螺旋線進(jìn)料體旋流器在某選礦廠分級(jí)作業(yè)改造中的應(yīng)用

向 輝 王 磊 季安坤 郭 霞 姜程陽(yáng)

(1.琿春紫金曙光金銅礦；2.威海市海王旋流器有限公司)

水力旋流器是十分高效的離心力場(chǎng)分離設(shè)備，廣泛應(yīng)用于選礦、化工、石油、環(huán)保等領(lǐng)域。水力旋流器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作變量多，提高其效率和性能是近年來(lái)科研工作者的一個(gè)研究重點(diǎn)。

傳統(tǒng)水力旋流器進(jìn)料體結(jié)構(gòu)形式多為切線形，即進(jìn)料管與筒體相切，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、配置方便，但流型變化很快，沿程損失較大，容易產(chǎn)生紊流，進(jìn)料管磨損嚴(yán)重。為克服切線形進(jìn)料體的缺點(diǎn)，近年來(lái)研制出漸開線形、蝸形漸開線形、同心圓形等進(jìn)料體，均具有降低能量消耗、增加生產(chǎn)能力和提高分級(jí)效率的作用，但仍不能滿足市場(chǎng)快速發(fā)展的需求[1-3]。

為進(jìn)一步提升水力旋流器的處理能力和分級(jí)效率，國(guó)內(nèi)某旋流器公司基于引導(dǎo)流場(chǎng)節(jié)能分級(jí)技術(shù)、快速分級(jí)技術(shù)及進(jìn)料湍流抑制技術(shù)自主研發(fā)了大包角和逐漸下降式螺旋進(jìn)料體結(jié)構(gòu)，并逐步應(yīng)用在國(guó)內(nèi)選礦廠?，q春紫金曙光金銅礦某選礦廠三系列磨礦—分級(jí)作業(yè)存在水力旋流器一次分級(jí)效率低、循環(huán)負(fù)荷過(guò)高等問題，影響生產(chǎn)的順利進(jìn)行，需進(jìn)行技術(shù)改造。

1 磨礦—分級(jí)系統(tǒng)現(xiàn)狀

琿春紫金曙光金銅礦4 000 t/d選礦廠三系列磨礦—分級(jí)作業(yè)現(xiàn)處理能力27～28 t/h，磨礦采用MQY2740型球磨機(jī)，一次分級(jí)采用FX350×4旋流器組，二次分級(jí)采用FX250×4旋流器組。磨礦—分級(jí)工藝流程見圖1。

圖1 三系列磨礦—分級(jí)工藝流程

分別對(duì)旋流器的一次分級(jí)、二次分級(jí)產(chǎn)品進(jìn)行取樣考察，結(jié)果見表1。

表1 分級(jí)系統(tǒng)取樣考察結(jié)果 %

由表1可以看出，目前磨礦—分級(jí)作業(yè)主要存在兩個(gè)問題：一是一次分級(jí)旋流器溢流較粗、分級(jí)效率低，增加了二次旋流器的工作負(fù)荷，從而導(dǎo)致磨礦—分級(jí)系統(tǒng)循環(huán)負(fù)荷過(guò)高，限制選礦廠產(chǎn)能；二是旋流器沉砂夾細(xì)現(xiàn)象明顯、濃度低，返回磨機(jī)再磨會(huì)影響磨礦效果。在粗粒級(jí)、高濃度工況條件下，一次分級(jí)設(shè)備選型不合適導(dǎo)致分級(jí)返砂量過(guò)大，在磨礦—分級(jí)系統(tǒng)中形成惡性循環(huán)。目前系統(tǒng)處理能力相對(duì)MQY2740型球磨機(jī)而言，仍有提升空間。

2 改造措施

新型螺旋進(jìn)料體結(jié)構(gòu)能改變水力旋流器進(jìn)料流型，減小因流型改變而產(chǎn)生的湍流強(qiáng)度(紊流強(qiáng)度)及能量損失，降低旋流器給料壓力和旋流器能量消耗。同時(shí)新型螺旋進(jìn)料體結(jié)構(gòu)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分級(jí)效率。因此擬將新型螺旋線進(jìn)料體水力旋流器替代現(xiàn)有漸開線進(jìn)料體水力旋流器進(jìn)行一次分級(jí)，二次分級(jí)作業(yè)條件不變。

