楊業(yè)國(guó)

（柳州華錫有色設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，廣西 柳州 545006）

1 大型浮選機(jī)設(shè)計(jì)原則

北京礦冶研究總院在浮選機(jī)研究及浮選動(dòng)力學(xué)理論研究的基礎(chǔ)上，通過(guò)探索大型浮選機(jī)流體動(dòng)力學(xué)的特殊規(guī)律，確定了浮選機(jī)內(nèi)部各粒級(jí)礦物與氣泡的碰撞、粘附、脫落過(guò)程及影響這些過(guò)程的原因，并據(jù)此提出了KYF系列和JJF-130型浮選大型浮選設(shè)備的設(shè)計(jì)原則。

2 KYF系列大型浮選機(jī)的研制與設(shè)計(jì)

2.1 浮選機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

KYF系列大型浮選機(jī)有“U”型槽體浮選機(jī)和柱型槽體浮選機(jī)兩種，浮選機(jī)主要由葉輪、定子、主軸、軸承體、空氣調(diào)節(jié)閥和槽體等組成，KYF系列大型浮選機(jī)的工作原理為:葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，槽內(nèi)礦漿從四周經(jīng)槽底由葉輪下端吸入葉輪葉片間，由鼓風(fēng)機(jī)給入的低壓空氣經(jīng)風(fēng)道、空氣調(diào)節(jié)閥、空心主軸進(jìn)入葉輪腔的空氣分配器中，通過(guò)分配器周邊的孔進(jìn)入葉輪葉片間，礦漿與空氣在葉輪葉片間進(jìn)行充分混合后，由葉輪上半部周邊排出，排出的礦流向斜上方運(yùn)動(dòng)，由安裝在葉輪四周斜上方的定子穩(wěn)定和定向后，分散到整個(gè)槽子中。礦化氣泡上升到槽子表面形成泡沫，泡沫自流到泡沫槽中，礦漿再返回葉輪區(qū)進(jìn)行再循環(huán)，另一部分則通過(guò)槽間壁上的流通孔進(jìn)入下槽進(jìn)行再選別。

2.2 浮選機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)研究

（1）槽體設(shè)計(jì)。對(duì)于充氣機(jī)械攪拌式浮選機(jī)，由于不需要靠葉輪造成負(fù)壓來(lái)吸氣，而是靠鼓風(fēng)機(jī)向槽內(nèi)壓入空氣，因此槽體可以適當(dāng)加深：①空氣消耗量隨槽深增加而減少，氣泡上升距離大，氣泡在槽內(nèi)的時(shí)間延長(zhǎng)，氣泡與礦粒碰撞機(jī)會(huì)相應(yīng)增加，氣泡能得到充分利用；②由于浮選機(jī)葉輪直徑的大小直接與浮選槽的長(zhǎng)寬有關(guān)，長(zhǎng)寬加大則所需的葉輪直徑也大，長(zhǎng)寬減小則所需的葉輪直徑也小，所以在容積一定的情況下槽深增加，則浮選槽的長(zhǎng)寬可以減小，葉輪直徑就相應(yīng)減小，功耗就會(huì)降低;③深槽在浮選過(guò)程中容易形成比較平穩(wěn)的泡沫區(qū)和較長(zhǎng)的分離區(qū)，有利于精礦質(zhì)量的提高和回收率的提高;④深槽設(shè)備占據(jù)廠房的面積小，可減少基建投資。對(duì)于單槽容積50m3及其以下的浮選機(jī)，為避免礦砂堆積、有利于粗重礦粒向槽中心移動(dòng)以便返回葉輪區(qū)再循環(huán)，減少礦漿短路現(xiàn)象，將槽底設(shè)計(jì)為“U”形，截面形狀有正方形和八角形兩種，泡沫分別采用刮板機(jī)械排出自溢兩種。容積在50m3以上浮選機(jī)槽底設(shè)計(jì)為平底，為保證礦漿分散均勻，將槽體截面設(shè)計(jì)為圓形。

（2）葉輪設(shè)計(jì)。浮選機(jī)的葉輪設(shè)計(jì)中需著重考慮下列問(wèn)題：①攪拌力要適中，不應(yīng)在槽內(nèi)造成較大的速度頭，這是因?yàn)樗俣阮^大會(huì)造成分選區(qū)不穩(wěn)定、液面翻花，影響氣泡礦化，降低有用礦物的回收，同時(shí)增加了不必要的功率消耗;②通過(guò)葉輪的礦漿循環(huán)量要大，這有利于礦粒懸浮、空氣分散和改善選別指標(biāo);③礦漿在葉輪中的流線合理，磨損輕且均勻;④形式合理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功耗低。

