立式離心機(jī)回收安徽某細(xì)粒鐵尾礦試驗(yàn)*

葉獻(xiàn)華

(1.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司；2.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國(guó)家工程研究中心有限公司)

立式離心選礦機(jī)是旋轉(zhuǎn)軸垂直安裝離心選礦機(jī)的統(tǒng)稱(chēng)，如國(guó)外的 Knelson離心選礦機(jī)、Falcon離心選礦機(jī)和國(guó)內(nèi)的水套式離心選礦機(jī)等，立式離心選礦機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)上主要應(yīng)用于精礦產(chǎn)出量少的金、銀、鉑族等貴金屬及鎢、錫、鉛、鋅等有色金屬的選礦作業(yè)[1-3]。國(guó)內(nèi)陳祿政、吳金龍、陳可標(biāo)等人進(jìn)行了離心技術(shù)細(xì)粒鐵尾礦回收試驗(yàn)[4-6]，采用的試驗(yàn)設(shè)備為水平轉(zhuǎn)鼓離心選礦機(jī)。安徽某鐵尾礦品位為16.56%，其中的鐵主要以赤褐鐵礦的形式存在，目前選廠(chǎng)為回收利用其中的鐵，進(jìn)行了強(qiáng)磁粗選—磨礦—強(qiáng)磁精選—螺旋溜槽重選。為實(shí)現(xiàn)立式離心機(jī)均勻給礦，防止礦漿快速通過(guò)，細(xì)化分選過(guò)程，實(shí)現(xiàn)連續(xù)排礦，對(duì)立式離心選礦機(jī)給、排礦裝置進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整，然后采用強(qiáng)磁—篩分—螺旋溜槽重選—立式離心機(jī)試驗(yàn)流程回收該尾礦中的鐵，獲得了鐵品位為56.16%，鐵回收率為20.25%的鐵精礦。

1 立式離心機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 立式離心機(jī)結(jié)構(gòu)

立式離心機(jī)主要由給料及供水部分、分選機(jī)構(gòu)、卸礦裝置、驅(qū)動(dòng)裝置組成，立式離心機(jī)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

(1)給料及供水部分。給料裝置含有給礦管和隨錐筒轉(zhuǎn)動(dòng)的圓形平托盤(pán)，離心機(jī)工作時(shí)，物料由渣漿泵泵入或自流入給礦管。通過(guò)給礦管錐形收口后，物料隨平托盤(pán)的旋轉(zhuǎn)至分選錐筒內(nèi)壁。供水部分含有一個(gè)主給水管，主給水管連接兩個(gè)支管，其一從蓋板上部插入分選卸料錐筒內(nèi)，另一個(gè)通過(guò)旋轉(zhuǎn)接頭與主軸連通水套。直徑為400 mm的立式離心機(jī)供水量為1.1～2.7 m3/h，供水壓力為354～690 kPa。

圖1 立式離心機(jī)結(jié)構(gòu)

(2)立式離心機(jī)分選機(jī)構(gòu)是一個(gè)雙壁錐，可理解為由兩個(gè)可一同旋轉(zhuǎn)的立式同心錐構(gòu)成。常用的結(jié)構(gòu)根據(jù)外錐的不同角度分為3類(lèi)：外錐和內(nèi)錐平行，外錐夾角小于內(nèi)錐，外錐為圓筒型。不同角度的雙壁錐見(jiàn)圖2。

圖2 不同角度的雙壁錐

不同角度的雙壁錐都是由內(nèi)外兩種結(jié)構(gòu)構(gòu)成一個(gè)密封水腔，水在壓力下從內(nèi)錐壁上設(shè)計(jì)排列的反沖水孔噴向分選區(qū)。內(nèi)錐稱(chēng)為富集錐，它是由直徑不同的圓筒片和圓環(huán)片交錯(cuò)疊加構(gòu)成上大、下小的圓臺(tái)狀結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖3)，每個(gè)圓臺(tái)狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)壁處為槽溝，內(nèi)錐是分選部件的核心技術(shù)部分。

圖3 內(nèi)壁錐實(shí)物加工圖

1.2 工作原理

立式離心機(jī)在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，通過(guò)V帶輪傳動(dòng)使錐筒旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)錐筒內(nèi)的礦漿高速旋轉(zhuǎn)。離心錐內(nèi)可產(chǎn)生離心加速度為30～150 G的離心力場(chǎng)，相應(yīng)地，不同密度的顆粒在此力場(chǎng)所受的重力差別也放大了相應(yīng)的倍數(shù)。在此過(guò)程中，基于礦物顆粒所受到離心力的差異，不同密度顆粒在離心力和流膜紊動(dòng)擴(kuò)散作用下實(shí)現(xiàn)分離[7]。

