林寶新　楊學(xué)忠

摘 要 “十一五”、“十二五”期間，國內(nèi)選礦行業(yè)得到了迅猛發(fā)展，尤其是浮選工藝生產(chǎn)能力達(dá)到了前所未有的歷史高度?？焖俚臄U(kuò)大生產(chǎn)和不斷提高產(chǎn)能，必然會(huì)產(chǎn)生符合相關(guān)工藝的大型設(shè)備。大型設(shè)備的快速投產(chǎn)使用，必然會(huì)產(chǎn)生大型設(shè)備關(guān)鍵零部件的理論設(shè)計(jì)與實(shí)際應(yīng)用相偏差的應(yīng)用效果，同時(shí)也沒有及時(shí)總結(jié)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)及數(shù)據(jù)的積累。本文針對國內(nèi)外幾家知名院所生產(chǎn)浮選設(shè)備的關(guān)鍵零件、結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行情況進(jìn)行類比，統(tǒng)計(jì)相關(guān)數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞 葉輪 浮選機(jī) 彌散器 定子 傾角 拋物線 倒梯形

近十幾年來，新型浮選機(jī)不斷出現(xiàn)，種類較多，在世界各地使用上，占優(yōu)勢的首推荷蘭奧托昆普浮選機(jī)，在浮選機(jī)不斷推出新型的年代，有爭衡之勢的是美國道爾—奧利維浮選機(jī)。因此，僅就二者進(jìn)行討論。

OK型（芬蘭奧托昆普）與DORR型（美國道爾—奧利維）葉輪、外形雖稍有差異，但均近似一個(gè)回轉(zhuǎn)拋物線，如圖1與圖2。

北京礦冶研究總院與北京有色冶金設(shè)計(jì)研究總院（簡稱北礦院、北設(shè)院）設(shè)計(jì)的葉輪分別采用了兩種各異但外形近似一個(gè)回轉(zhuǎn)倒梯型，如圖3、圖4。

OK型尋求空氣與礦漿在葉輪部分別流動(dòng)，以便更好地找出優(yōu)化條件，而DORR型與北礦院、北設(shè)院尋求在葉輪腔中混合流動(dòng)，以便更好地達(dá)到早期形成礦漿與氣體之混合的目的。北礦院與北設(shè)院將葉片傾斜一個(gè)角度，成后向角，并在葉輪中間加一個(gè)帶有多孔的圓簡體，稱作空氣彌散器。而OK型與DORR型采用較為普遍的無傾角葉片，亦無彌散器。

通過北礦院、北設(shè)院過去一個(gè)時(shí)期試驗(yàn)、生產(chǎn)表明，OK型葉輪空氣分散的不理想，在相同轉(zhuǎn)速，相同直徑的條件下，功率消耗大，礦液面不夠穩(wěn)定。關(guān)于加彌散器的優(yōu)缺點(diǎn)，在我們探討中亦未得出定論。關(guān)于葉輪葉片傾角問題，亦有不同之看法，現(xiàn)就這些問題，提出一點(diǎn)初步看法，請同行專家們給予指正。

1葉輪外形

近似回轉(zhuǎn)拋物線—OK與DORR型；近似回轉(zhuǎn)倒梯型（或雙梯）—北礦院與北設(shè)院型。

OK型根據(jù)K·法勒內(nèi)斯（Fallellns）在浮選一書中介紹，他們是基于液體力學(xué)公式推導(dǎo)與試驗(yàn)得出最佳葉輪形狀，其計(jì)算結(jié)果與選優(yōu)試驗(yàn)之結(jié)果相近似，今無法去討論其試驗(yàn)的結(jié)果是否是較為優(yōu)化的條件，就其液體力學(xué)之推導(dǎo)的基理出發(fā)點(diǎn)，提出幾點(diǎn)疑問。

目前一些液體機(jī)械，淌無法由純數(shù)理計(jì)算方法得出最佳值（不加修正），一般都是在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，用流體力學(xué)的基理，用模式定律等方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后再到試驗(yàn)中修正，最終得到較為優(yōu)化之條件。例如水泵、螺旋槳、飛機(jī)、船舶等。例如他在報(bào)道中，采用旋轉(zhuǎn)動(dòng)量守恒的公式即V=V0并不加修正，塔理安教授50年代在旋流器試驗(yàn)中，已證V≠V0而是V=V0，n與粘度及其他條件有關(guān)，更主要的是這一守恒的概念是建立在無干攪的離心力場中，今葉輪與定子之間的情況有所不同，葉輪是在不停地旋轉(zhuǎn)，又如假定水頭是線型，（這種假定也是無根據(jù)的），況且這些概念也無法說明它是優(yōu)化條件（他的推導(dǎo)過程與公式詳見中譯本浮選下冊199頁—201頁）。

總之何種型式為最合理，尚有待于進(jìn)一步研究試驗(yàn)，用小型設(shè)備進(jìn)行模擬，真實(shí)性較差，用較大設(shè)備做清水試驗(yàn)，受測度條件所限亦較困難。據(jù)聞近年來有用激光進(jìn)行測定X觀察的說法，如能實(shí)現(xiàn)，應(yīng)有補(bǔ)益。

北礦院與北設(shè)院的葉輪型近似回轉(zhuǎn)倒梯型，二者又稍有差異，但在生產(chǎn)中均得到了較好的效果，可以進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化，至于哪一種形式為最佳，目前尚不能定論，有時(shí)稍加調(diào)整一下每種型式的各參數(shù)，均達(dá)到工藝之要求，但這并非否定優(yōu)化條件的客觀存在或?qū)で髢?yōu)化的必要性。

