旋流器精细化大型化研究与应用

王治方

(山东黄金矿业(莱州)有限公司焦家金矿，山东 莱州 261441)

0 引言

磨矿分级作业是选矿生产流程中最关键的环节，它起着承上启下的作用，同时也是整个选矿系统的“瓶颈”作业，直接关系到选矿生产的处理能力。磨矿产品的质量(粒度特性、单体解离度、磨矿产品的浓度等)对后续选别作业的指标乃至整个选矿系统的经济技术指标具有深远的影响。

某金矿两套MQY4561磨矿分级系统采用一段闭路工艺，使用MQY4561溢流型球磨机作为磨矿设备，使用FX660-GT×4水力旋流器组作为分级设备。一段磨矿分级工艺由于分级粒度粗、矿浆浓度高、分级粘度大等问题，导致旋流器分级效率普遍较低，循环负荷高。分级作业旋流器组每组4台(2用2备)，每2台旋流器并联与1台渣浆泵构成闭路循环。在实际生产中两台旋流器因共用1台渣浆泵给料造成物料分配不均，旋流器给料压力不同，造成两台旋流器分级效果差异较大，进料压力大的旋流器溢流中夹粗现象严重。旋流器台数多，操作复杂，使用寿命中后期因为磨损不均而导致分配不均匀问题更加严重，影响磨矿分级效果。

1 技术措施

1.1 应用旋流器分级新技术提高分级效率

1.1.1 新型螺旋线进料技术

螺旋进料体结构能改变旋流器进料流型，并且因流型改变而产生的湍流强度(紊流强度)及其能量损失小，从而可降低旋流器的给料压力，降低旋流器能量消耗；螺旋进料体结构旋流器因射流作用引起的盖下流量(短路流量)小，从而可提高旋流器的分级效率[1]。

1)螺旋线进料体结构较传统进料结构，进料体静压更低，可以有效降低进料体的磨损，图1、2为不同进料体动压对比。

图1 螺旋线进料体动压图

2)螺旋线进料体结构较渐开线结构，进料体动压(总速度)过渡更平滑，不存在局部动压(总速度)过大区，防止旋流器局部磨穿，延长使用寿命，同时进料紊流程度更低，有利于提高分级效率。

图2 传统进料体动压图

3)颗粒在螺旋线进料体中旋转1/4周已出现浓度变化，说明颗粒在螺旋线进料体中出现粗细预排列，这同预沉降理论吻合,图3为螺旋线进料体CFD模拟。

图3 螺旋线进料体CFD模拟

4)螺旋线结构旋流器分级精度较标准型旋流器分级精度高。图4为分级效率对比，曲线A代表螺旋线进料体旋流器，B代表传统结构旋流器。

图4 螺旋线进料体分级效率曲线对比

1.1.2 采用多锥角复合锥体技术(简称多锥体技术)

多锥角复合锥体结构在其变锥处存在淘洗循环涡流，能够将锥体末端机械夹带的粗细颗粒重新分配回到旋流器的内旋流和外旋流中，从而相比单一锥体能够得到更高的分级精度和分级细度[2]，图5为多锥角复合锥体结构流场模拟。

图5 多锥角复合锥体结构流场模拟

多锥角复合锥体结构的特点：第一段锥体角度较大，使旋流器内流体的切向速度达到最大，增大离心力场；第二段锥体角度较小，锥段长度较大，被处理物料在此有足够的时间和空间进行充分交换；第三段锥体带有较大的锥体角度，有利于降低水力旋流器底流中细颗粒的夹带量。

同传统单一锥角旋流器的对比：单一锥角旋流器容易溢流跑粗或底流夹细量大，容易顾此失彼，旋流器分级指标较难控制，分级效率较低。

1.2 应用适用于一段磨矿分级的活衬耐磨材料组合

1)旋流器主体采用HW-R湿法混炼耐磨橡胶材质。该材质采用进口优质生胶原材料，应用多级脱气节流降压工艺强化溶剂脱除，达到液态纳米工艺生产标准，具有优异的耐磨性、耐腐蚀性、抗撕裂性、回弹性，能够适应铁矿硬度、给料压力大、浓度高、磨削作用强等工况特点，图6为耐磨橡胶分子动力学模拟。

图6 HW-R湿法混炼耐磨橡胶分子动力学模拟

2)旋流器采用橡胶活衬结构。旋流器主体的橡胶内衬采用的是可更换型结构。到达内衬寿命后，业主仅需要更换旋流器内部的橡胶内衬即可，无需更换外部钢壳，大幅降低设备的运行成本，图7为可更换的橡胶内衬，图8为内衬更换过程示意图。

图7 可更换的橡胶内衬

图8 橡胶内衬更换过程示意图

1.3 应用全世界最大的金矿磨矿分级旋流器FX840-GX

新设计的可更换内衬的FX840-GX处理量达到原有FX660-GT死衬旋流器的2倍。现场应用中单独开机1台FX840-GX旋流器即可满足生产要求，只要在旋流器锥体角度、给料浓度等参数进行优化，FX840mm旋流器分级粒度完全能够达到甚至优于FX660 mm旋流器。