給礦礦漿導(dǎo)入內(nèi)錐筒之后進(jìn)入內(nèi)錐的復(fù)選槽，層層向上移動(dòng)分選。重礦物顆粒因受到較大離心力，迅速離心貼附在溝槽內(nèi)。筒壁上的反沖水使槽內(nèi)礦物得以松散和精選，輕礦物因所受離心力小，被沖洗出錐筒外由上部甩出成為尾礦。

2 給礦卸礦裝置結(jié)構(gòu)改進(jìn)

2.1 給礦卸礦裝置結(jié)構(gòu)改進(jìn)目的

立式離心機(jī)技術(shù)參數(shù)包括結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作參數(shù)，在固定轉(zhuǎn)速、給礦濃度、分選時(shí)間、顆粒大小和反沖水壓等操作參數(shù)條件下，改進(jìn)給卸礦裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)，可提高精礦品位和回收率。

2.2 給礦卸礦裝置結(jié)構(gòu)改進(jìn)措施

立式離心選礦機(jī)的給料裝置含有給礦管、隨轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)動(dòng)的圓形平托盤(pán)。給礦管置于內(nèi)錐筒中央，端部有錐形收口，為均勻分配礦漿，控制不同密度級(jí)別的物料給入轉(zhuǎn)筒的初速度，在圓形平托盤(pán)中設(shè)置了凸起式拋物線(xiàn)導(dǎo)料裝置(見(jiàn)圖4)，它是由圓盤(pán)、內(nèi)外拋物線(xiàn)共同構(gòu)成的若干扇形礦漿通道。扇形結(jié)構(gòu)具有中心窄、圓盤(pán)外側(cè)寬的特點(diǎn)，該結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了礦漿到達(dá)錐筒前預(yù)選分級(jí)的目的。

圖4 給料裝置

在給礦管上等距離固定有3塊圓環(huán)板，與錐筒內(nèi)壁分選溝槽相對(duì)，控制礦漿分層流動(dòng)。筒內(nèi)物料顆粒在離心力作用下作螺旋運(yùn)動(dòng)，部分礦物由于接近筒中心，會(huì)在“短路”狀況下通過(guò)旋轉(zhuǎn)錐筒，形成難以分選的中心柱區(qū)域。給礦管上增加圓環(huán)板，與錐筒內(nèi)壁分選溝槽相對(duì)，在筒壁溝槽共同作用下，礦漿按徑向和軸向分層旋轉(zhuǎn)，類(lèi)似搖床的溝槽，往復(fù)運(yùn)動(dòng)至錐筒上沿排出，圓環(huán)板激活了旋轉(zhuǎn)錐筒中心部分的礦漿，使所有礦漿隨著旋轉(zhuǎn)錐筒坡度作螺旋運(yùn)動(dòng)，又類(lèi)似于螺旋溜槽作用，達(dá)到很好的分選效果。在3塊圓環(huán)板與給礦管之間，預(yù)留了礦物通過(guò)的孔洞，使圓環(huán)板既可以起導(dǎo)流作用，又可防止礦物在板槽中淤塞。圓環(huán)板阻止了礦漿迅速通過(guò)，降低立式離心選礦機(jī)的用水量，可提高精尾礦濃度。

旋轉(zhuǎn)錐筒筒壁上均勻布置直徑為1 mm的小孔。加工小孔時(shí)，鉆床主軸和工作臺(tái)上的分度盤(pán)調(diào)整成相交20度，使得小孔方向與錐筒徑向角度相交20度(見(jiàn)圖5)，即使在錐筒不旋轉(zhuǎn)時(shí)，也可形成圖中的反沖水旋轉(zhuǎn)效果，有利于離心分選。在錐筒溝槽開(kāi)若干大孔，用2分管連接，穿過(guò)水套，將精礦直接導(dǎo)入精礦槽中，2分管上裝有氣動(dòng)夾緊閥改變開(kāi)啟時(shí)間可調(diào)節(jié)精礦產(chǎn)率。然后在槽溝附近固定鍥形刮刀，防止礦物在筒壁內(nèi)堆積。

圖5 靜止時(shí)反沖水效果

立式離心選礦機(jī)具有占地面積小、分選過(guò)程快速有效、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，且不受顆粒粒度的限制，大大降低可回收礦物的粒度下限，使得微細(xì)粒的重力選礦成為可能；另外，不需藥劑添加，不僅可降低生產(chǎn)成本，而且可降低環(huán)境成本。

3 安徽某細(xì)粒鐵尾礦應(yīng)用改進(jìn)后立式離心機(jī)選別試驗(yàn)

