鄧 鋒 ，王進(jìn)松

(1. 貴州工程應(yīng)用技術(shù)學(xué)院化學(xué)工程學(xué)院，貴州 畢節(jié) 551700；2. 貴州省煤基新材料工程中心，貴州 畢節(jié) 551700； 3. 江蘇省徐州市銅山區(qū)國(guó)土資源局，江蘇 徐州 221100)

沉降-流態(tài)化復(fù)合分級(jí)機(jī)對(duì)鉬尾礦分級(jí)研究

鄧 鋒1,2，王進(jìn)松3

(1. 貴州工程應(yīng)用技術(shù)學(xué)院化學(xué)工程學(xué)院，貴州 畢節(jié) 551700；2. 貴州省煤基新材料工程中心，貴州 畢節(jié) 551700； 3. 江蘇省徐州市銅山區(qū)國(guó)土資源局，江蘇 徐州 221100)

選礦生產(chǎn)中常用的螺旋分級(jí)機(jī)、水力旋流器和細(xì)篩等分級(jí)設(shè)備存在不易操作、難維修、運(yùn)行成本高等缺陷。新開發(fā)的沉降-流態(tài)化復(fù)合分級(jí)機(jī)結(jié)合了沉降分級(jí)和流化床分級(jí)設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和分級(jí)原理。以某選礦廠鉬尾礦為原料，對(duì)其進(jìn)行了粒度、組成和水力沉降分析，考察上升頂水量、給料速度和礦漿濃度對(duì)分級(jí)的影響。結(jié)果表明，最佳上升頂水量幾乎不隨礦漿給料速度和濃度而變化，取值穩(wěn)定在120mL/s左右。分級(jí)機(jī)在礦漿濃度為30%的較低濃度和給料速度為200mL/s的中等給料速度運(yùn)行時(shí)可取得61.52%的最佳綜合分級(jí)效率。

沉降-流態(tài)化復(fù)合分級(jí)機(jī)；沉降分級(jí)；流化床分級(jí)；鉬礦

我國(guó)礦產(chǎn)資源大多“貧、細(xì)、雜、難”，須通過選礦提高礦石中有用組分含量，使其成為合格的工業(yè)原料[1]。分級(jí)是將含有不同粒度的物料在水或空氣中按沉降速度分成若干粒度級(jí)別的過程，是物料按粒度分離的一種形式[2]，已成為重要的選礦準(zhǔn)備作業(yè)，直接關(guān)系到選礦廠的成本控制和分選效果。一方面，如果分級(jí)系統(tǒng)不能將合格顆粒排出進(jìn)入下一工序，將會(huì)造成再磨，影響磨機(jī)的處理能力，加大能耗和鋼耗。另一方面，也更重要的是，沒有好的分級(jí)系統(tǒng)，就不能為后續(xù)的選別作業(yè)提供解離度或細(xì)度合格、粒群分布合理的物料。因此，對(duì)于分級(jí)機(jī)械的研制一直是礦物加工研究的重要內(nèi)容。

目前的選礦分級(jí)作業(yè)已經(jīng)形成了以螺旋分級(jí)機(jī)、水力旋流器、細(xì)篩為主的比較成熟的工藝，國(guó)內(nèi)具有自主產(chǎn)權(quán)的這三類設(shè)備也已經(jīng)取得了廣泛的應(yīng)用[3-5]。但仍存在一些缺陷，如水力旋流器磨損較嚴(yán)重、砂泵功耗大、對(duì)于操作條件要求比較嚴(yán)格；細(xì)篩的篩網(wǎng)經(jīng)常堵孔、維修量大、使用費(fèi)用高等，凸顯分級(jí)設(shè)備單一分級(jí)方式的不足[6]。為了使分級(jí)作業(yè)效率更高、成本更低、操作更方便，國(guó)內(nèi)外的研究者除了致力于窄斜流、高頻篩等新型分級(jí)機(jī)的研制，還進(jìn)行了復(fù)式分級(jí)機(jī)的開發(fā)[6-7]。

