王 磊，任 頔，季安坤，初福棟，姜程陽

1威海市海王旋流器有限公司 山東威海 264200 2中國黃金集團(tuán)內(nèi)蒙古礦業(yè)有限公司烏山銅鉬礦 內(nèi)蒙古呼倫貝爾 021400

烏努格吐山銅鉬礦 (以下簡稱“烏山銅鉬礦”)是中國黃金集團(tuán)內(nèi)蒙古礦業(yè)公司開發(fā)的低品位大型銅鉬有色金屬礦山，屬于特大型露天金屬礦。礦區(qū)銅金屬儲量為 302 萬 t，鉬金屬儲量為 65 萬 t，2009年一期工程建成投產(chǎn)，擴(kuò)建工程于 2012 年完成。該礦分兩期建設(shè)，共 3 個生產(chǎn)系列，處理量達(dá)到 8萬 t/d，其中二期有 1 個系列，目前處理能力可達(dá)到4.4 萬 t/d[1-2]。

分級作業(yè)是選礦廠的關(guān)鍵工序，水力旋流器是利用離心力場、加速礦漿中固體顆粒沉降和強(qiáng)化分離過程的有效分離設(shè)備[3]。烏山銅鉬礦二期采用的是大型半自磨—球磨的 SABC 工藝流程[4]，具有物料處理量大、粒級組成特殊等特點(diǎn)，需要特定的大型水力旋流器與之配套。威海市海王旋流器有限公司研發(fā)的用于有色礦山分級的 FX840 水力旋流器，其直徑為 840 mm，單臺處理能力達(dá)到 800～1 000 m3/h，文中筆者將介紹 FX840 旋流器在烏山銅鉬礦的應(yīng)用及實(shí)際工業(yè)應(yīng)用效果。

1 分級工藝簡介

烏山銅鉬礦二期采用大型半自磨—球磨的 SABC工藝，系統(tǒng)原礦處理量為 1 850 t/h，分級作業(yè)中原使用的是國外某品牌水力旋流器，目前由于生產(chǎn)需要，頑石破碎機(jī)暫時停機(jī)。SABC 工藝流程相關(guān)設(shè)備配置如表 1 所列，旋流器入料的平均物性參數(shù)如表 2 所列。

表1 SABC 工藝系統(tǒng)設(shè)備配置Tab.1 Equipment configuration of SABC process system

表2 旋流器入料的平均物性參數(shù)Tab.2 Average material parameters of feed for hydrocyclone

SABC 工藝流程中，原國外某品牌的旋流器在使用過程中，指標(biāo)雖然可以大致滿足現(xiàn)場要求，但經(jīng)考查后發(fā)現(xiàn)該分級系統(tǒng)仍有提升的空間，且國外旋流器費(fèi)用昂貴，技術(shù)服務(wù)和備件周期的時效性較低，不利于選廠的長期穩(wěn)定生產(chǎn)。綜合運(yùn)行成本及效益考慮，該礦決定采用國產(chǎn)大型高效的 FX840 水力旋流器進(jìn)行相關(guān)生產(chǎn)試驗(yàn)。

2 FX840 水力旋流器

根據(jù)前期對烏山銅鉬礦的分級作業(yè)中入料性質(zhì)及工藝的多方面考查，考慮到具體的工況環(huán)境，F(xiàn)X840水力旋流器采用了新型螺旋線進(jìn)料方式、多錐體組合錐角技術(shù)、厚壁溢流管和大錐角沉砂技術(shù)[5]，使旋流器管腔更好地順應(yīng)了流體的運(yùn)動規(guī)律，降低了短路流對分級的影響，有效提高錐體內(nèi)部的離心強(qiáng)度，提高旋流器的溢流細(xì)度，降低粗細(xì)顆粒的機(jī)械夾雜，進(jìn)而提高了旋流器的分級精度和分級效率。

2.1 旋流器主要技術(shù)指標(biāo)