2 工业试验优化及流程考察

为使FX840-GX旋流器尽快融入生产，摸清其工艺参数，车间有针对性的开展旋流器局部流程考察及磨矿分级产品小型浮选实验，根据考察结果及实验数据分析存在的问题，修正运转参数，进一步提高磨矿分级效率及浮选回收率。

2.1 旋流器考察数据及分析

2.1.1 FX660-GT旋流器考察数据

1#4561磨矿分级系统FX660-GT旋流器，溢流管口径265 mm，底流口口径145 mm，长期以来使用该配置，设备运行稳定。故考察过程中维持该配置不变。详细考察数据见表1。

表1 FX660-GT旋流器运行数据 %

2.1.2 FX840-GX旋流器考察数据

新增加的FX840-GX旋流器，为探索旋流器最佳运行指标，分别调整底流口口径及溢流浓度。相关数据如下：

1)条件1(du=160 mm)。FX840-GX旋流器，溢流管径340 mm，底流口径160 mm条件下运行数据见表2。

表2 FX840-GX旋流器160mm底流口运行数据 %

2)条件2(du=170 mm)。FX840-GX旋流器，溢流管径340 mm，底流口径170 mm条件下运行数据见表3。

表3 FX840-GX旋流器170 mm底流口运行数据 %

3)条件3(du=180mm)。FX840-GX旋流器，溢流管径340 mm，底流口径180 mm条件下运行数据见表4。

表4 FX840-GX旋流器180mm底流口运行数据 %

4)条件4(du=180，C=40%左右)。FX840-GX旋流器，溢流管径340 mm，底流口径170 mm，溢流浓度40%左右条件下运行数据见表5。

表5 FX840-GX旋流器180mm底流口40%左右溢流浓度运行数据 %

通过工业试验优化及流程考察数据，确定上述条件4为最佳条件试验，同时结合生产现场分级溢流产品浓度(40%)及细度需求(52%)，将底流口径由180 mm调整至175 mm。

2.1.3 旋流器考察数据分析

将试验数据处理后，如表6所示。

表6 试验相关数据对比 %

1)分级效率对比来看，FX840-GX旋流器平均分级效率比FX660-GT高6.7个百分点，分级效率提高幅度达到15.40%。

2)从底流夹细数据对比来看，FX840-GX旋流器平均底流夹细比FX660-GT低1.47个百分点，降低幅度达到13.69%。

3)从溢流-200目含量对比数据和溢流+80目对比数据可知，在溢流-200目细度基本相同情况下，FX840-GX旋流器对降低溢流+80目含量效果明显，平均降低幅度达到5.49%。

4)FX840-GX旋流器底流口条件试验可知，底流口的缩小有助于降低底流夹细、提高分级效率，但是缩小底流口也会降低溢流细度，综合来看本现场FX840-GX旋流器最佳底流口配置为175 mm。

5)FX840-GX旋流器浓度试验可知，溢流浓度降低有助于溢流细度的提升和溢流+80目含量的降低。结合现场工艺条件，FX840-GX旋流器的最佳溢流浓度为40%～42%。

2.2 浮选实验数据及分析

2.2.1 浮选实验数据

FX840-GX旋流器分级产品细度及浓度均达到生产要求后，分别取FX840-GX、FX660-GT×2旋流器分级产品进行实验室小型浮选实验。详细实验数据见表7。

表7 不同旋流器分级产品浮选实验对比

2.2.2 浮选实验数据分析

由于FX840-GX旋流器分级产品中+80目占比减少，一定程度改善了浮选给矿粒级组成，降低了+80目等难浮粒级对浮选指标的干扰，尾矿品位降低了0.01g/t，浮选回收率提高了0.516%。由于实验室小型浮选实验与生产现场浮选工艺存在差异，只有在该旋流器进一步推广应用后通过生产大数据获取准确回收率提高幅度。

2.3 生产现场技术参数对比分析

为进一步验证FX840-GX旋流器与FX660-GT对磨矿作业的影响，在分级产品指标(浓度、细度)相似的情况下，分别对现场技术参数进行为期一周的统计整理。详细对比数据见表8。

表8 不同旋流器下磨矿作业技术参数对比

通过生产现场技术参数对比可知，FX840-GX旋流器比FX660-GT在分级产品指标(浓度、细度)相似的情况下，磨机处理量提高3 t/h,磨机功耗降低18 kW/h。

3 结语

通过研究与应用旋流器分级新技术、活衬耐磨材料组合、大规格旋流器等精细化、大型化措施，提高了旋流器分级效率提高，降低了磨机循环负荷，减少了备件成本，改善了后续浮选作业回收率。

1)旋流器分级质效率由43.50%提高至47.50%，磨机循环负荷由378.65%降低至338.10%，有助于现场提产增效。通过实际生产可知，FX840-GX旋流器比FX660-GT在分级产品指标(浓度、细度)相似的情况下，磨机处理量提高3 t/h,磨机功耗降低18 kW/h。

2)旋流器运行台数由2台变为1台，死衬改活衬，且采用“单泵对单旋流器”连接模式，提高了操作便利性，减少了分配器、大锥、小锥等损耗件使用数量，降低了维护劳动成本。

3)旋流器分级产品中+80目占比由25.13%降低至20.61%，减少了+80目等难浮粒级对浮选指标的干扰，通过实验室小型浮选实验可知，浮选回收率提高了0.516%。