馬崇振，張 華，梁 漢

（長沙礦冶研究院有限責(zé)任公司，湖南長沙 410012）

重選是利用不同礦物之間密度差異，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)選別的選礦手段，屬于三大傳統(tǒng)選礦方法之一。近十年來，重選在礦山行業(yè)占比下降明顯，但重選擁有自己特色，如能耗低、設(shè)備造價(jià)低、無污染、配置容易、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)，在當(dāng)今選礦中依舊占有一席之地［1］。

螺旋溜槽擁有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單、操作水平要求低、單位占地面積少、礦帶分布清晰、便于維護(hù)管理等特點(diǎn)，在選礦設(shè)備中，深受選礦工作者的青睞。螺旋溜槽以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用在黑色、有色和稀有金屬礦的選別上［2］。

1 螺旋溜槽分選原理

螺旋溜槽斷面通常呈立方拋物線形狀，底面較為平緩，分選過程中，在槽的尾端分別截取精、中、尾礦，且在選別過程中加不加沖洗水均可。礦漿給入到螺旋，在重力的作用下沿槽面向下流動，同時(shí)礦漿在離心慣性的作用下向螺旋槽外緣擴(kuò)展，形成了外緣流層厚、流速高，內(nèi)緣流層薄、流速低的狀態(tài)特征。漿流不僅沿槽的縱向流動，還有內(nèi)緣流體與外緣流體間的橫向交換。物料顆粒受著流體動力、離心力、摩擦力和重力等共同作用。因?yàn)檫\(yùn)動方向不同，物料在槽面上進(jìn)行分帶泥。精礦、中礦、尾礦及礦泥等礦物在螺旋溜槽上的分布，如圖1所示［3］。

圖1 礦物在螺旋槽上的分布

2 螺旋溜槽的設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)

設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)包括螺旋槽的直徑、螺旋槽的橫截面形狀、螺旋槽的螺距、螺旋槽的長度和圈數(shù)等［4］。

1.螺旋槽的直徑：螺旋槽的直徑是設(shè)備的重要參數(shù)，通常情況下，處理較粗物料應(yīng)采用大直徑螺旋槽。

2.螺旋溜槽的斷面形狀：螺旋溜槽的斷面形狀為立方拋物線，方程式為：

選取直角坐標(biāo)系的第三象限作為螺旋流槽的橫截面，如圖2所示，則坐標(biāo)原點(diǎn)O即為槽的外緣，A點(diǎn)為槽的內(nèi)緣。OA為槽的工作面，BA和OC為螺旋溜槽槽面的擋邊。

為使不同直徑的溜槽有相似截面，應(yīng)采取相同的初始角。但不同直徑的溜槽不可以選取相同的α值，即不能使用同一個(gè)拋物線方程。根據(jù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)分選0.3～0.02 mm粒級的物料時(shí)，下斜角γ選擇9°時(shí)，分選效率最佳。α值的近似計(jì)算式為：

圖2 螺旋溜槽的橫截面

式中：d為螺旋溜槽內(nèi)徑，d＝（0.18～0.20）D。

3.螺距的大?。郝菥嗟拇笮⊥ǔＳ糜诼菪睆街缺硎?，稱作距徑比，該比值一般為0.4～0.7。

4.螺旋槽的長度和圈數(shù)：螺旋槽的長度和圈數(shù)決定著物料運(yùn)行距離。對易選礦石有3～4圈即已夠用，對難選礦石則需5～6圈。

3 國內(nèi)外螺旋溜槽研究現(xiàn)狀

近二十年以來，為了解決礦石日益貧雜的形勢，滿足當(dāng)今礦業(yè)對原礦石需求量的增大，新設(shè)備的開發(fā)主要朝提高分選精度、提升單位處理能力的方向發(fā)展。

3.1 玻璃鋼螺旋溜槽

玻璃鋼螺旋溜槽既適用于選別鈦鐵礦、硫鐵礦、錫礦、金紅石等有色金屬，也適用于鉭鈮礦、鋯英石、獨(dú)居石、金礦等稀貴金屬礦物。該設(shè)備主要有北京礦冶研究總院、石城礦機(jī)、寧德市重力選設(shè)廠、沁龍防腐公司和福建省龍巖市冶金礦山機(jī)械廠。

目前，工業(yè)上主流螺旋溜槽直徑為700 mm、900 mm、1 200 mm及1 500 mm，其螺旋槽是螺旋溜槽的主體部件。螺旋槽固定在結(jié)構(gòu)架上，頂部設(shè)有分礦器，底部有物料截取器和接料斗，根據(jù)不同的需要，整個(gè)機(jī)組可以做成不同層數(shù)，一般分為一頭、二頭、三頭和四頭等結(jié)構(gòu)［2，5］。

