新型螺旋線進(jìn)料體旋流器在德興銅礦尾礦回收廠的應(yīng)用

楊韌華

(江西銅業(yè)集團(tuán)公司德興銅礦，江西 德興 334224)

水力旋流器是一種利用離心力場(chǎng)分離不同密度混合物的高效分離設(shè)備，具有操作方便、占地面積小、處理量大、分離效率高等優(yōu)點(diǎn)，在選礦、石油和化工領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用[1-3]。江銅集團(tuán)德興銅礦尾礦回收廠采用Φ350水力旋流器作為尾礦回收預(yù)先分級(jí)和檢查分級(jí)作業(yè)設(shè)備，其進(jìn)料體為傳統(tǒng)的漸開線式，分級(jí)效果一直未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。為了進(jìn)一步優(yōu)化磨礦分級(jí)工藝參數(shù)，提高浮選作業(yè)指標(biāo)，進(jìn)行了新型螺旋線進(jìn)料體結(jié)構(gòu)的Φ350旋流器與原有漸開線式Φ350旋流器的對(duì)比試驗(yàn)，尋求最優(yōu)的磨礦分級(jí)指標(biāo)。

1 新舊旋流器結(jié)構(gòu)區(qū)別

新型旋流器相對(duì)傳統(tǒng)旋流器在柱段高度和溢流管插入深度方面進(jìn)行了優(yōu)化，最主要區(qū)別是新型旋流器采用了螺旋線式進(jìn)料體結(jié)構(gòu)(如圖1所示)，而老式旋流器進(jìn)料體仍為傳統(tǒng)的漸開線式(如圖2所示)。

圖1 螺旋線式進(jìn)料體

圖2 漸開線式進(jìn)料體

從圖1和圖2中可以看出，新型螺旋線進(jìn)料體結(jié)構(gòu)的旋流器入料口具有更大的弧度，其進(jìn)料管以螺旋下旋線方式包圍旋流器的圓柱筒體，物料經(jīng)旋轉(zhuǎn)1/2～3/4圓周后才進(jìn)入旋流器內(nèi)部，其結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)在于能夠降低旋流器入料口的阻力；同時(shí)，進(jìn)料體的導(dǎo)流行程更長(zhǎng)，物料在該結(jié)構(gòu)進(jìn)料體中可以實(shí)現(xiàn)預(yù)先分級(jí)。對(duì)新結(jié)構(gòu)旋流器進(jìn)料體進(jìn)行流場(chǎng)數(shù)值模擬如圖3所示，圖中礦漿在進(jìn)料體中旋轉(zhuǎn)1/4周時(shí)，礦漿濃度已發(fā)生變化，靠近外側(cè)礦漿濃度增加，靠?jī)?nèi)側(cè)礦漿濃度降低，說(shuō)明礦漿中的粗顆粒在進(jìn)料體外側(cè)富集，相應(yīng)的細(xì)顆粒在進(jìn)料體內(nèi)側(cè)富集，此驗(yàn)證了新型進(jìn)料體具備預(yù)分級(jí)作用，這是傳統(tǒng)漸開線式進(jìn)料體旋流器所不具備的，理論上新型進(jìn)料體旋流器的分級(jí)效率更高[4,5]。

圖3 新型螺旋線進(jìn)料體礦漿濃度分布數(shù)值模擬

2 生產(chǎn)分級(jí)指標(biāo)對(duì)比

為了考察新式螺旋線進(jìn)料體旋流器與老式的漸開線進(jìn)料體旋流器的性能指標(biāo)，分別在預(yù)先分級(jí)和再磨分級(jí)中進(jìn)行了試驗(yàn)，并考察2個(gè)月的生產(chǎn)數(shù)據(jù)指標(biāo)，以對(duì)比兩種旋流器的分級(jí)性能。因德興銅礦尾礦回收廠處理的礦樣為其他選廠的選銅尾礦，礦物粒度相對(duì)較粗且粒度組成較窄，在預(yù)先分級(jí)作業(yè)為提高處理量并防止溢流跑粗，旋流器角錐比不宜過(guò)大；而在再磨分級(jí)中，礦物經(jīng)磨礦后粒級(jí)組成變寬，且需考慮返砂量對(duì)磨機(jī)效率的影響，此時(shí)旋流器角錐比的選擇要更寬泛些。因此，在預(yù)先分級(jí)試驗(yàn)中對(duì)比了漸開線式進(jìn)料體旋流器、新式螺旋線進(jìn)料體旋流器(角錐比0.44)和新式螺旋線進(jìn)料體旋流器(角錐比0.50)三種方案；在再磨分級(jí)中對(duì)比了老式進(jìn)料體旋流器(漸開線式)、新式螺旋線進(jìn)料體旋流器(角錐比0.50)、新式螺旋線進(jìn)料體旋流器(角錐比0.58)和新式螺旋線進(jìn)料體旋流器(角錐比0.75)四種方案。