2葉輪的葉片傾角

以葉片為形位特點(diǎn)的葉輪有兩種型式：一是葉片無傾角—OK、DORR型（見圖1、圖2）；二是葉片有后向傾角—北礦院、北設(shè)院，（見圖3、圖4）。

葉輪的功能，是將礦漿由下部吸入，由上部甩出，經(jīng)過定子形成礦化泡沫與礦漿相互均一混合，并使礦粒能在槽中處于懸浮狀態(tài)，保證在槽的上部具有必要的穩(wěn)定液面。葉輪作用原理有些類似水泵，水泵有前向與后向傾角之葉片，其性能曲線亦各異。值得提出的是，浮選機(jī)葉輪的作用、要求與水泵有所不同，水泵葉輪只有一個(gè)任務(wù)，即最大限度無紊流，將水揚(yáng)出。而浮選機(jī)葉輪身兼三個(gè)任務(wù)，即一方面要揚(yáng)出礦漿，又要造成紊流使氣與礦充分混合形成礦化泡沫。根據(jù)8m3浮選機(jī)葉輪試驗(yàn)表明，用前向葉輪與后向葉輪，均能達(dá)到相同較好的工藝結(jié)果。只前向比后向多2個(gè)安培電流，如適當(dāng)?shù)卣{(diào)整一下葉輪轉(zhuǎn)速，均可達(dá)到同一功率消耗之目的，用直葉片其工藝效果亦同。

從客觀上粗略地講，為達(dá)到一定礦漿與空氣混合，形成礦化泡沫，礦漿與定子要有一定的沖擊、紊流，葉片向前、向后、直的都能應(yīng)用，只要調(diào)整一下速度或葉輪直徑將會(huì)達(dá)到相同之目的，參見圖5、圖6礦漿速度三角型。

五十年代林大輔工程師（日籍）在東北岫巖礦曾作過機(jī)械攪拌式浮選機(jī)葉輪葉片形式的試驗(yàn)。如曲線、直線、前向傾角、后向傾角，試驗(yàn)表明在浮選機(jī)的特定條件下，實(shí)際意義不大。

直葉片有可以反正轉(zhuǎn)均可的優(yōu)點(diǎn)，不僅可以提高本身的壽命，也可增加定子的使用壽命，在襯膠工藝上也會(huì)帶來簡化的優(yōu)點(diǎn)，建議在可能的范圍內(nèi)，盡量采用直葉片。

3葉輪的混氣型式

葉輪空氣混合型式分為：空氣由葉輪腔中給入—DORR型、北礦院、北設(shè)院型和空氣在葉輪外緣給出—OK型兩種。

3.1空氣由葉輪腔中給入

這種給入空氣方法，是較為普遍的傳統(tǒng)型式。如：我國常用的A型浮選機(jī)，DR型浮選機(jī)、DORR型、北礦院型、北設(shè)院型等。A型是自吸氣，其余是充氣式，設(shè)計(jì)者的意圖是想使空氣在葉輪腔中借助紊流與礦漿自身速度造成負(fù)壓吸入空氣使其混合，但由于空氣的比重比水小1千多倍，部分空氣會(huì)在腔中被礦漿擠出，自然的靠向另一邊，見圖2，就是說雖然全部空氣由葉輪中給入，但在腔中未能全部混合，一部分亦需在葉輪外緣或定子及其他地方混合。

3.2空氣在葉輪外緣給出

這種OK型葉輪，其設(shè)計(jì)意圖是希望在葉輪內(nèi)部盡量多地形成礦漿循環(huán)，在葉輪外緣以外與空氣再進(jìn)行混合，以期達(dá)到大循環(huán)量之目的。實(shí)際由于循環(huán)礦漿中就有空氣，或在循環(huán)中帶來空氣，葉輪腔中形成的情況與DORR型亦相同，只是各有多少之別（圖1）。北設(shè)院、北礦院的試驗(yàn)結(jié)果均證明此OK型不如DORR型，但在布干維爾選礦廠使用是成功的（磨礦粒度-200目占45-50%），在38m3的試驗(yàn)中OK型的電流比DORR型大10安培左右，且礦液面不穩(wěn)，氣泡過大。

以上這兩種葉輪，正如C.C.哈里斯所指出，“此兩種葉輪，前者達(dá)不到完全混合之目的，后者也達(dá)不到全部分開之目的”。只能使哪一項(xiàng)多一點(diǎn)或少一點(diǎn)而已。

關(guān)于這兩種葉輪型式的評價(jià)與適用范圍，還有待于進(jìn)一步研究。

4葉輪空氣彌散器

關(guān)于葉輪加彌散器，其目的想使空氣的壓力梯度在局部增加，使空氣分布由上向下，或由空氣面向礦漿面分散均勻一些，這個(gè)想法是可以的，但需有一定的壓力梯度，目前使用的彌散器是難以達(dá)到這一目的的，局部增壓如下式：

△H= €%]=

今所用板孔為例，取V=8m/s，計(jì)算結(jié)果△H只有8mm，這幾乎難以起多大作用，且葉輪中空氣與礦漿的作用情況尚較復(fù)雜多變，考慮到制造工藝簡化望盡量不采用彌散器。

參考文獻(xiàn)

[1] 長沙黑色冶金礦山設(shè)計(jì)研究院.選礦設(shè)計(jì)手冊[M].冶金工業(yè)出版社出版，1988.

[2] 胡為柏.浮選[M].冶金工業(yè)出版社，1982.

[3] 中國有色金屬學(xué)會(huì)冶金設(shè)備學(xué)術(shù)委員會(huì).大型浮選機(jī)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C].1988.