3.2 旋轉(zhuǎn)螺旋溜槽

旋轉(zhuǎn)螺旋溜槽的整體結(jié)構(gòu)如圖3所示。螺旋槽體雙層（頭）設(shè)計(jì)，下部的傳動機(jī)構(gòu)帶動礦漿緩慢回轉(zhuǎn)。溜槽斷面分為立方拋物線形和橢圓形，上面布置有格條或三角刻槽，與螺旋直徑呈斜向關(guān)系。槽面的加強(qiáng)的離心力和微振動，導(dǎo)致物料迅速分帶，重、輕礦物運(yùn)動軌跡區(qū)分清晰。現(xiàn)已開發(fā)出Φ1 200 mm、Φ940 mm、Φ600 mm、Φ400 mm等多種規(guī)格產(chǎn)品［6，7］。

圖3 旋轉(zhuǎn)螺旋溜槽結(jié)構(gòu)圖

3.3 楔形刻槽螺旋溜槽

楔形刻槽螺旋溜槽產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，借鑒了其它選礦設(shè)備上的來復(fù)條作用機(jī)理，并加以優(yōu)化，在溜槽槽面上刻出楔形的槽，此種刻槽不僅僅可以改善斷面上濃度分布，以及對水流脈動起到增強(qiáng)作用，同時(shí)在其它機(jī)械部件的作用下，利于重礦物顆粒橫向移動，有效提升對重礦物的回收［8］。

1.葉片特點(diǎn)：楔形刻槽螺旋溜槽的葉片是在一般光面葉片的基礎(chǔ)上，按1 200 mm×720 mm溜槽的葉片斷面優(yōu)化設(shè)計(jì)而成，僅有的區(qū)別是刻有楔形槽。設(shè)計(jì)的楔形刻槽的高度由內(nèi)向外的間距依次按1.5 mm、2.0 mm、3.0 mm遞增。

2.組裝：Z型和H型葉片，根據(jù)需要可以設(shè)計(jì)成多種組合方式，常規(guī)的是下部二片Z型葉片和上部二片H型組裝成2H2Z型。

3.楔形刻槽溜槽的參數(shù)：（1）頭數(shù)與圈數(shù)：工業(yè)時(shí)安裝四頭，每頭又由四個(gè)葉片組成，因此共四圈；（2）螺旋外徑 D：工業(yè)上常用的直徑為 D＝1 200 mm；（3）縱向傾角和螺距S：縱向傾角從內(nèi)緣到外緣逐漸減小，內(nèi)緣為46.2°，中間的縱向傾角為18°，外緣縱向傾角＝10.82°；螺距采用工業(yè)上通用的螺距S＝720 mm。

3.4 Outotec螺旋溜槽

Outotec螺旋溜槽分選原理同普通螺旋溜槽，分選粒度一般為0.045～0.9 mm之間，物料中礦泥的多少影響分選指標(biāo)，當(dāng)?shù)V泥含量超過10%時(shí)，分選效果較差。精、中、尾礦及礦泥在螺旋槽上的分布如圖4所示。

圖4 礦物在螺旋槽上的分布

芬蘭奧圖泰螺旋溜槽在結(jié)構(gòu)上有許多創(chuàng)新，具體如下：

1.給料漿分配器：進(jìn)料漿液分配器，集中安裝在螺旋溜槽的頂部，確保了物料均勻地分配到每一個(gè)螺旋形的端部。分配器主體構(gòu)造為玻璃纖維，表面襯有耐磨的聚氨酯，中心柱和軟管是由耐用和可更換的HDPE制造，出口管的材質(zhì)為聚氨酯。八路頂部進(jìn)料分配器的示意圖如圖5所示。

2.物料定位分隔板：合格的精礦取決于選擇適當(dāng)?shù)呐帕峡诤头蛛x器的開口。重礦物，如鈦鐵礦或赤鐵礦在螺旋選礦機(jī)中快速地沉淀，它們應(yīng)該盡快地被分離出來。由于該精礦段為上寬下窄，靠近螺旋選礦機(jī)的頂部分離器應(yīng)打開比那些靠近底部更寬。這意味著該分離器以相對均勻的品級收集的濃縮物，而不是均勻的速率。物料定位分隔板如圖6所示。

圖6 物料定位分隔板

3.沖洗水部件：一些螺旋設(shè)備在重礦物的分離中使用洗滌水。洗滌水將濃縮的重礦物打散，并將較輕的礦物質(zhì)釋放出來，沖刷到螺旋線的外側(cè)。洗滌水也有助于集中向下的螺旋和在該分離器的流動。洗滌水的量需要0.3～1.0 m3／h范圍，這取決于重礦物含量、重礦物的比重和形狀以及進(jìn)料的顆粒粒度分布。沖洗水部件如圖7所示。

