楊韌華

(江西銅業(yè)集團公司德興銅礦，江西 德興 334224)

水力旋流器是一種利用離心力場分離不同密度混合物的高效分離設備，具有操作方便、占地面積小、處理量大、分離效率高等優(yōu)點，在選礦、石油和化工領域有著廣泛的應用[1-3]。江銅集團德興銅礦尾礦回收廠采用Φ350水力旋流器作為尾礦回收預先分級和檢查分級作業(yè)設備，其進料體為傳統(tǒng)的漸開線式，分級效果一直未達到設計要求。為了進一步優(yōu)化磨礦分級工藝參數(shù)，提高浮選作業(yè)指標，進行了新型螺旋線進料體結構的Φ350旋流器與原有漸開線式Φ350旋流器的對比試驗，尋求最優(yōu)的磨礦分級指標。

1 新舊旋流器結構區(qū)別

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

圖1 螺旋線式進料體

圖2 漸開線式進料體

從圖1和圖2中可以看出，新型螺旋線進料體結構的旋流器入料口具有更大的弧度，其進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1/2～3/4圓周后才進入旋流器內(nèi)部，其結構優(yōu)勢在于能夠降低旋流器入料口的阻力；同時，進料體的導流行程更長，物料在該結構進料體中可以實現(xiàn)預先分級。對新結構旋流器進料體進行流場數(shù)值模擬如圖3所示，圖中礦漿在進料體中旋轉1/4周時，礦漿濃度已發(fā)生變化，靠近外側礦漿濃度增加，靠內(nèi)側礦漿濃度降低，說明礦漿中的粗顆粒在進料體外側富集，相應的細顆粒在進料體內(nèi)側富集，此驗證了新型進料體具備預分級作用，這是傳統(tǒng)漸開線式進料體旋流器所不具備的，理論上新型進料體旋流器的分級效率更高[4,5]。

圖3 新型螺旋線進料體礦漿濃度分布數(shù)值模擬

2 生產(chǎn)分級指標對比

為了考察新式螺旋線進料體旋流器與老式的漸開線進料體旋流器的性能指標，分別在預先分級和再磨分級中進行了試驗，并考察2個月的生產(chǎn)數(shù)據(jù)指標，以對比兩種旋流器的分級性能。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，礦物粒度相對較粗且粒度組成較窄，在預先分級作業(yè)為提高處理量并防止溢流跑粗，旋流器角錐比不宜過大；而在再磨分級中，礦物經(jīng)磨礦后粒級組成變寬，且需考慮返砂量對磨機效率的影響，此時旋流器角錐比的選擇要更寬泛些。因此，在預先分級試驗中對比了漸開線式進料體旋流器、新式螺旋線進料體旋流器(角錐比0.44)和新式螺旋線進料體旋流器(角錐比0.50)三種方案；在再磨分級中對比了老式進料體旋流器(漸開線式)、新式螺旋線進料體旋流器(角錐比0.50)、新式螺旋線進料體旋流器(角錐比0.58)和新式螺旋線進料體旋流器(角錐比0.75)四種方案。

2.1 預先分級對比試驗

預先分級旋流器對比試驗數(shù)據(jù)如圖4和圖5所示。

圖4 預先分級新、老結構旋流器沉砂粒級組成對比

圖5 預先分級新、老結構旋流器溢流粒級組成對比

圖4為三種型號水力旋流器所得預先分級沉砂粒度組成對比。從中可以看出，老式旋流器所得沉砂中細粒級(≤38 μm)產(chǎn)率最高，而在+45 μm的各粒級產(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(+74 μm)總產(chǎn)率最高。圖5為三種型號水力旋流器所得預先分級溢流粒度組成對比。從結果來看，老式旋流器所得溢流中細粒級產(chǎn)品(≤38 μm)產(chǎn)率最低，而在+38 μm的各粒級產(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粒級產(chǎn)品(≤38 μm)產(chǎn)率最高。

