同步帶刮泡裝置研發(fā)及應(yīng)用

李后廣，楊芳芳

招遠(yuǎn)市金豐礦山機(jī)械股份有限公司 山東招遠(yuǎn) 265400

浮選機(jī)是浮選廠最重要的設(shè)備之一，是礦物分選的核心設(shè)備，其性能直接影響著浮選指標(biāo)的好壞。對(duì)采用浮選工藝的礦山來(lái)說(shuō)，浮選機(jī)會(huì)影響其技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)效益[1]。刮泡是有用礦物與脈石礦物分離的重要環(huán)節(jié)，刮泡裝置作為浮選機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)部件，影響浮選效果和浮選速度。隨著浮選機(jī)的大型化，其截面積越來(lái)越大，若浮選槽內(nèi)精礦不能及時(shí)、有效地排出，會(huì)影響浮選效果和生產(chǎn)能力[2]。鑒于現(xiàn)狀，筆者決定研發(fā)高效率、低能耗的浮選機(jī)刮泡裝置，以提高浮選機(jī)分選效率、降低浮選成本。

經(jīng)過(guò)分析研究，筆者設(shè)計(jì)了一套全新的刮泡裝置，即同步帶刮泡裝置。利用同步帶的輕質(zhì)和同步特性，讓多組刮板平行勻速運(yùn)動(dòng)，同步帶的長(zhǎng)度和刮板數(shù)量可根據(jù)浮選機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行調(diào)整，適應(yīng)性強(qiáng)。刮泡裝置的刮泡面積可達(dá)泡沫層總面積的 60%，刮泡效率是傳統(tǒng)刮泡裝置的 2 倍以上。泡沫的及時(shí)排出可提高礦漿的品位梯度，并提高浮選速度，在浮選指標(biāo)相同的情況下，可減少浮選機(jī)的數(shù)量，節(jié)省投資的同時(shí)還可降低能耗。

1 同步帶刮泡裝置的結(jié)構(gòu)

同步帶刮泡裝置主要由刮板傳動(dòng)、三角帶、刮板軸帶輪、刮板軸軸承座、同步帶輪、傳動(dòng)軸、輕質(zhì)刮板、同步帶、改向輪、改向軸、改向軸張緊軸承座等組成，如圖 1 所示。輕質(zhì)刮板、傳動(dòng)軸和同步帶可根據(jù)浮選機(jī)槽體尺寸配套制作，多臺(tái)浮選機(jī)的刮泡機(jī)構(gòu)可共用刮板傳動(dòng)系統(tǒng)。每個(gè)刮泡裝置由 2 個(gè)同步帶輪固定在傳動(dòng)軸上，傳動(dòng)軸與同步帶輪帶動(dòng)同步帶勻速運(yùn)動(dòng)，多個(gè)輕質(zhì)刮板以固定間隔被螺栓固定在同步帶上。同步帶由耐酸堿聚氨酯包裹鋼絲加強(qiáng)層材料制作，性能優(yōu)良，伸縮量小，經(jīng)久耐用。同步帶輪和同步帶確保刮板以平行于浮選機(jī)溢流堰的形態(tài)勻速前行，將泡沫均勻連續(xù)地推送到泡沫槽。改向軸張緊軸承座內(nèi)部裝有張緊彈簧，張緊力可通過(guò)調(diào)節(jié)彈簧的壓縮量調(diào)整，張緊軸承座使同步帶保持一定的張緊力，避免同步帶打滑和下垂。