2.1.1 分級質(zhì)效率

分級質(zhì)效率是指分級設(shè)備溢流中實(shí)際被分級出的某一粒度級別的質(zhì)量占分級設(shè)備給礦中同一粒級質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。該指標(biāo)同時考慮了細(xì)粒級在溢流中的回收率和溢流質(zhì)量的提高[6]，其數(shù)值越高，表明分級設(shè)備的分級效果越好，返砂中合格粒級含量越少，過磨現(xiàn)場越輕，因此磨礦效率也越高。其數(shù)學(xué)表達(dá)公式為

中：η為分級質(zhì)效率，%；α為旋流器給礦中計算粒級含量，%；β為旋流器溢流中計算粒級含量，%；θ為旋流器沉砂中計算粒級含量，%。

計算分級效率時，旋流器給礦、溢流、沉砂中計算粒級含量通常以 -200 目含量計算。

2.1.2 循環(huán)負(fù)荷

循環(huán)負(fù)荷是指分級設(shè)備反砂的質(zhì)量與磨機(jī)新給礦質(zhì)量的百分比。在整個磨礦系統(tǒng)中，合理的循環(huán)負(fù)荷尤為重要，會直接影響磨機(jī)的磨礦細(xì)度以及生產(chǎn)能力。循環(huán)負(fù)荷過高，會引起磨機(jī)“脹肚”，旋流器過載，破壞正常運(yùn)行。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為

式中：C為循環(huán)負(fù)荷，%。

計算循環(huán)負(fù)荷時，旋流器給礦、溢流、沉砂中計算粒級含量通常以 -200 目含量計算。

2.2 旋流器結(jié)構(gòu)參數(shù)探索

為了探索現(xiàn)場分級旋流器適宜的結(jié)構(gòu)參數(shù)，使其更加匹配現(xiàn)場的工況條件，前期先安裝 2 臺 FX840 水力旋流器進(jìn)行探索試驗(yàn)。根據(jù)旋流器的運(yùn)行指標(biāo)先后提出了 3 種方案，各方案中旋流器的結(jié)構(gòu)參數(shù)如表 3所列，具體試驗(yàn)結(jié)果如表 4 所列。

表3 不同方案下 FX840 水力旋流器的結(jié)構(gòu)參數(shù)Tab.3 Structural parameters of FX840 hydrocyclone in various schemes

從表 3、4 可以得出以下結(jié)論：

(1)方案一中旋流器溢流細(xì)度較粗，-200 目含量僅為 55.33%，分級質(zhì)效率為 53.39%，整體循環(huán)負(fù)荷較高，為 300.26%；

(2)方案二由于放大了沉砂口直徑，因此溢流細(xì)度有所上升，-200 目能達(dá)到 58.32%，但旋流器分級質(zhì)效率并沒有提升，為 52.88%，循環(huán)負(fù)荷進(jìn)一步升高，為 325.37%；

表4 不同方案下 FX840 水力旋流器運(yùn)行試驗(yàn)結(jié)果Tab.4 Test results of FX840 hydrocyclone in various schemes

(3)針對方案一、二中旋流器溢流細(xì)度較粗的問題，方案三改變了小錐體角度，由 20°減小為 11°。結(jié)果表明，更改錐體角度后，旋流器溢流細(xì)度有明顯提升，-200 目含量可達(dá)到 65.90%，分級效率為58.75%。

由此可見，方案三中旋流器的結(jié)構(gòu)參數(shù)比較適合烏山銅鉬礦現(xiàn)場要求，分級指標(biāo)較為理想。由于旋流器溢流 -200 目細(xì)度尚有富余，為適當(dāng)降低沉砂夾細(xì)，提高磨機(jī)產(chǎn)能，將沉砂口由 165 mm 再次縮小至162 mm。

3 工業(yè)應(yīng)用

經(jīng)過前期的探索試驗(yàn)，后續(xù)在烏山銅鉬礦現(xiàn)場安裝了 6 臺 FX840 水力旋流器，總計 8 臺。工業(yè)應(yīng)用中，旋流器最終結(jié)構(gòu)參數(shù)如表 5 所列。

表5 工業(yè)應(yīng)用時 FX840 水力旋流器的結(jié)構(gòu)參數(shù)Tab.5 Structural parameters of FX840 hydrocyclone at industrial application