國(guó)外具有代表性的復(fù)式分級(jí)機(jī)是德國(guó)開發(fā)的復(fù)式流化分級(jí)機(jī)，該設(shè)備具有粗粒和中粒兩個(gè)分級(jí)室，分別應(yīng)用上升水流和流化床技術(shù)來完成分級(jí)[8]。已在多家廠礦進(jìn)行了應(yīng)用，分級(jí)效率是螺旋分級(jí)機(jī)的2.2倍，水力旋流器的1.8倍，振動(dòng)細(xì)篩的1.3倍[9-11]。

中國(guó)礦業(yè)大學(xué)也開發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的沉降-流態(tài)化復(fù)合分級(jí)機(jī)。本文將對(duì)此分級(jí)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和運(yùn)行過程進(jìn)行介紹，調(diào)節(jié)操作參數(shù)(上升水流流量、給料速度、礦漿濃度)對(duì)某選礦廠鉬尾礦進(jìn)行分級(jí)試驗(yàn)研究。

1 裝置設(shè)計(jì)

1.1 沉降-流態(tài)化復(fù)合分級(jí)模型機(jī)

自制沉降-流態(tài)化復(fù)合分級(jí)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)見圖1。主體結(jié)構(gòu)由兩個(gè)分級(jí)室構(gòu)成，即設(shè)備內(nèi)部中心圓筒狀的流化床分級(jí)室5和環(huán)繞流化床分級(jí)室的錐狀沉降分級(jí)室12，故稱為沉降-流態(tài)化復(fù)合分級(jí)機(jī)。

運(yùn)行時(shí)，一定的物料和水首先通過給料管1進(jìn)入攪拌給料筒2，在攪拌給料筒中形成具有一定濃度的礦漿，然后以一定的速度通過套筒給入到錐狀沉降分級(jí)室12。在沉降分級(jí)室中，由于不斷有礦漿給入，產(chǎn)生具有一定速度的上升水流，在上升水流的作用下，較細(xì)的礦物顆粒上升進(jìn)入溢流槽4形成溢流，而較粗的顆粒則下沉沿著錐形面進(jìn)入中心圓管部分，即流化床分級(jí)室5。在流化床分級(jí)室，通過清水管6給入頂水，形成上升水流，當(dāng)?shù)V物顆粒的干擾沉降速度大于上升水流速度時(shí)，顆粒下沉形成底流排出，反之上升形成溢流與錐段分級(jí)的溢流在溢流槽4合流排出，完成分級(jí)過程。

試驗(yàn)用分級(jí)機(jī)模型機(jī)的主體部分由有機(jī)玻璃制成，以達(dá)到便于觀察內(nèi)部流動(dòng)情況的目的。模型中給水使用的是水管給水，以閥門控制流量，給料及排料均使用渣漿泵。

1.2 上升頂水試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

自制上升頂水試驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵妶D2。水流量通過流量計(jì)1調(diào)節(jié)，對(duì)位于布水板2 A-A面上的物料作用，可以產(chǎn)生粒度組成不同的溢流。通過溢流的粒度組成分析礦物顆粒的水力學(xué)特性，并以此確定分級(jí)機(jī)上升頂水量選定的大致范圍。

1-給料管；2-攪拌給料筒；3-紊流板；4-溢流槽；5-流化床分級(jí)室；6-清水管；7-底流排料管；8-污水排放口；9-第二清水管；10-不銹鋼燒結(jié)網(wǎng)濾盤；11-支撐架；12-錐狀沉降分級(jí)室圖1 沉降-流化復(fù)合分級(jí)機(jī)基本結(jié)構(gòu)

圖2 上升水流試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜋C(jī)

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 研究方法

目前選礦生產(chǎn)過程中使用較多的評(píng)價(jià)分級(jí)效果的指標(biāo)為綜合分級(jí)效率η(式(1))，本文也予以采用[12]。

(1)

