威海市海王旋流器有限公司 山東威海 264204

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[1]，是選廠分級(jí)作業(yè)的常見設(shè)備。旋流器的分級(jí)原理是：礦漿通過給礦管進(jìn)入旋流器，形成包含內(nèi)旋流、外旋流等的回轉(zhuǎn)流運(yùn)動(dòng)，大顆粒物料受到的離心力大于向心浮力，穿過零速包絡(luò)面進(jìn)入外旋流，成為沉砂產(chǎn)品；小顆粒物料受到的離心力小于向心浮力，不能穿過零速包絡(luò)面而進(jìn)入內(nèi)旋流，成為溢流產(chǎn)品。

一段磨礦兩次分級(jí)工藝是選廠常用的礦石細(xì)磨工藝，其通過兩次分級(jí)來保證最終產(chǎn)品的分級(jí)細(xì)度指標(biāo)，并達(dá)到礦石單體解離，為后續(xù)提高精礦品位提供保障。但如果現(xiàn)場分級(jí)設(shè)備效率低下，或者由于一二次循環(huán)負(fù)荷配比不合理，兩級(jí)分級(jí)設(shè)備中的其中一級(jí)負(fù)荷明顯高于另一級(jí)，則容易引起系統(tǒng)效率降低，循環(huán)負(fù)荷增加，不利于釋放磨機(jī)產(chǎn)能。

為了達(dá)到提產(chǎn)增效的技改目的，某礦業(yè)公司通過對旋流器進(jìn)料體結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，以提高本級(jí)旋流器分級(jí)質(zhì)效率，使一二次旋流器循環(huán)負(fù)荷轉(zhuǎn)移，并完成了階段性技改試驗(yàn)。

1 現(xiàn)場工藝

某礦業(yè)公司 10 000 t/d 選廠分為 2 個(gè)系列，磨礦分級(jí)均為一段磨礦兩次分級(jí)工藝，一次旋流器入料壓力由渣漿泵提供，二次旋流器入料壓力由固定高差提供，詳細(xì)工藝流程如圖 1 所示。

圖1 某礦業(yè)公司 10 000 t/d 選廠工藝流程Fig.1 Process flow in 10 000 t/d concentrator of a mining company

2 現(xiàn)場改造試驗(yàn)

蔣明虎等人[2]在研究液-液水力旋流器時(shí)發(fā)現(xiàn)，旋流器入口處的壓力損失占總體壓力損失的 40% 左右，這就需要對旋流器進(jìn)料方式不斷創(chuàng)新，以減少動(dòng)力損失，提高分級(jí)指標(biāo)。目前礦山企業(yè)使用的旋流器進(jìn)料方式已從最初的切線式進(jìn)料發(fā)展到近幾年普遍使用的漸開線式進(jìn)料 (見圖 2)，并已研發(fā)出螺旋線式進(jìn)料 (見圖 3)，以及針對不同工況衍生出的改進(jìn)型螺旋線式進(jìn)料[3]。

圖2 漸開線式進(jìn)料體Fig.2 Involute feeder

現(xiàn)場對二系列一次、二次分級(jí)進(jìn)行了技術(shù)改造，一次分級(jí)進(jìn)料方式采用 FX500 螺旋線式旋流器，二次分級(jí)采用 FX500 多錐體結(jié)構(gòu)螺旋線式旋流器；一系列仍使用原 FX500 漸開線式進(jìn)料體旋流器。以技改后的二系列為試驗(yàn)組，未技改的一系列為對照組，進(jìn)行 2個(gè)系列對比試驗(yàn)，具體試驗(yàn)設(shè)備如表 1 所列。