圖7 特殊設(shè)計(jì)的沖洗水部件

3.5 MULTOTEC螺旋溜槽

澳大利亞MULTOTEC螺旋溜槽分為1頭、2頭、3頭和4頭，最大直徑為1 000 mm。螺旋圈數(shù)為4～6圈。采用緊湊的模塊化設(shè)計(jì)，安裝或更換螺旋片簡便，所選材料壽命長，成本低，日常維護(hù)成本低。MULTOTEC螺旋溜槽仿真模型如圖8所示。

圖8 MULTOTEC螺旋溜槽仿真模型

澳大利亞MULTOTEC螺旋溜槽在結(jié)構(gòu)上有許多亮點(diǎn)，具體如下：

1.給料箱：給料箱采用固體聚氨酯澆注而成，外壁使用壽命長，獨(dú)特的設(shè)計(jì)確保漿體混合均勻，且可以更換。給料箱如圖9所示。

圖9 MULTOTEC螺旋溜槽給料箱

2.自動關(guān)閉通道：無需借助輔助分離器的幫助即可完成分離高密度顆粒，并可以控制流量大小，限制最大流量。

3.分料口和管道：外殼為堅(jiān)固的鍍鋅鋼板外殼；內(nèi)襯面為聚氨酯材料澆鑄；水平的出料口可以更換；防虹吸關(guān)閉開關(guān)；管道采用剛性H.D.P.E管道；模塊化聚氨酯彎頭；頂部或底部出料；通過反向?qū)訅壕_制造。分料和管道如圖10所示。

4.產(chǎn)品接料箱和分礦器：采用固體聚氨酯澆鑄而成；分礦器刻度盤精準(zhǔn)；接料箱箱體設(shè)計(jì)保證無固體堆積；分離器采用不銹鋼材質(zhì)；分礦器是獨(dú)立于槽的表面，并提供礦漿流的刀刃分割。分礦器如圖11所示。

圖10 MULTOTEC螺旋溜槽分料口和管道

圖11 MULTOTEC螺旋溜槽分礦器

4 在海濱砂礦中應(yīng)用實(shí)踐

4.1 海濱砂礦中回收稀土

采用旋轉(zhuǎn)螺旋溜槽作粗選設(shè)備，從海濱砂礦中回收稀土等有機(jī)礦物，分選效果理想，表1中列舉了分選指標(biāo)。從表1中不難看出，螺旋溜槽回收海濱砂礦中的稀土礦物效果明顯，富集高達(dá)10余倍。

表1 海濱砂礦稀土回收試驗(yàn)結(jié)果

4.2 澳洲海濱砂礦選鈦實(shí)踐

采用MULTOTEC螺旋溜槽作為粗選選礦設(shè)備，在原礦TiO2品位只有2.27%的情況下，可以獲得精礦品位24%以上、回收率88%以上的鈦精礦，拋尾率高達(dá)91%以上，可以代替粗選搖床。處理能力是搖床的幾十倍。分選指標(biāo)見表2。

表2 海濱砂礦選鈦分選指標(biāo)

4.3 莫桑比克海濱砂礦選鋯實(shí)踐

采用玻璃鋼螺旋溜槽作為粗選選礦設(shè)備，在原礦品位只有0.24%的情況下，可以獲得精礦品位2%以上、回收率85%以上的鋯粗精礦，拋尾率高達(dá)90%以上。分選指標(biāo)見表3。

表3 海濱砂礦選鋯分選指標(biāo)

4.4 印尼海濱砂礦回收鉭鈮礦實(shí)踐

采用Outotec螺旋溜槽作為印尼海濱砂礦回收鉭鈮礦的粗選設(shè)備，結(jié)合搖床工藝，經(jīng)過多段選別，在原礦品位只有0.20%的情況下，可以獲得精礦品位0.02%以上、回收率60%以上的鉭鈮精礦，拋尾率高達(dá)99%以上，富集比1 000以上，可以代替粗選搖床。處理能力是搖床的幾十倍。分選指標(biāo)見表4。

表4 海濱砂礦回收鉭鈮礦

5 展 望

螺旋溜槽在海濱砂礦中的應(yīng)用廣泛，且分選指標(biāo)理想，從一定角度上來講，螺旋溜槽屬于節(jié)能環(huán)保設(shè)備。為了更好地推廣應(yīng)用，螺旋溜槽的發(fā)展可以考慮從以下幾個(gè)方向入手：

1.設(shè)備大型化。對于選礦來說，通過利用規(guī)模效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)更大的經(jīng)濟(jì)效益。

2.設(shè)備自動化。分選過程穩(wěn)定，操作方便靈活，降低了工人勞動強(qiáng)度，便于維護(hù)和遠(yuǎn)程控制管理。

3.節(jié)能降耗。以節(jié)能、降耗、高效、環(huán)保為根本出發(fā)點(diǎn)，占地少，耗水耗電耗能低。