；當(dāng)設(shè)計(jì)磨礦負(fù)荷在250%～350%范圍內(nèi)時(shí),旋流器的給料濃度為55%～60%,屬于正常的入料濃度。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)?zāi)C(jī)排料細(xì)度達(dá)到－200目25%以上時(shí)即能滿足旋流器的生產(chǎn)要求。一段磨礦物料粒度較粗、分級濃度高,礦漿對旋流器的磨蝕較重,橡膠內(nèi)襯容易被外表鋒利的顆粒劃裂,故一般采用高鋁陶瓷等耐磨材料作為旋流器的耐磨內(nèi)襯。

二級分級設(shè)備為Φ350水力旋流器,生產(chǎn)上需達(dá)到－325目70%的溢流細(xì)度,約合分級粒度dm102 μm,據(jù)此工況條件計(jì)算,Φ350旋流器的理論分級粒度為96 μm,理論上可以滿足生產(chǎn)要求。但當(dāng)磨機(jī)處理能力不足時(shí),生產(chǎn)上表現(xiàn)為高磨礦負(fù)荷、高給礦濃度,此時(shí)Φ350旋流器就無法滿足生產(chǎn)上的細(xì)度要求。二段球排物料粒度相對較細(xì),對旋流器的磨損也相對較輕,旋流器的耐磨內(nèi)襯可以考慮橡膠、KM復(fù)合材料等材質(zhì)。

2.2 半自磨+球磨旋流器配置

白銀有色銅爐渣選廠采用半自磨+球磨碎磨工藝,設(shè)計(jì)處理量4 500 t/d,半自磨與6 mm直線篩構(gòu)成閉路,篩下物料給入兩級串聯(lián)分級旋流器,球磨機(jī)與兩級預(yù)先檢查分級旋流器構(gòu)成磨礦閉路,設(shè)計(jì)入浮選細(xì)度－325目80%,粗選濃度38%,同時(shí)部分浮選中礦返回兩級旋流器再分級。設(shè)計(jì)兩級旋流器循環(huán)負(fù)荷分配如表1所示。

表1 旋流器分級系統(tǒng)負(fù)荷分配%

生產(chǎn)要求旋流器的分級溢流細(xì)度要達(dá)到－325目80%,理論上可以采用一級分級和兩級(多級)分級2種方案?，F(xiàn)生產(chǎn)采用的是兩級分級方案,兩級方案和一級方案優(yōu)缺點(diǎn)對比如表2所示。

表2 兩種分級方案對比

一級旋流器分級方案：根據(jù)設(shè)計(jì)要求一級旋流器的入料濃度約61%,考慮直線篩篩孔尺寸為6 mm,高濃度、粗顆粒礦漿給入Φ250旋流器后,旋流器的分級效率較低,且壓力或濃度略有波動就容易堵塞沉砂嘴(這也是Φ150旋流器無法選用的原因),造成生產(chǎn)跑粗,同時(shí)旋流器的磨損也較嚴(yán)重。

兩級旋流器分級方案：目前現(xiàn)場采用的即為兩級分級方案,一級旋流器為螺旋線進(jìn)料體Φ660陶瓷內(nèi)襯旋流器,二級為Φ150多錐體KM內(nèi)襯旋流器。大直徑旋流器對惡劣的工況適應(yīng)性強(qiáng),高濃度、粗顆粒礦漿給入第一級Φ660旋流器后,旋流器的入料壓力可控制在0．06 MPa左右,從而減輕旋流器的磨損。在兩級串聯(lián)分級工藝中第一級Φ660旋流器起到隔粗和提供較細(xì)的料漿的作用,從而保證第二級Φ150旋流器入料濃度和粒度在小旋流器能正常工作的范圍內(nèi)。第二級Φ150旋流器結(jié)構(gòu)參數(shù)較小,不能承受高濃度的給礦礦漿,因此生產(chǎn)中應(yīng)盡量將磨礦負(fù)荷向第一級較大規(guī)格的旋流器轉(zhuǎn)移。