式中：α為給料中小于規(guī)定粒度的粒子含量；β為細(xì)粒級(jí)產(chǎn)物中小于規(guī)定粒度的粒子含量；γ為分級(jí)后細(xì)粒級(jí)產(chǎn)物產(chǎn)率。

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

首先對(duì)原料進(jìn)行粒度分析和元素分析，初步評(píng)價(jià)可分級(jí)性。再進(jìn)行水力分析，得出以74μm作為目標(biāo)分級(jí)粒度的上升頂水量取值范圍。然后調(diào)節(jié)給料速度和礦漿濃度進(jìn)行分級(jí)試驗(yàn)，分析沉降-流態(tài)化模型分級(jí)機(jī)的最佳工藝參數(shù)和性能。

3 結(jié)果與討論

3.1 原料性質(zhì)

試料采自河南某礦業(yè)公司鉬礦選礦廠尾礦，其粒度組成和各粒級(jí)主要金屬元素含量見表1?？梢?，礦物顆粒+180μm和-45μm含量均超過30%，中間粒級(jí)含量?jī)H為34.14%，以74μm為目標(biāo)分級(jí)粒度時(shí)附近粒度的顆粒含量不多，較易分級(jí)。但主要金屬元素的含量隨著粒度的減小總體呈上升的趨勢(shì)，真密度也隨之上升，尤其-45μm各金屬元素含量最高，真密度達(dá)到了3.49g/cm3，會(huì)對(duì)分級(jí)產(chǎn)生不利影響。

3.2 上升頂水量試驗(yàn)

分別調(diào)上升頂水量為75mL/s 、100mL/s 、125mL/s、150mL/s、175mL/s 、200mL/s進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見表2。

表1 原料性質(zhì)

表2 上升頂水試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表2，繪制各上升頂水量下的分配曲線圖，見圖3。由圖3可見，各分配曲線均較為平緩，說明單純利用上升水流法的分級(jí)效率不高。根據(jù)分配率50%時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒度即為分配粒度這一標(biāo)準(zhǔn)[12]，求出對(duì)應(yīng)的分配粒度，并列于表3?？芍繕?biāo)分級(jí)粒度為74μm時(shí)，上升頂水量應(yīng)在120mL/s左右。

圖3 分配曲線圖

表3 上升頂水量與分配粒度對(duì)應(yīng)表

上升水流(mL·s-1)75100125150175200分配粒度(μm)456282115130150

3.3 給料速度實(shí)驗(yàn)

調(diào)節(jié)礦漿濃度為30%，給料速度分別為50mL/s、200mL/s、400mL/s、600mL/s。結(jié)合上升頂水實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在上升頂水量120mL/s附近分別選取100mL/s、110mL/s、120mL/s、130mL/s、140mL/s、150mL/s。試驗(yàn)結(jié)果見表4，根據(jù)表4數(shù)據(jù)得圖4。

可見，各給料速度工況下的最高綜合分級(jí)效率所對(duì)應(yīng)的上升頂水量(即最佳水流量)均在120mL/s左右，是一個(gè)較穩(wěn)定的操作參數(shù)。說明錐段沉降分級(jí)室對(duì)最佳頂水量的影響不大，主要取決于中心圓筒段流化床分級(jí)室分級(jí)情況。由此也可見兩個(gè)分級(jí)室的分級(jí)過程相對(duì)獨(dú)立，并無較大的互相擾動(dòng)。

表4 給料速度試驗(yàn)結(jié)果

3.4 礦漿濃度試驗(yàn)

選定給料速度為200mL/s。分別調(diào)節(jié)礦漿濃度為30%、45%、60%進(jìn)行試驗(yàn)。上升頂水量依舊選定為100mL/s、110mL/s、120mL/s、130mL/s、140mL/s、150mL/s。試驗(yàn)結(jié)果如表5所示，根據(jù)數(shù)據(jù)作圖,見圖5。