綜合上述結果可以看出，三種型號水力旋流器分級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料體的構造，物料在旋流器中的運動行程變長，有利于提高分級效率；而兩種不同角錐比的新式旋流器之間，角錐比越大，對應的旋流器溢流管直徑越小，旋流器流場內(nèi)部的分離界面越窄，導致分級粒度變小，粗顆粒進入溢流的幾率越低，旋流器的分級效率越高。

2.2 再磨檢查分級對比試驗

在再磨檢查分級旋流器對比試驗中，分別對球磨機排礦、旋流器溢流、旋流器沉砂粒級進行了分析，相關數(shù)據(jù)分別如圖6至圖8所示；根據(jù)試驗數(shù)據(jù)繪制的旋流器分級性能曲線如圖9至圖12所示，不同類型旋流器的檢查分級產(chǎn)品中74 μm粒級含量指標和其它技術指標分別如表1和表2所示。

圖6 檢查分級新、老結構旋流器球磨機排礦粒級組成對比

圖7 檢查分級新、老結構旋流器溢流粒級組成對比

圖8 檢查分級新、老結構旋流器沉砂粒級組成對比

圖9 老式旋流器檢查分級效率曲線

圖10 新型旋流器(角錐比0.50)檢查分級效率曲線

圖11 新型旋流器(角錐比0.58)檢查分級效率曲線

圖12 新型旋流器(角錐比0.75)檢查分級效率曲線

表1 檢查分級新、老旋流器分級產(chǎn)品中-74 μm粒級含量

表2 新舊旋流器檢查分級磨礦負荷、分級質(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的過程中，球磨機排礦產(chǎn)品中-74 μm含量呈下降趨勢，在角錐比0.50時有最大值45.25%，其中新式旋流器三種角錐比參數(shù)的球磨排礦細度均優(yōu)于老式旋流器；使用新型旋流器的檢查分級溢流中-74 μm含量呈先增加后減少的趨勢，并在角錐比0.58時溢流細度有最大值73.03%，與老式旋流器相比，溢流細度提高9.06個百分點；且新型旋流器在角錐比0.50和0.75時，溢流中-74 μm含量也分別比老式旋流器高出6.86和0.13個百分點。使用新型旋流器的檢查分級沉砂中-74 μm含量隨著角錐比的增加而增加，且在角錐比為0.50時所得沉砂中-74 μm含量有最小值23.95%。

從旋流器的分級效率曲線上也可以體現(xiàn)旋流器的分級精度，曲線越陡說明旋流器的分級精度越高，可以利用曲線的陡度指數(shù)來精確判斷旋流器分級精度的優(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的過程中，旋流器分級效率曲線逐漸平緩，意味著旋流器的分級精度逐漸下降，其中角錐比0.50時旋流器的分級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，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的過程中，檢查分級磨礦循環(huán)負荷呈不斷增加的趨勢，在角錐比0.50時有最小磨礦循環(huán)負荷120%；老式旋流器磨礦負荷介于角錐比0.58和角錐比0.75之間。旋流器分級效率則隨著角錐比的增加呈下降趨勢，在角錐比0.50時分級質(zhì)效率最高，為46.91%，其中老式旋流器分級質(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，在角錐比0.50時分級精度陡度指數(shù)值SI有最大值，為0.433，而老式旋流器分級精度介于角錐比0.58和角錐比0.75之間。故新型旋流器在角錐比0.50時分級質(zhì)效率高于老式旋流器分級質(zhì)效率7.96個百分點，效率曲線陡度指數(shù)高于老式旋流器0.044個百分點。

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

3 結論

新型進料體旋流器相比傳統(tǒng)漸開線式進料體旋流器，分級效率和分級精度更高，通過在德興銅礦尾礦回收廠的應用證明，在閉路磨礦分級系統(tǒng)中新型旋流器分級質(zhì)效率高于老式旋流器分級質(zhì)效率7.96個百分點，效率曲線陡度指數(shù)高于老式旋流器0.044個百分點，溢流中-74 μm含量提高近7個百分點，且粒度組成更加合理，值得推廣應用。