圖1 同步帶刮泡裝置結(jié)構(gòu)原理

2 同步帶刮泡裝置的工作原理

同步帶刮泡裝置根據(jù)浮選機(jī)槽體的規(guī)格尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)制作，安裝于浮選機(jī)溢流堰一側(cè)，安裝位置和高度以溢流堰為基準(zhǔn)，并結(jié)合刮泡深度進(jìn)行調(diào)整。工作時(shí)，刮板傳動(dòng)通過(guò)三角帶帶動(dòng)同步帶輪和傳動(dòng)軸在軸承座的約束下勻速旋轉(zhuǎn)，固定在傳動(dòng)軸上的 2 個(gè)同步帶輪帶動(dòng)同步帶勻速運(yùn)動(dòng)，多組輕質(zhì)刮板以平行于浮選機(jī)溢流堰的形態(tài)隨同步帶勻速運(yùn)動(dòng)。改向輪固定在改向軸上，改向軸由張緊軸承座支撐，張緊軸承座的位置和張緊力均可調(diào)，在確保改向軸與傳動(dòng)軸平行的前提下，保持同步帶有一定的張緊力。同步帶輪直徑稍大于改向輪，安裝調(diào)整時(shí)使刮板從遠(yuǎn)離泡沫槽端運(yùn)動(dòng)至泡沫槽，刮板的作用深度逐漸增加，推動(dòng)的泡沫量漸多。多個(gè)刮板共同作用，將浮選機(jī)表層的泡沫連續(xù)不斷地推送至泡沫槽，完成刮泡過(guò)程。刮泡深度可通過(guò)調(diào)整軸承座和張緊軸承座的高度進(jìn)行調(diào)節(jié)，刮泡速度可通過(guò)傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)的變頻控制器無(wú)極調(diào)控，調(diào)節(jié)方便。

3 同步帶刮泡裝置的應(yīng)用

根據(jù)浮選機(jī)在有色金屬選礦廠的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)，對(duì)同步帶刮泡裝置的各個(gè)零部件進(jìn)行詳細(xì)的受力分析，并根據(jù)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)受力分析結(jié)果，對(duì)各個(gè)零部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)算和優(yōu)化設(shè)計(jì)，確保各個(gè)零部件強(qiáng)度、剛度及配合尺寸滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。為驗(yàn)證同步帶刮泡裝置的可行性，特試制了 1 套 XCF-KYF-8 聯(lián)合機(jī)組的同步帶刮泡裝置，樣機(jī)單機(jī)空載運(yùn)行狀況良好，同步帶及刮板組運(yùn)動(dòng)狀態(tài)平穩(wěn)。同步帶刮泡裝置如圖2 所示。

圖2 同步帶刮泡裝置樣機(jī)

同步帶刮泡裝置在湖北大冶興紅礦業(yè)銅鐵選礦廠進(jìn)行了應(yīng)用實(shí)踐，該選礦廠改擴(kuò)建后日處理量達(dá) 700 t左右。該選礦廠采用先浮選銅、再浮選尾礦選鐵的原則流程，浮選工藝流程為一粗四掃兩精，粗掃選采用XCF-KYF-8 充氣式浮選機(jī)，精選采用 XCF-KYF-4 充氣式浮選機(jī)。同步帶刮泡裝置安裝應(yīng)用于掃選四的 2個(gè)浮選槽側(cè) (見(jiàn)圖 3)。

圖3 同步帶刮泡裝置應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)

為對(duì)比同步帶刮泡裝置與傳統(tǒng)刮板在推動(dòng)泡沫速度上的差異，在同步帶刮泡裝置安裝前后，分別對(duì)浮選機(jī)各個(gè)區(qū)域表層泡沫被推送至泡沫槽所用時(shí)間進(jìn)行了測(cè)量。測(cè)量方法是，將輕質(zhì)白色泡沫球用夾持工具放置在浮選機(jī)指定位置的泡沫層上開(kāi)始計(jì)時(shí)，待白球隨表層泡沫一起離開(kāi)浮選機(jī)溢流堰進(jìn)入泡沫槽計(jì)時(shí)結(jié)束。為便于統(tǒng)計(jì)，將浮選機(jī)泡沫表層劃分為 A、B、C 區(qū)，如圖 4 所示。經(jīng)測(cè)量，在 B 區(qū)泡沫停留時(shí)間最長(zhǎng)，同步帶刮泡裝置安裝前后平均產(chǎn)出時(shí)間分別為 31.2 和 18.7 s；在 C 區(qū)泡沫平均停留時(shí)間分別為 24.5 和 16.1 s；A 區(qū)泡沫停留時(shí)間較短分別為 14.6和 6.5 s。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：應(yīng)用同步帶刮泡裝置后，浮選機(jī)表層泡沫的停留時(shí)間顯著縮短，泡沫產(chǎn)出速度加快。由于泡沫有一定的壽命期，部分浮起的目的礦物(特別是大顆粒礦物) 因泡沫的破裂而返回礦漿中。因此，泡沫的及時(shí)排出對(duì)浮選機(jī)浮選效率的提高有著重要作用。