圖4 上升頂水量與給料速度的關(guān)系

表5 礦漿濃度試驗(yàn)結(jié)果

礦漿濃度(%)上升水流流量(%)α(%)β(%)γ(%)綜合分級(jí)效率(%)3010051．2189．5036．7156．2611051．2186．2040．9957．4112051．2183．9047．0261．5213051．2180．351．5360．0014051．2171．2261．5349．2815051．2165．4569．6439．694510051．2187．3638．8856．2611051．2185．1842．8658．2712051．2181．8347．7358．4913051．2175．2656．2654．1514051．2168．3266．4945．5315051．2162．6575．2834．476010051．2184．5239．6452．8511051．2181．3646．7956．4612051．2178．7150．4655．5413051．2171．5360．3549．0814051．2165．2670．1439．4415051．2160．7178．0929．69

圖5 上升頂水量與礦漿濃度的關(guān)系

可以看出，最佳上升頂水量亦未隨礦漿濃度的變化而變化，較為穩(wěn)定地取值在120mL/s，與給料速度實(shí)驗(yàn)的結(jié)果一致。同時(shí)可見，在所選濃度范圍內(nèi)，隨著礦漿濃度的增加，分級(jí)機(jī)的綜合分級(jí)效率降低。可從礦物顆粒的干擾沉降速度分析該結(jié)果。

因?yàn)槌两?流態(tài)化分級(jí)機(jī)中鉬尾礦顆粒的運(yùn)動(dòng)屬于較小顆粒以較小速度的沉降，介質(zhì)阻力以摩擦阻力為主，顆粒的自由沉降末速可用斯托克斯公式計(jì)算[13]，見式(2)。

(2)

而實(shí)際分級(jí)過程并非單個(gè)顆粒在無限介質(zhì)空間里的自由沉降，而是顆粒成群地在有限空間里的干擾沉降，沉降速度會(huì)受到周圍顆粒的影響。當(dāng)?shù)V漿濃度增加時(shí)，也即是增加了粒群中顆粒的數(shù)量。由于任一顆粒的運(yùn)動(dòng)都將引起周圍的流體運(yùn)動(dòng)，而顆粒大量存在且又不易變形，結(jié)果流體介質(zhì)就會(huì)受到阻尼而不易流動(dòng)，相當(dāng)于增加了流體的黏性μ，從而降低了顆粒的干擾沉降速度。在錐段沉降分級(jí)室，干擾沉降速度降低意味著顆粒進(jìn)入溢流的概率增大，容易“跑粗”而降低分級(jí)效率。在中心圓筒段流化床分級(jí)室，如上文對(duì)給料速度試驗(yàn)的分析結(jié)論，礦漿濃度的增加會(huì)導(dǎo)致顆粒間縱向上的相互作用力的增大，對(duì)分級(jí)不利。

4 結(jié)論

1)沉降-流態(tài)化復(fù)合分級(jí)機(jī)的主體結(jié)構(gòu)為錐段的沉降分級(jí)室和中心圓筒段的流態(tài)化分級(jí)室，運(yùn)行時(shí)先經(jīng)沉降分級(jí)，再進(jìn)行流化床分級(jí)。

2)最佳上升頂水量不隨給料速度和給料濃度的變化而變化，是一個(gè)較為穩(wěn)定的操作參數(shù)。

3)在30%的較低濃度和200mL/s的中速進(jìn)料時(shí)可取得綜合效率為61.52%的良好分級(jí)效果。

[1] 王淀佐, 盧壽慈, 陳清如, 等. 礦物加工學(xué)[M]. 徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社, 2003: 4-5.

[2] 黃云平. 閉路濕磨中斜窄流分級(jí)設(shè)備研發(fā)與應(yīng)用[D]. 昆明：昆明理工大學(xué), 2003.

[3] 韓英, 尤官林. 關(guān)于超細(xì)分級(jí)機(jī)幾個(gè)問題的探討[J]. 武漢化工學(xué)院學(xué)報(bào), 1999, 21(2): 39-43.