2.1 預(yù)先分級(jí)對(duì)比試驗(yàn)

預(yù)先分級(jí)旋流器對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖4和圖5所示。

圖4 預(yù)先分級(jí)新、老結(jié)構(gòu)旋流器沉砂粒級(jí)組成對(duì)比

圖5 預(yù)先分級(jí)新、老結(jié)構(gòu)旋流器溢流粒級(jí)組成對(duì)比

圖4為三種型號(hào)水力旋流器所得預(yù)先分級(jí)沉砂粒度組成對(duì)比。從中可以看出，老式旋流器所得沉砂中細(xì)粒級(jí)(≤38 μm)產(chǎn)率最高，而在+45 μm的各粒級(jí)產(chǎn)率都最低；而角錐比為0.50的新式螺旋線旋流器所得沉砂中粗粒級(jí)(+74 μm)總產(chǎn)率最高。圖5為三種型號(hào)水力旋流器所得預(yù)先分級(jí)溢流粒度組成對(duì)比。從結(jié)果來(lái)看，老式旋流器所得溢流中細(xì)粒級(jí)產(chǎn)品(≤38 μm)產(chǎn)率最低，而在+38 μm的各粒級(jí)產(chǎn)率都最高；角錐比為0.50的新式螺旋線旋流器所得溢流中細(xì)粒級(jí)產(chǎn)品(≤38 μm)產(chǎn)率最高。

綜合上述結(jié)果可以看出，三種型號(hào)水力旋流器分級(jí)效率由高到低依次為新式角錐比0.50、新式角錐比0.44、老式旋流器。新式旋流器因其螺旋線進(jìn)料體的構(gòu)造，物料在旋流器中的運(yùn)動(dòng)行程變長(zhǎng)，有利于提高分級(jí)效率；而兩種不同角錐比的新式旋流器之間，角錐比越大，對(duì)應(yīng)的旋流器溢流管直徑越小，旋流器流場(chǎng)內(nèi)部的分離界面越窄，導(dǎo)致分級(jí)粒度變小，粗顆粒進(jìn)入溢流的幾率越低，旋流器的分級(jí)效率越高。

2.2 再磨檢查分級(jí)對(duì)比試驗(yàn)

在再磨檢查分級(jí)旋流器對(duì)比試驗(yàn)中，分別對(duì)球磨機(jī)排礦、旋流器溢流、旋流器沉砂粒級(jí)進(jìn)行了分析，相關(guān)數(shù)據(jù)分別如圖6至圖8所示；根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制的旋流器分級(jí)性能曲線如圖9至圖12所示，不同類型旋流器的檢查分級(jí)產(chǎn)品中74 μm粒級(jí)含量指標(biāo)和其它技術(shù)指標(biāo)分別如表1和表2所示。