圖4 浮選機(jī)表層泡沫被刮出時(shí)間示意

同步帶刮泡裝置安裝前后，分別對(duì)掃選四 2 臺(tái)浮選機(jī)的泡沫和尾礦進(jìn)行了化驗(yàn)分析和統(tǒng)計(jì)，應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)如表 1 所列。

表1 應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

由表 1 可知：

(1) 雖受現(xiàn)場(chǎng)條件制約，同步帶刮泡裝置未能做到最大刮泡面積，但其作用面積仍可達(dá)傳統(tǒng)刮板作用面積的 3 倍以上；

(2) 更換同步帶刮泡裝置后，在刮泡量接近的情況下，第 1 個(gè)浮選槽的泡沫品位有明顯提升，是傳統(tǒng)刮板泡沫品位的 1.3 倍左右，而第 2 臺(tái)浮選機(jī)的泡沫品位有所下降，說(shuō)明同步帶刮板及時(shí)產(chǎn)出了泡沫精礦，加速了浮選過(guò)程，增大了相臨 2 個(gè)浮選機(jī)內(nèi)礦漿的品位梯度；

(3) 更換同步帶刮泡裝置前后尾礦平均品位差異較小，采用同步帶刮泡裝置后，浮選回收率平均值略有提升。

4 同步帶刮泡裝置的優(yōu)缺點(diǎn)

同步帶刮泡裝置的優(yōu)點(diǎn)是刮泡面積大，泡沫排出速度快，作用范圍可達(dá)傳統(tǒng)刮板作用面積的 3 倍以上，遠(yuǎn)離溢流堰的泡沫也能在刮板作用下快速排出浮選機(jī)；刮泡量調(diào)節(jié)方便，易于與自動(dòng)化控制系統(tǒng)對(duì)接，可通過(guò)刮板傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)的變頻器控制刮板運(yùn)行速度，進(jìn)而無(wú)極調(diào)節(jié)刮泡量；通過(guò)調(diào)節(jié)改向軸承座的高度，調(diào)整刮泡深度，從尾軸端到浮選機(jī)溢流堰，刮板的作用深度增加，表層高品質(zhì)的泡沫被刮板推送到泡沫槽，與傳統(tǒng)刮板相比，產(chǎn)出的泡沫品質(zhì)更高。

同步帶刮泡裝置的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高，維護(hù)工作量大。

5 結(jié)語(yǔ)

同步帶刮泡裝置是一種全新的浮選機(jī)刮泡機(jī)構(gòu)，利用同步帶線速度穩(wěn)定無(wú)滑差的特性，帶動(dòng)多個(gè)互相平行的輕質(zhì)刮板勻速運(yùn)動(dòng)，將浮選機(jī)泡沫區(qū)表層的高品質(zhì)泡沫推送至泡沫槽，具有作用面積大、刮泡速度快以及品質(zhì)高的優(yōu)點(diǎn)。浮選機(jī)表層泡沫的平均停留時(shí)間縮短 30% 左右，表層泡沫的及時(shí)排出，促進(jìn)下層泡沫的迅速補(bǔ)位，提升了浮選機(jī)的曝氣速度，加速了浮選過(guò)程。

通過(guò)對(duì)同步帶刮泡裝置工作原理和應(yīng)用情況的分析，發(fā)現(xiàn)其作為一種新型的、較先進(jìn)的浮選機(jī)刮泡裝置，適用于自吸式和充氣式浮選機(jī)。其最大的優(yōu)點(diǎn)在于刮泡面積和刮泡效率的大幅度提高，促使浮選機(jī)表層的高品質(zhì)泡沫產(chǎn)品被快速分離出浮選機(jī)，提高了浮選速度以及相鄰浮選機(jī)內(nèi)礦漿的品位梯度；因此，在相同尾礦品位的情況下，可減少浮選流程中浮選機(jī)的數(shù)量。在減少設(shè)備投資和占地面積的同時(shí)，還可達(dá)到節(jié)能降耗的目的，值得推廣應(yīng)用。