分別使用螺旋線進(jìn)料體旋流器與漸開線進(jìn)料旋流器進(jìn)行一次分級(jí)，然后取樣考察對(duì)應(yīng)的一次分級(jí)和二次分級(jí)產(chǎn)品，結(jié)果分別見表2、表3。

表2 一次分級(jí)作業(yè)指標(biāo)對(duì)比

表3 二次分級(jí)作業(yè)指標(biāo)對(duì)比 %

由表2可知，使用螺旋線進(jìn)料體旋流器進(jìn)行一次分級(jí)，溢流產(chǎn)品-0.074 mm含量提高到39.95%，分級(jí)效率提高了11.14個(gè)百分點(diǎn)，分級(jí)效果明顯改善，旋流器循環(huán)負(fù)荷顯著降低，球磨機(jī)處理能力由27.50 t/h提升到30.50 t/h，底流夾細(xì)現(xiàn)象也得到一定程度的改善，有利于減少磨礦過(guò)粉碎。

由表3可知，使用螺旋線進(jìn)料體旋流器代替漸開線進(jìn)料旋流器進(jìn)行一次分級(jí)后，二次分級(jí)作業(yè)溢流產(chǎn)品-0.074 mm含量提高了9.65個(gè)百分點(diǎn)，分級(jí)效率提高了4.26個(gè)百分點(diǎn)，循環(huán)負(fù)荷和溢流濃度都得到了一定程度上的降低，分級(jí)效果得到改善。

說(shuō)明采用一次分級(jí)采用螺旋線進(jìn)料旋流器，有利于改善二次分級(jí)效果，提高二次分級(jí)效率和溢流產(chǎn)品細(xì)度，有利于提高后續(xù)選別指標(biāo)。

3 旋流器數(shù)值模擬

3.1 湍流強(qiáng)度對(duì)比

采用數(shù)值模擬法進(jìn)行漸開線進(jìn)料體旋流器和螺旋線進(jìn)料體旋流器湍流強(qiáng)度對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)螺旋線進(jìn)料體旋流器較漸開線進(jìn)料體旋流器湍流強(qiáng)度低，進(jìn)料更接近層流，有利于提高旋流器的分級(jí)效率。目前進(jìn)料湍流強(qiáng)度抑制技術(shù)主要包括將矩形進(jìn)料管四邊角進(jìn)行倒角處理、大包角進(jìn)料管與旋流器主體連接處做弧形過(guò)渡，新型螺旋線進(jìn)料體采用大包角進(jìn)料管能更加有效地抑制湍流，提高分級(jí)效率。

3.2 顆粒軌跡線對(duì)比

采用數(shù)值模擬法進(jìn)行漸開線進(jìn)料體旋流器和螺旋線進(jìn)料體旋流器顆粒軌跡線對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)螺旋線進(jìn)料體旋流器較漸開線進(jìn)料體旋流器底流細(xì)顆粒含量低，溢流顆粒含量高，能降低旋流器底流夾細(xì)程度，提高分級(jí)效率。

4 結(jié) 論

琿春紫金曙光金銅礦4 000 t/d選礦廠三系列磨礦—分級(jí)作業(yè)采用新型螺旋線進(jìn)料體旋流器代替原漸開線進(jìn)料體旋流器進(jìn)行一次分級(jí)，一次和二次分級(jí)溢流-0.074 mm含量分別提高了4.51，9.65個(gè)百分點(diǎn)，分級(jí)效率分別提高了11.14，4.26個(gè)百分點(diǎn)，并降低了循環(huán)負(fù)荷，提高了球磨機(jī)處理能力，減少過(guò)磨。旋流器湍流強(qiáng)度和顆粒軌跡線數(shù)值模擬結(jié)果也表明，螺旋線進(jìn)料體能夠降低湍流強(qiáng)度、減少底流夾細(xì)程度，從而提高旋流器分級(jí)效率。

[1] 龐學(xué)詩(shī).水利旋流器技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：中國(guó)石化出版社，2011.

[2] 吳劍華，閆星峰，王宗勇.螺旋式旋流器的徑向速度分析[J].輕工機(jī)械，2009,27(2)：20-22.

[3] 吳劍華，閆星峰，王宗勇.螺旋式旋流器的切向速度分析[J].環(huán)境工程，2009,27(3)：68-71.