（3）定子設(shè)計(jì)。KYF系列浮選機(jī)采用低阻尼直懸式定子，采用徑向短葉片，安裝在葉輪周圍斜上方，由支腳固定在槽底。這樣可使得定子下部區(qū)域周圍的礦漿流通面積增大，消除了下部零件對(duì)礦漿的不必要干擾，有利于礦漿向葉輪下部區(qū)域的流動(dòng)，同時(shí)降低了礦漿循環(huán)阻力，降低動(dòng)力消耗，增強(qiáng)了槽體下部循環(huán)區(qū)的循環(huán)和固體顆粒的懸浮能力。葉輪中甩出的礦漿-空氣混合物可以順利地進(jìn)入礦漿中，空氣得到了很好的分散。定子的關(guān)鍵參數(shù)定子的直徑，可通過(guò)放大方法放大得到。

3 JJF—130大型浮選機(jī)的研制與設(shè)計(jì)

（1）槽體設(shè)計(jì)。目前，國(guó)內(nèi)外大型機(jī)械攪拌式浮選設(shè)備都采用圓柱形槽體，其對(duì)稱性可提高充氣的分散度和礦漿表面的平穩(wěn)度，可改善浮選機(jī)的效率。JJ F-130型浮選機(jī)將槽底設(shè)計(jì)為錐底形，有利于粗重礦粒向槽中心移動(dòng)以便返回葉輪區(qū)再循環(huán)，減少礦漿短路現(xiàn)象。

（2）泡沫槽設(shè)計(jì)。在浮選機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，要考慮到泡沫的特性，設(shè)計(jì)一個(gè)良好的泡沫溢流設(shè)備，直接關(guān)系到浮選目的礦物的工藝指標(biāo)。對(duì)于大型浮選機(jī)要考慮到泡沫輸送距離、泡沫水平方向的流動(dòng)速度以及泡沫整體的均勻運(yùn)動(dòng)。本次設(shè)計(jì)充分考慮了上述問(wèn)題，在設(shè)計(jì)中采用了周邊溢流方式和錐形推泡器加速泡沫的流動(dòng)。采用周邊溢流方式利用礦漿的自然流動(dòng)方向，加速泡沫的溢流，提高浮選速度;礦漿流在向上流動(dòng)過(guò)程中，碰到錐形推泡器會(huì)改變流向，向上流變成了水平流，這樣就加速了泡沫的水平流動(dòng)，縮短了泡沫的駐留時(shí)間，并且錐形推泡器和泡沫槽會(huì)降低泡沫表面積，相應(yīng)增加泡沫層的厚度，有利于泡沫的二次富集，提高泡沫的品位。

（3）葉輪設(shè)計(jì)。葉輪是機(jī)械攪拌式浮選機(jī)最主要的部件之一，它擔(dān)負(fù)著攪拌礦漿、循環(huán)礦漿、自吸空氣和分散空氣的作用。JJ F-130浮選機(jī)的葉輪為:星形葉輪，徑向倒角葉片。確定葉輪結(jié)構(gòu)參數(shù)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，需要進(jìn)行大量的試驗(yàn)才能逐步取得合理的參數(shù)。在給定槽容積的情況下，轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)一般將決定所必需的吸氣能力和礦漿循環(huán)能力。在給定功率情況下，轉(zhuǎn)子縱橫比(長(zhǎng)度/直徑)將影響轉(zhuǎn)子的吸氣能力和礦漿循環(huán)能力。如果縱橫比太小，空氣吸入量將超過(guò)循環(huán)量，而如果比率太大，則相反。系統(tǒng)的水力學(xué)試驗(yàn)斷定，從空氣吸入和礦漿循環(huán)的觀點(diǎn)來(lái)看，轉(zhuǎn)子的縱橫比接近110是最佳的。為了找出JJF-130型浮選機(jī)合理的葉輪結(jié)構(gòu)參數(shù)，進(jìn)行了試驗(yàn)。最終確定了JJF-130型浮選機(jī)的葉輪結(jié)構(gòu)參數(shù)。

（4）定子設(shè)計(jì)。定子設(shè)計(jì)中考慮的兩個(gè)主要因素是:①定子與槽體的距離;②定子通道面積的大小。在葉輪機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)中，三相流體離開(kāi)定子，帶有較大的動(dòng)量徑向地撞擊到槽壁上，因此槽壁的位置將影響到三相流體的運(yùn)動(dòng)。在給定轉(zhuǎn)速和浸沒(méi)深度條件下，距離太小，會(huì)引起吸氣量和循環(huán)量二者減小，槽邊也可能出現(xiàn)翻花;距離太大，通過(guò)定子的三相礦漿又甩不到槽邊，氣泡分散度不好。定子上通道面積對(duì)吸氣量和液面穩(wěn)定性有一定影響，通道面積過(guò)小，甩出礦流所受到的阻力增大，將引起吸氣量減小。通道面積過(guò)大，雖然吸氣量顯著增加，但液面不穩(wěn)。

浮選槽內(nèi)的流體動(dòng)力學(xué)運(yùn)動(dòng)比較復(fù)雜，影響的因素較多，流體通過(guò)定子通道的徑向速度難以依據(jù)理論計(jì)算來(lái)確定，因此定子至槽壁的距離以及定子通道面積的大小，就有待于通過(guò)試驗(yàn)，從吸氣量、循環(huán)量、液面穩(wěn)定性等各方面兼顧考慮，適當(dāng)確定其數(shù)值。