張莊礦提高水力旋流器分級(jí)效率應(yīng)用研究

潘 猛 吳 紅 王 琦 張曉偉 楊梁宇

（安徽馬鋼張莊礦業(yè)有限責(zé)任公司）

水力旋流器是利用離心力來(lái)加速礦粒沉降的分級(jí)設(shè)備，工作時(shí)礦漿在壓力作用下通過(guò)礦管沿柱體切線方向進(jìn)入殼內(nèi)，在殼內(nèi)做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。礦漿中密度較大的顆粒因受到較大的離心力進(jìn)入回轉(zhuǎn)流的外圍，同時(shí)隨著礦漿流向下流動(dòng)，最終通過(guò)旋流器底部的沉砂嘴排出，形成沉砂［1］。細(xì)小顆粒由于受到的離心力比較小，會(huì)隨液體流向上運(yùn)動(dòng)，最終通過(guò)溢流管流出形成溢流。由于水力旋流器需要壓力給礦，故消耗動(dòng)力大，但占地面積小、價(jià)格低，處理量大，分級(jí)效率高，可獲得很細(xì)的溢流產(chǎn)品［2］，被廣泛應(yīng)用于選礦的分級(jí)、分選、濃縮和脫泥等作業(yè)。

1 張莊礦選礦廠概況

張莊選礦廠采用三段一閉路破碎干磁拋尾—高壓輥磨—預(yù)選—階段磨選工藝。其中，磨選一段由2臺(tái)MQS4060格子型球磨機(jī)與水力旋流器形成閉路；二段由2臺(tái)MQY4060溢流型球磨機(jī)與水力旋流器組成2次閉路，工藝流程見(jiàn)圖1。張莊原礦硬度在14左右，原設(shè)計(jì)在一段溢流細(xì)度-0.074 mm50%、二段溢流細(xì)度-0.074 mm85%的情況下，可年產(chǎn)品位65%以上的鐵精粉174萬(wàn)t。由于張莊精粉品牌定位和市場(chǎng)需求，近幾年鐵精粉品位由原設(shè)計(jì)的65%提高到66%以上，為保證品位，球磨一段溢流細(xì)度-0.074 mm含量由原設(shè)計(jì)50%提高到58%，二段-0.074 mm含量由85%提高到91%，溢流細(xì)度地提高導(dǎo)致旋流器分級(jí)效率不高，始終未達(dá)到設(shè)計(jì)值，產(chǎn)能受到限制。

2 水力旋流器主要結(jié)構(gòu)

張莊礦選礦廠所用的一段水力旋流器是威海市海王旋流器有限公司生產(chǎn)的FX660-GT-P型旋流器。該旋流器由筒體、錐體、入料管、溢流箱、底流箱組成，共4個(gè)構(gòu)成旋流器組，正常生產(chǎn)時(shí)2開(kāi)2備，入料沿切線給入，成砂嘴根據(jù)磨損情況適時(shí)更換，襯里采用耐磨陶瓷材料，主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

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3 當(dāng)前存在問(wèn)題分析

日常運(yùn)行過(guò)程中，水力旋流器會(huì)出現(xiàn)溢流“跑粗”、旋流器底流口及錐體底流段內(nèi)襯磨損嚴(yán)重的現(xiàn)象。當(dāng)溢流“跑粗”，即有大于分離粒度的物料進(jìn)入旋流器溢流時(shí)，因部分脈石連生體未單體解離，不僅導(dǎo)致后續(xù)一段弱磁選別效果降低，影響精礦品位，還降低了沉砂量，使一段閉路磨礦分級(jí)作業(yè)中的返砂比下降，一段球磨機(jī)處理量下降，進(jìn)而影響精礦產(chǎn)能。錐體底流段內(nèi)襯磨損嚴(yán)重造成備件更換周期短，影響現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)連續(xù)，成本增加，造成溢流跑粗和錐體底流段內(nèi)襯磨損嚴(yán)重的主要原因如下。

3.1 水力旋流器自身結(jié)構(gòu)參數(shù)

3.1.1 入料管及溢流管直徑

入料管及溢流管對(duì)分級(jí)粒度有一定影響，增大入料及溢流管直徑，溢流量變大且粒度變粗，底流中細(xì)粒級(jí)含量減少，底流濃度增加，但這2個(gè)參數(shù)日常生產(chǎn)過(guò)程中基本不做調(diào)整，隨設(shè)備出廠時(shí)數(shù)據(jù)為定［3］。