3.1 礦樣性質(zhì)

礦樣來(lái)自安徽某大型采選聯(lián)合企業(yè)，其原礦中的礦物成分較復(fù)雜，主要有用礦物為磁鐵礦，次為假象赤鐵礦、黃鐵礦、菱鐵礦、黃銅礦，其他為微少量；非金屬礦物為硬石膏、輝石、磷灰石、綠泥石、長(zhǎng)石、碳酸鹽礦物等。其磨選工藝采取階段磨礦、階段選別、浮選選硫、弱磁選磁鐵礦、強(qiáng)磁選與重選回收赤鐵礦的工藝流程。針對(duì)其弱磁選尾礦進(jìn)行離心機(jī)重選試驗(yàn)研究，對(duì)細(xì)粒弱磁選尾礦礦樣進(jìn)行化學(xué)多元素分析，分析結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 礦樣多元素化學(xué)分析結(jié)果 %

由表1可知，礦樣中可供綜合回收利用的元素為鐵，主要雜質(zhì)為SiO2、Al2O3和S。

3.2 試驗(yàn)原料與預(yù)處理

試驗(yàn)原料取自安徽某細(xì)粒級(jí)弱磁選鐵尾礦，桶裝已沉淀，取出一定固體濃度物料在容積為0.2 m3的不銹鋼攪拌桶內(nèi)混合均勻后，然后由XBSL-φ25型立式砂泵揚(yáng)至SLon-750立環(huán)脈動(dòng)高梯度強(qiáng)磁選機(jī)給料箱中。磁介質(zhì)使用φ4 mm棒介質(zhì)，沖程沖次選取25 mm和200次/min，轉(zhuǎn)環(huán)轉(zhuǎn)速為2 r/min 。由于生產(chǎn)中難免有粗顆?；烊?，在泵的入口處及強(qiáng)磁機(jī)給礦箱口加2 mm篩網(wǎng)進(jìn)行隔渣。強(qiáng)磁精礦用DZ0410數(shù)字控制篩分級(jí)，然后由XBSL-φ25型立式砂泵揚(yáng)至φ600 mm螺旋溜槽進(jìn)行拋廢試驗(yàn)。該研究中，SLon立環(huán)脈動(dòng)高梯度強(qiáng)磁選機(jī)磁場(chǎng)強(qiáng)度、螺旋溜槽給礦濃度等參數(shù)通過(guò)多次條件試驗(yàn)確定，選用的試驗(yàn)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 原料預(yù)處理試驗(yàn)條件

試驗(yàn)可獲得鐵品位為43.56%，回收率為44.42%的螺旋溜槽精礦，后續(xù)采用改進(jìn)的φ400 mm立式離心機(jī)進(jìn)行重選試驗(yàn)。螺旋溜槽精礦即立式離心機(jī)給礦粒度分析結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 立式離心機(jī)給礦粒度分析結(jié)果

3.3 試驗(yàn)裝置與方法

立式離心選礦機(jī)試驗(yàn)裝置見(jiàn)圖6。自來(lái)水經(jīng)增壓泵進(jìn)入立式離心機(jī)，主管及分支管路上串聯(lián)的閥和水壓力表分別用于控制和指示供水壓力、錐筒內(nèi)沖洗水壓力和水套內(nèi)反沖水壓力。一定固體濃度物料在容積為 0.2 m3的攪拌桶內(nèi)混合均勻后由上部給礦管給入錐筒內(nèi)。該研究就立式離心機(jī)反沖水壓力、錐筒轉(zhuǎn)速、給礦濃度，氣動(dòng)夾管閥開(kāi)啟時(shí)間(卸礦時(shí)間)進(jìn)行了條件試驗(yàn)。

3.4 試驗(yàn)結(jié)果與討論

(1)離心機(jī)反沖水壓力對(duì)分離結(jié)果的影響。礦漿從托盤(pán)甩至內(nèi)錐筒的溝槽內(nèi)，水套至溝槽內(nèi)反沖水的流態(tài)化松散作用既可防止堵塞，又能清洗溝槽內(nèi)脈石，對(duì)分選效果產(chǎn)生一定影響。在轉(zhuǎn)速為818 r/min、給礦礦漿濃度為20%、夾管閥開(kāi)啟時(shí)間為660 ms時(shí)，進(jìn)行反沖水壓力試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

圖6 立式離心選礦機(jī)照片

表4 反沖水壓力試驗(yàn)結(jié)果

由表4可知，立式離心機(jī)水套內(nèi)反沖水的壓力越高，精礦作業(yè)產(chǎn)率和鐵回收率越低，鐵品位越高，綜合考慮，選擇反沖水壓力為580 kPa。