[4] 孫吉鵬, 童雄, 王成行. 國(guó)內(nèi)外新型水力旋流器的發(fā)展與應(yīng)用[J].礦山機(jī)械, 2009, 37(1): 107-112.

[5] 許建蓉, 王懷法. 分級(jí)技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展與展望[J]. 潔凈煤技術(shù), 2009, 16(2): 25-27.

[6] 沈麗娟,陳建中, 胡言鳳. 細(xì)粒礦物分級(jí)設(shè)備的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展[J]. 選煤技術(shù), 2010(3):65-69.

[7] 萬小金, 杜建明. 選礦物料分級(jí)技術(shù)與設(shè)備的研究進(jìn)展[J]. 云南冶金, 2011, 40(6): 13-19.

[8] 鄒健, 周魯生, 李銳, 等. 德國(guó)AFX-100復(fù)式流化分級(jí)機(jī)的開發(fā)及工業(yè)試驗(yàn)研究[J]. 金屬礦山, 2005(S2): 1-13.

[9] 鄒健, 周魯生, 李銳, 等. AFX-100復(fù)式流化分級(jí)機(jī)的開發(fā)及工業(yè)試驗(yàn)研究[J]. 金屬礦山, 2006 (3): 32-36.

[10] 劉建華, 羅主平. 大型貧細(xì)金屬礦石資源開發(fā)關(guān)鍵新技術(shù)(一) [J]. 現(xiàn)代礦業(yè), 2010 (6): 26-31.

[11] 劉建華, 羅主平. 大型貧細(xì)金屬礦石資源開發(fā)關(guān)鍵新技術(shù)(二) [J]. 現(xiàn)代礦業(yè), 2010 (7): 21-25.

[12] 王淀佐, 邱冠周, 胡岳華. 資源加工學(xué)[M]. 北京：科學(xué)出版社, 2005: 84-86.

[13] 謝廣元, 張明旭. 選礦學(xué)[M]. 徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社, 2001: 107-111.

Experimental study on compound sedimentation-fluidized hydraulic classifying of molybdenum tailings

DENG Feng1,2, WANG Jinsong3

(1. Chemical Engineering Institute, Guizhou University of Engineering, Bijie 551700, China; 2. Guizhou Engineering Centre of Coal-Based New Materials, Bijie 551700, China; 3. Land Resources Bureau of Tongshan District，Xuzhou 221110, China)

Spiral classifier, hydrocyclone and fine screen are commonly used classification equipments in the mineral processing. But they have some defects, such as difficult to handle and repair, high operating costs, etc. The compound sedimentation-fluidized hydraulic classifier is a newly developed classification equipment, which combines the basic structures and principles of sedimentation classifier and fluidized bed classifier. A molybdenum tailings sample from one concentrator was chose as raw material. Particle size composition, metal elements and hydraulic analysis of this sample were tested. The effects of rising water quantity, feeding velocity and slurry concentration on the classification efficiency were studied. The results show that the optimum rising water quantity had little change with feeding velocity and slurry concentration. It’s a stable value at about 120mL/s. The classifier achieves an optimum synthesis classification efficiency of 61.52% at a lower feed concentration of 30% and a medium feed rate of 200 mL/s.

compound sedimentation-fluidized hydraulic classifier; sedimentation classification; fluidized bed classification; molybdenum ore

2016-10-20

貴州省科學(xué)技術(shù)基金項(xiàng)目資助(編號(hào)：黔科合J字LKB[2013]06號(hào))；貴州工程應(yīng)用技術(shù)學(xué)院教學(xué)研究與改革課題資助(編號(hào)：JG2015017)

鄧鋒(1986-)，男，講師，碩士，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)潔凈能源技術(shù)與工程專業(yè)畢業(yè)，從事礦物分離技術(shù)研究，E-mail：dfengkd@126.com。

簡(jiǎn)介：王進(jìn)松(1986-)，男，碩士，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)礦物加工工程專業(yè)，從事礦物加工工藝與設(shè)備研究，E-mail：903973019@qq.com。

TD94

A

1004-4051(2017)01-0092-06