一般認(rèn)為,在達(dá)到相同的指標(biāo)條件下單級分級旋流器的分級效率高于兩級串聯(lián)分級旋流器的分級效率,但也有文獻(xiàn)給出了采用兩級旋流器替代一級后能夠提升磨機(jī)6%的處理量[6]的案例,因此不能主觀臆斷單級和多級旋流器分級效率的優(yōu)劣。

3 國內(nèi)部分銅爐渣選廠旋流器的選型

近些年為了響應(yīng)國家工業(yè)生產(chǎn)的“節(jié)能減排”政策,選礦廠都向著精細(xì)化方向發(fā)展。以前多數(shù)選廠只關(guān)心旋流器的溢流細(xì)度指標(biāo),而現(xiàn)在越來越多的選礦廠開始重視提高旋流器的分級效率,除了在已有的旋流器基礎(chǔ)上繼續(xù)深挖潛能,有的則直接采用新結(jié)構(gòu)技術(shù)的旋流器,這對我國選礦磨礦分級工藝和設(shè)備的發(fā)展起到了積極的促進(jìn)作用。表3列舉了國內(nèi)部分銅爐渣選廠磨礦分級作業(yè)旋流器的型號配置。

表3 國內(nèi)部分銅爐渣選廠旋流器選型[7]

4 結(jié)論

銅爐渣的磨礦分級作業(yè)存在分級濃度高、要求分級粒度細(xì)、磨礦負(fù)荷高的特點(diǎn),因此傳統(tǒng)上旋流器在分級作業(yè)中分級效率常常較低。而新型旋流器如螺旋線進(jìn)料體旋流器和多錐體旋流器在結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化,改善了旋流器的分級流場,提高了旋流器的分級效率,并在一定程度上可以提高磨機(jī)的磨礦效率和降低能耗,對銅爐渣磨礦分級工藝的發(fā)展有著積極的促進(jìn)作用。

[1]錢森．銅的選礦[M]．北京:冶金工業(yè)出版社,1982:414－416．

[2]張錦林．銅爐渣的可磨性及綜合回收性能的影響因素分析研究[J]．甘肅冶金,2010(1):28－30,33．

[3]甘宏才．大冶諾蘭達(dá)爐渣選礦的研究與實(shí)踐[J]．湖南冶金, 2004(4):28－34．

[4]張積壽．國外銅爐渣選礦概況[J]．國外金屬礦選礦,1973 (12):11－15．

[5]龐學(xué)詩．水力旋流器技術(shù)與應(yīng)用[M]．北京:中國石化出版社,2011(1):47．

[6]B．A．威爾斯,T．J．納皮爾·馬恩．礦物加工技術(shù)[M]．印萬忠譯．北京:冶金工業(yè)出版社,2011:266．

[7]陳名潔．國內(nèi)銅爐渣選礦現(xiàn)狀及工藝流程設(shè)計(jì)探討[J]．有色冶金節(jié)能,2013(2):46－49,54．

Application of Hydraulic Cyclone in Process of Copper Furnace Slag Grinding Classification

SUO Jun,JU Lei
(Weihai Haiwang Hydrocyclone Co．,Ltd．,Weihai,Shandong 264200,China)

Operation of copper furnace slag grinding classification has the features of high classification concentration,fine classification size and high grinding load,new hydraulic cyclone has been optimized by control of feed turbulence and resistance of cyclone,reduction of short circuit of overflow pipeline and control of classification space,by which it can improve classification flow field of cyclone,increase classification efficiency,and it can increase grinding efficiency of mill and reduce power consumption．The application of copper furnace slag in grinding classification shows that hydraulic cyclone after being structurally optimized has positive effect on development of grinding classification process．

hydraulic cyclone;grinding classification;copper furnace slag;structural optimization

TD454

B

1004－4345（2014）06－0040－03

2014－07－22

鎖軍(1980—),男,高級工程師,主要從事旋流器及相關(guān)分離設(shè)備的研究工作。