(2)錐筒轉(zhuǎn)速對(duì)分離結(jié)果的影響。錐筒轉(zhuǎn)速?zèng)Q定離心力場(chǎng)和顆粒所受的離心力，是促進(jìn)大密度顆粒在溝槽內(nèi)富集的基本作用力，故對(duì)分離結(jié)果具有重要影響。選擇反沖水壓力為 580 kPa，給礦礦漿濃度為20%，夾管閥開(kāi)啟時(shí)間為660 ms時(shí)，不同錐筒轉(zhuǎn)速試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

由表5可知，錐筒轉(zhuǎn)速、錐筒幾何形狀、物料性質(zhì)等因素決定了處理細(xì)粒級(jí)物料需要的離心強(qiáng)度，當(dāng)物料性質(zhì)和錐形確定后，過(guò)低或過(guò)高的轉(zhuǎn)速均不利于顆粒的分離。當(dāng)轉(zhuǎn)速為540 r/min時(shí)，錐筒中央仍有大量礦漿，錐筒內(nèi)壁未形成離心流膜，鐵品位很低的連生體粗鐵礦粒沉積在溝槽內(nèi)，所得鐵精礦品位較低。而當(dāng)速度過(guò)快時(shí)，礦漿快速越過(guò)溝槽，破壞了流膜穩(wěn)定性，所得的精礦產(chǎn)品的產(chǎn)率和回收率都很低。該試驗(yàn)機(jī)處理該中細(xì)粒級(jí)鐵尾礦，選擇轉(zhuǎn)速為818 r/min，離心強(qiáng)度約為59 g時(shí)分離效果最佳。

(3)給礦濃度對(duì)分離結(jié)果的影響。在轉(zhuǎn)速為818 r/min、反沖水壓力為 580 kPa的條件下考察礦漿濃度對(duì)分離結(jié)果的影響，不同礦漿濃度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

表5 錐筒轉(zhuǎn)速試驗(yàn)結(jié)果

表6 不同礦漿濃度試驗(yàn)結(jié)果 %

由表6可知，隨著給礦濃度的增加，精礦鐵品位降低，鐵作業(yè)回收率提高；綜合考慮，選擇給礦礦漿濃度為10%。

(4)卸礦時(shí)間對(duì)分離結(jié)果的影響。該機(jī)精礦是通過(guò)均勻布置在溝槽內(nèi)的卸礦2分管穿過(guò)水套導(dǎo)入精礦槽中，在卸礦管上設(shè)置了氣動(dòng)夾管閥。錐筒每分選6 s后，開(kāi)啟1次氣動(dòng)夾管閥，此閥的開(kāi)啟時(shí)間與精礦產(chǎn)率有很大關(guān)系。在反沖洗水壓力為580 kPa、轉(zhuǎn)速為818 r/min、給礦礦漿濃度為10%時(shí)，進(jìn)行卸礦間隔時(shí)間試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

由表7可知，隨著夾管閥開(kāi)啟時(shí)間的增加，精礦作業(yè)產(chǎn)率和鐵回收率增加很快，鐵品位存在先增加后降低的趨勢(shì)，故選擇開(kāi)啟時(shí)間為660 ms。

(5)立式離心機(jī)應(yīng)用于細(xì)鐵尾礦回收。在條件試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了立式離心機(jī)應(yīng)用于安徽某細(xì)鐵尾礦的回收試驗(yàn)，試驗(yàn)流程見(jiàn)圖7。

表7 卸礦間隔時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果

圖7 弱磁尾礦回收試驗(yàn)流程

4 結(jié) 論

(1)改進(jìn)后的立式離心機(jī)體積小、重量輕、耗電少、生產(chǎn)成本低，可明顯提高精礦品位和回收率。采用離心分選與磁選等其他選礦方法相結(jié)合，組成強(qiáng)磁—篩分—螺旋溜槽—立式離心機(jī)聯(lián)合流程，對(duì)細(xì)粒鐵尾礦再利用是一種有效的分選方法。

(2)安徽某細(xì)粒級(jí)鐵尾礦采用強(qiáng)磁—篩分—螺旋溜槽—離心機(jī)重選的選別流程，在立環(huán)脈動(dòng)高梯度強(qiáng)磁選機(jī)磁場(chǎng)強(qiáng)度為636.62 kA/m，螺旋溜槽給礦濃度為20%，立式離心機(jī)反沖洗水壓力為580 kPa，轉(zhuǎn)速為818 r/min，給礦礦漿濃度為10%，夾管閥開(kāi)啟時(shí)間為660 ms時(shí)，可獲得鐵品位為56.16%，鐵回收率為20.25%的鐵精礦。