3.1.2 底流口直徑

理論上，底流口直徑變大，分級(jí)的粒度變細(xì)，因底流粒度粗，濃度高，故底流口是旋流器中磨損最為嚴(yán)重的部位，更換也較為頻繁。日常生產(chǎn)過(guò)程中，主要通過(guò)觀察底流形態(tài)來(lái)判斷分級(jí)情況，當(dāng)?shù)琢餍螒B(tài)為輻射狀時(shí)即為分級(jí)正常［3］，現(xiàn)場(chǎng)也會(huì)根據(jù)分級(jí)情況對(duì)底流口直徑做細(xì)微調(diào)整，以達(dá)到最佳分級(jí)效果。FX660-GT-P型水力旋流器主要結(jié)構(gòu)參數(shù)見(jiàn)表2。

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3.2 操作參數(shù)和物料性質(zhì)

3.2.1 給料壓力

給料壓力是水力旋流器的重要操作參數(shù)，在其他參數(shù)一定的情況下，給料壓力越高，礦漿的切向流速越高，物料所受的離心力就越大，可以提高分級(jí)效率和底流濃度，但該方法效果不大；相反，所需的動(dòng)能將大幅增加，底流濃度驟增時(shí)也會(huì)導(dǎo)致底流口的磨損速度顯著增加［4］。因此，在最低給料壓力下，水力旋流器內(nèi)部還能正常產(chǎn)生渦流，這才是旋流器的最佳工作狀態(tài)。

3.2.2 物料性質(zhì)

當(dāng)其他操作參數(shù)不變時(shí)，礦漿的粒度及濃度對(duì)水力旋流器的分級(jí)效果也有一定的影響。當(dāng)?shù)V漿中小于分級(jí)粒度的物料含量降低時(shí)，那么底流中細(xì)粒級(jí)含量會(huì)降低，濃度升高；相反，溢流中粗顆粒含量增加，旋流器分級(jí)效率降低；對(duì)于礦漿濃度，在給料粒度、壓力一定的條件下，一般水力旋流器的分級(jí)效率隨給料濃度的增加而降低［5］。

4 最佳給料壓力及底流口直徑條件試驗(yàn)

實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，水力旋流器自身結(jié)構(gòu)參數(shù)除底流口直徑外基本不做調(diào)整，物料的性質(zhì)也基本趨于穩(wěn)定，故影響水力旋流器分級(jí)效率的因素主要有給料壓力和底流口直徑這2個(gè)參數(shù)。張莊礦選礦廠一段FX660型旋流器組2個(gè)系列共8臺(tái)，為增加給料壓力控制范圍，后增設(shè)4臺(tái)，共12臺(tái)。為探索該旋流器組工作的最佳壓力范圍及底流口直徑，進(jìn)行了以給料壓力和底流口直徑為變量的條件試驗(yàn)。

試驗(yàn)方案為在保證給料性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定，旋流器自身結(jié)構(gòu)參數(shù)除底流口直徑外均不變，通過(guò)控制水力旋流器開(kāi)啟的臺(tái)數(shù)，從而改變旋流器組的給料壓力，通過(guò)更換底流口改變底流口直徑，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3～表5。

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由表3～表5可知，在給料性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定，給料壓力相同的情況下，底流口直徑越小，旋流器底流濃度越大，分級(jí)效率越好，因此現(xiàn)場(chǎng)選用底流口直徑為110 mm；當(dāng)?shù)琢骺谥睆綖?10 mm時(shí)，給料壓力設(shè)置為0.11，0.12，0.13 MPa時(shí)，對(duì)應(yīng)的分級(jí)效率分別為44.33%，48.18%，45.48%，對(duì)比發(fā)現(xiàn)，給料壓力為0.12 MPa時(shí)，分級(jí)效率最高，達(dá)48.18%，故最佳給料壓力為0.12 MPa左右。

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5 結(jié) 語(yǔ)

張莊礦選礦廠在給礦物料性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定，水力旋流器自身結(jié)構(gòu)參數(shù)確定后，通過(guò)增加水力旋流器臺(tái)數(shù)，擴(kuò)大了給料壓力控制范圍。通過(guò)試驗(yàn)探索得出，當(dāng)給料壓力設(shè)置約0.12 MPa、底流口直徑為110 mm時(shí)，水力旋流器工況處于最佳狀態(tài)，分級(jí)效率最高，對(duì)于提高及穩(wěn)定精礦品位，提高磨選產(chǎn)能具有重要的指導(dǎo)意義。