圖3 螺旋線式進(jìn)料體Fig.3 Spiral feeder

表1 2 個(gè)系列試驗(yàn)設(shè)備Tab.1 Test devices of two series

二系列對比一系列，主要技改措施是使用了全新一代的螺旋線式進(jìn)料體結(jié)構(gòu)，替代了原漸開線式進(jìn)料體。

螺旋線式進(jìn)料體的主要優(yōu)勢是通過延長并引導(dǎo)流體流動(dòng)方向，可有效降低流體的湍流程度及能量損耗，達(dá)到提高分級(jí)質(zhì)效率、減少沉砂夾細(xì)的目的。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

對 2 個(gè)系列各取樣點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行取樣試驗(yàn)，取樣時(shí)間間隔 1.5 h，共取樣 5 次匯總為班樣，取樣后通過烘干及篩析手段，確定取樣質(zhì)量分?jǐn)?shù)和細(xì)度指標(biāo) (細(xì)度按 -74 mm 考核，下同)，并通過以下公式核算效率、返砂比指標(biāo)。

一次分級(jí)循環(huán)負(fù)荷

二次分級(jí)循環(huán)負(fù)荷

系統(tǒng)循環(huán)負(fù)荷

系統(tǒng)分級(jí)質(zhì)效率

式中：α為一次旋流器入料細(xì)度，%；β為一次旋流器溢流細(xì)度，%；γ為一次旋流器沉砂細(xì)度，%；δ為二次旋流器溢流細(xì)度，%；ε為二次旋流器沉砂細(xì)度，%；ζ為球磨排礦細(xì)度，%。

試驗(yàn)分為同產(chǎn)能對比及增加產(chǎn)能對比 2 個(gè)階段。

3.1 同產(chǎn)能對比

一系列 (對照組)、二系列 (試驗(yàn)組) 各旋流器運(yùn)行指標(biāo)分別如表 2、3 所列。

表2 同產(chǎn)能對照組各旋流器運(yùn)行指標(biāo)Tab.2 Operating indexes of various cyclones in comparative group with same capacity %

表3 同產(chǎn)能試驗(yàn)組各旋流器運(yùn)行指標(biāo)Tab.3 Operating indexes of various cyclones in test group with same capacity %

由表 2、3 中數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)過改造后的二系列指標(biāo)較未技改的一系列更優(yōu)，主要表現(xiàn)在：

(1) 系統(tǒng)分級(jí)質(zhì)效率更高 二系列的分級(jí)質(zhì)效率為 52.69%，較一系列 43.74% 的分級(jí)質(zhì)效率提高8.95%；

(2) 系統(tǒng)總循環(huán)負(fù)荷更低 二系列的總循環(huán)負(fù)荷為 231.3%，較一系列 372.22% 的總循環(huán)負(fù)荷降低140.92%；

(3) 沉砂夾細(xì)降低幅度更大 二系列沉砂細(xì)度較給礦少 12.88%，一系列沉砂細(xì)度較給礦少 4.33%，二系列降低幅度更大，降幅差值 8.55%。

因此試驗(yàn)組相較對照組指標(biāo)更為優(yōu)異。

3.2 提升產(chǎn)能對比

由以上分析結(jié)果可知，改造后的二系列系統(tǒng)在循環(huán)負(fù)荷及效率上具有優(yōu)勢，其效率優(yōu)勢可轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)能優(yōu)勢，在此基礎(chǔ)上繼續(xù)進(jìn)行提產(chǎn)試驗(yàn)。

在一系列臺(tái)時(shí)不變，二系列臺(tái)時(shí)設(shè)定值變更為243 t/h (較原基礎(chǔ)提升了 8 t/h) 的情況下，待流程穩(wěn)定后進(jìn)行取樣考察工作。不同產(chǎn)能一系列 (對照組)、二系列 (試驗(yàn)組) 各旋流器運(yùn)行指標(biāo)分別如表 4、5 所列。

表4 不同產(chǎn)能對照組各旋流器運(yùn)行指標(biāo)Tab.4 Operating indexes of various cyclones in comparative group with different capacity %

表5 不同產(chǎn)能試驗(yàn)組旋流器運(yùn)行指標(biāo)Tab.5 Operating indexes of various cyclones in test group with different capacity %