現(xiàn)場針對該結(jié)構(gòu)參數(shù)的 FX840 水力旋流器與原國外 33 英寸旋流器進(jìn)行了為期一個月的取樣考查工作，并對各方面指標(biāo)進(jìn)行了對比，結(jié)果如表 6、7 所列。

分析表 6、7 可以得出以下結(jié)論：

(1)在 -200 目入料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 57.17%、-200 目細(xì)度含量為 27.01% 的前提下，F(xiàn)X840 水力旋流器溢流中 -200 目細(xì)度含量達(dá)到 64.14%，且沉砂夾細(xì)僅為11.51%，整體循環(huán)負(fù)荷為 239.55%，分級質(zhì)效率高達(dá)55.47%，表明能夠?qū)⒘６群细竦念w粒及時分離開來，減少顆粒過磨；

表6 -200 目時 FX840 水力旋流器與國外某品牌旋流器的運(yùn)行指標(biāo)對比Tab.6 Comparison of FX840 hydrocyclone and a foreign one in operating indexes at -200 mesh

表7 不同網(wǎng)目下 FX840 水力旋流器與國外某品牌旋流器的運(yùn)行指標(biāo)對比Tab.7 Comparison of FX840 hydrocyclone and a foreign one in operating indexes at various particle size

(2)入料中較粗的顆粒，即 +80 目顆粒，經(jīng)過FX840 水力旋流器分級作用后，溢流中 +80 目顆粒僅為 11.76%，表明絕大部分粗粒級顆粒經(jīng)過分級隨沉砂排出，為后續(xù)選別作業(yè)創(chuàng)造了有利條件；

(3)入料中 -325 目的顆粒含量經(jīng)過旋流器分級作用后，由 21.60% 上升至 52.13%，表明 FX840 水力旋流器對細(xì)粒級的回收效果也十分明顯；

(4)旋流器溢流質(zhì)量分?jǐn)?shù)，即后續(xù)浮選作業(yè)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 36.68%，該指標(biāo)也十分適合后續(xù)相關(guān)浮選質(zhì)量分?jǐn)?shù)要求；

(5)FX840 水力旋流器與原 33 英寸旋流器相比，在入料細(xì)度略低 (-0.15 個百分點(diǎn))的前提下，溢流細(xì)度 -200 目含量提高了 1.47 個百分點(diǎn)，沉砂夾細(xì)降低了 0.25 個百分點(diǎn)，溢流中 +80 目含量降低了 1.97 個百分點(diǎn)；旋流器 -200 目分級效率提高了 1.16 個百分點(diǎn)。

綜上所述，該結(jié)構(gòu)參數(shù)的 FX840 水力旋流器在烏山銅鉬礦的工業(yè)應(yīng)用效果良好，設(shè)備性能穩(wěn)定，各項(xiàng)指標(biāo)較現(xiàn)場原使用的國外 33 英寸旋流器均有所提升。

4 結(jié)語

(1)分級作業(yè)是選礦廠的關(guān)鍵工序，而水力旋流器是粗細(xì)顆粒分級的有效設(shè)備。烏山銅鉬礦使用國產(chǎn)大型高效 FX840 水力旋流器后，解決了原國外旋流器費(fèi)用昂貴、技術(shù)服務(wù)和備件周期時效性較低等問題。

(2)工業(yè)應(yīng)用表明，F(xiàn)X840 水力旋流器的設(shè)備性能穩(wěn)定，分級效果良好。溢流細(xì)度 -200 目含量可達(dá)到 64.14%，沉砂夾細(xì)僅為 11.51%，分級質(zhì)效率高達(dá)55.47%，對細(xì)粒級的回收效果明顯，36.68% 的入浮體積分?jǐn)?shù)也適合該現(xiàn)場后續(xù)浮選作業(yè)要求。與原 33 英寸旋流器相比，各項(xiàng)指標(biāo)均有所提升。

國產(chǎn)大型高效 FX840 水力旋流器在烏山銅鉬礦的成功應(yīng)用，也是其在我國有色金屬礦山的首次并聯(lián)成功應(yīng)用案例，為國內(nèi)其他金屬礦山提供了的借鑒經(jīng)驗(yàn)，為 FX840 水力旋流器在國內(nèi)其他現(xiàn)場的推廣應(yīng)用起到了積極的示范作用。