圖6 檢查分級(jí)新、老結(jié)構(gòu)旋流器球磨機(jī)排礦粒級(jí)組成對(duì)比

圖7 檢查分級(jí)新、老結(jié)構(gòu)旋流器溢流粒級(jí)組成對(duì)比

圖8 檢查分級(jí)新、老結(jié)構(gòu)旋流器沉砂粒級(jí)組成對(duì)比

圖9 老式旋流器檢查分級(jí)效率曲線

圖10 新型旋流器(角錐比0.50)檢查分級(jí)效率曲線

圖11 新型旋流器(角錐比0.58)檢查分級(jí)效率曲線

圖12 新型旋流器(角錐比0.75)檢查分級(jí)效率曲線

表1 檢查分級(jí)新、老旋流器分級(jí)產(chǎn)品中-74 μm粒級(jí)含量

表2 新舊旋流器檢查分級(jí)磨礦負(fù)荷、分級(jí)質(zhì)效率、效率曲線陡度指數(shù)SI

從圖6至圖8和表1可以得出，新型旋流器隨著角錐比從0.50增加至0.75的過(guò)程中，球磨機(jī)排礦產(chǎn)品中-74 μm含量呈下降趨勢(shì)，在角錐比0.50時(shí)有最大值45.25%，其中新式旋流器三種角錐比參數(shù)的球磨排礦細(xì)度均優(yōu)于老式旋流器；使用新型旋流器的檢查分級(jí)溢流中-74 μm含量呈先增加后減少的趨勢(shì)，并在角錐比0.58時(shí)溢流細(xì)度有最大值73.03%，與老式旋流器相比，溢流細(xì)度提高9.06個(gè)百分點(diǎn)；且新型旋流器在角錐比0.50和0.75時(shí)，溢流中-74 μm含量也分別比老式旋流器高出6.86和0.13個(gè)百分點(diǎn)。使用新型旋流器的檢查分級(jí)沉砂中-74 μm含量隨著角錐比的增加而增加，且在角錐比為0.50時(shí)所得沉砂中-74 μm含量有最小值23.95%。

從旋流器的分級(jí)效率曲線上也可以體現(xiàn)旋流器的分級(jí)精度，曲線越陡說(shuō)明旋流器的分級(jí)精度越高，可以利用曲線的陡度指數(shù)來(lái)精確判斷旋流器分級(jí)精度的優(yōu)劣。從圖9至圖12可以得出，新型旋流器隨著角錐比從0.50增加至0.75的過(guò)程中，旋流器分級(jí)效率曲線逐漸平緩，意味著旋流器的分級(jí)精度逐漸下降，其中角錐比0.50時(shí)旋流器的分級(jí)效率曲線中間部分最陡，角錐比0.58次之，角錐比0.75最平緩，老式旋流器介于新型角錐比0.58和角錐比0.75之間。同時(shí)，從表2中可以得出，在新型旋流器角錐比從0.50增加至0.75的過(guò)程中，檢查分級(jí)磨礦循環(huán)負(fù)荷呈不斷增加的趨勢(shì)，在角錐比0.50時(shí)有最小磨礦循環(huán)負(fù)荷120%；老式旋流器磨礦負(fù)荷介于角錐比0.58和角錐比0.75之間。旋流器分級(jí)效率則隨著角錐比的增加呈下降趨勢(shì)，在角錐比0.50時(shí)分級(jí)質(zhì)效率最高，為46.91%，其中老式旋流器分級(jí)質(zhì)效率介于角錐比0.58和角錐比0.75之間；旋流器校正效率曲線陡度指數(shù)呈下降趨勢(shì)，在角錐比0.50時(shí)分級(jí)精度陡度指數(shù)值SI有最大值，為0.433，而老式旋流器分級(jí)精度介于角錐比0.58和角錐比0.75之間。故新型旋流器在角錐比0.50時(shí)分級(jí)質(zhì)效率高于老式旋流器分級(jí)質(zhì)效率7.96個(gè)百分點(diǎn)，效率曲線陡度指數(shù)高于老式旋流器0.044個(gè)百分點(diǎn)。

綜合以上數(shù)據(jù)分析可以看出，新型旋流器角錐比0.50時(shí)預(yù)先分級(jí)和檢查分級(jí)中分級(jí)精度和分級(jí)效率均優(yōu)于老式旋流器，磨礦循環(huán)負(fù)荷更低，有利于節(jié)能和減輕管線磨損。

3 結(jié)論

新型進(jìn)料體旋流器相比傳統(tǒng)漸開線式進(jìn)料體旋流器，分級(jí)效率和分級(jí)精度更高，通過(guò)在德興銅礦尾礦回收廠的應(yīng)用證明，在閉路磨礦分級(jí)系統(tǒng)中新型旋流器分級(jí)質(zhì)效率高于老式旋流器分級(jí)質(zhì)效率7.96個(gè)百分點(diǎn)，效率曲線陡度指數(shù)高于老式旋流器0.044個(gè)百分點(diǎn)，溢流中-74 μm含量提高近7個(gè)百分點(diǎn)，且粒度組成更加合理，值得推廣應(yīng)用。