由表 4、5 數(shù)據(jù)可知：

(1) 一系列較之前取樣數(shù)據(jù)相比差距很小，運(yùn)行指標(biāo)比較穩(wěn)定，系統(tǒng)總循環(huán)負(fù)荷為 368.96%，總分級(jí)質(zhì)效率為 45.66%。

(2) 二系列在提升產(chǎn)能之后，一次旋流器給礦細(xì)度為 25.09%，較之前降低了 2.79%，一次分級(jí)溢流細(xì)度為 38.65%，較之前降低了 1.02%，但二次分級(jí)溢流細(xì)度為 68.16%，較之前基本無變化。主要是因?yàn)橥ㄟ^結(jié)構(gòu)及操作調(diào)整，同時(shí)降低了一次分級(jí)的溢流細(xì)度及沉砂夾細(xì)，而二次分級(jí)通過調(diào)整提高了細(xì)度上升空間，使循環(huán)負(fù)荷向二次轉(zhuǎn)移。

(3) 二系列提升產(chǎn)能之后，系統(tǒng)總循環(huán)負(fù)荷為261.17%，較之前提升了 29.87%，較一系列降低了107.79%，分級(jí)質(zhì)效率為 50.72%，較之前降低了1.97%，較一系列提升了 5.06%。

(4) 通過提產(chǎn)對比試驗(yàn)，二系列效率及負(fù)荷優(yōu)勢向產(chǎn)能優(yōu)勢轉(zhuǎn)化，提產(chǎn) 8 t/h (約 3.4%) 的情況下效率有所降低，但仍較一系列有優(yōu)勢，二次溢流細(xì)度達(dá)到入浮要求，同時(shí)達(dá)到螺旋線式進(jìn)料體改造試驗(yàn)要求，且仍具有繼續(xù)提產(chǎn)空間。

4 結(jié)語

現(xiàn)場二系列通過螺旋線進(jìn)料體旋流器的技術(shù)改造，使一二次循環(huán)負(fù)荷轉(zhuǎn)移，系統(tǒng)總循環(huán)負(fù)荷降低，進(jìn)而減少了磨機(jī)通過量，為提產(chǎn)創(chuàng)造了空間。經(jīng)過改造后的二系列指標(biāo)較未技改的一系列更優(yōu)，主要表現(xiàn)在：

(1) 處理能力提升 二系列在運(yùn)行指標(biāo)良好的前提下，目前處理量為 243 t/h，較以往增加了 8 t/h，且仍具有提升空間。

(2) 系統(tǒng)分級(jí)質(zhì)效率更高 二系列系統(tǒng)整體分級(jí)質(zhì)效率在 50% 左右，較一系列整體分級(jí)質(zhì)效率提升約 6%。

(3) 系統(tǒng)總循環(huán)負(fù)荷更少 二系列總循環(huán)負(fù)荷為 220%～ 260%，較一系列總循環(huán)負(fù)荷降低約 110%～150%，為提產(chǎn)增效創(chuàng)造了空間。

(4) 沉砂夾細(xì)降低幅度更大 二系列沉砂細(xì)度較給礦少 10%～ 14%，較一系列 (沉砂細(xì)度較給礦少3%～ 4%) 的降低幅度更大。

綜上所述，通過循環(huán)負(fù)荷轉(zhuǎn)移的技術(shù)手段，解決了現(xiàn)場原兩次分級(jí)細(xì)磨工藝中一次分級(jí)負(fù)荷嚴(yán)重高于二次分級(jí)負(fù)荷的問題。該改造為現(xiàn)場帶來了分級(jí)質(zhì)效率提升、系統(tǒng)循環(huán)負(fù)荷降低等優(yōu)勢，可以轉(zhuǎn)化為使用現(xiàn)場的產(chǎn)能提升，達(dá)到了增產(chǎn)增效的目的。