羅繼軍

（陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 西安 710300）

1 引言

目前在礦業(yè)選礦中最常用的選礦-提純方法有以下四個方法：①重力選礦法（簡稱重選法）；②浮游選礦法（簡稱浮選法）；③磁選法；④化學(xué)選礦與化學(xué)提純。其中，重選是根據(jù)相對密度（或密度）不同的礦物在介質(zhì)（水、空氣或重介質(zhì))中運(yùn)動速度和運(yùn)動軌跡的不同，而達(dá)到分選的方法。礦物分為強(qiáng)磁性礦物、弱磁性礦物和非磁性礦物。磁選是根據(jù)礦石中礦物選性差異，在不均勻磁場中實現(xiàn)礦物分離的選礦方法。化學(xué)選礦是利用化學(xué)作用將礦石中的有用成分提取出來，或?qū)⒌V石或礦物中的有害雜質(zhì)除去的方法，這種方法可以起到機(jī)械選礦方法難以達(dá)到的效果，但成本相對較高。浮選設(shè)備包括浮選機(jī)和浮選輔助設(shè)備(攪拌槽和給藥機(jī)等)，通過攪拌和充氣，使欲浮目的礦物附著于氣泡上形成礦化泡沫層，泡沫用刮板刮出或以自溢的方式溢出，即得泡沫產(chǎn)品，而非泡沫產(chǎn)品則自槽底排出，效率高，對環(huán)境較為友好，故較為常用。

浮選設(shè)備包括浮選機(jī)和浮選輔助設(shè)備(攪拌槽和給藥機(jī)等)，浮選機(jī)是浮選工藝中重要的設(shè)備，決定著浮選進(jìn)程和主要工藝指標(biāo)。其工作原理是通過攪拌和充氣，使欲浮目的礦物附著于氣泡上形成礦化泡沫層，泡沫用刮板刮出或以自溢的方式溢出，即得泡沫產(chǎn)品，而非泡沫產(chǎn)品則自槽底排出。浮選技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的好壞，與所用浮選機(jī)的性能密切相關(guān)。故浮選機(jī)是礦業(yè)生產(chǎn)中精礦主要提純，形成高精度礦物產(chǎn)品的主要機(jī)械，浮選機(jī)由三相異步電動機(jī)啟動后，帶動主動輪，并通過葉輪開始旋轉(zhuǎn)，由葉輪旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心，在浮選機(jī)腔室底部產(chǎn)生工作負(fù)壓[1]。其工作方法是一方面將原料和相關(guān)藥劑混合，經(jīng)預(yù)處理使兩者充分混合后送入浮選機(jī)的第一室的槽底下，在槽底部由葉輪旋轉(zhuǎn)在腔式中產(chǎn)生負(fù)壓，使得在第一室槽底下和槽中的混合物分別由第一腔室中葉輪的下吸口和上吸口進(jìn)入混合區(qū)。在原料進(jìn)入混合區(qū)的同時，帶動空氣沿導(dǎo)氣套筒進(jìn)入混合區(qū)，使三者在混合區(qū)內(nèi)進(jìn)行充分混合，而另一方面通過攪拌使混合物中產(chǎn)生氣泡并將氣泡粉碎，在定子和擾流板的作用下，使混合物均勻地散布于浮選機(jī)槽體截面，同時使其不斷向上移動進(jìn)入分離區(qū)。在分離區(qū)中，通過富集過程，是混合物表面形成泡沫層，通過刮泡機(jī)構(gòu)的重復(fù)進(jìn)給運(yùn)動將其排出，產(chǎn)生精煤泡沫[2]。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計與工作過程

2.1 結(jié)構(gòu)總成

本文通過借鑒設(shè)計一種尾礦葉輪刮板式浮選機(jī)，工作過程大致為以下步驟：（1）將原料和相關(guān)藥劑混合，經(jīng)預(yù)處理使兩者充分混合后送入浮選機(jī)的第一室的槽底下，在槽底部由葉輪旋轉(zhuǎn)在腔式中產(chǎn)生負(fù)壓，使得在第一室槽底下和槽中的混合物分別由第一腔室中葉輪的下吸口和上吸口進(jìn)入混合區(qū)。在原料進(jìn)入混合區(qū)的同時，帶動空氣沿導(dǎo)氣套筒進(jìn)入混合區(qū)，使三者在混合區(qū)內(nèi)進(jìn)行充分混合[3]。通過浮選機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力，使混合物進(jìn)入礦化區(qū)。通過攪拌使混合物中產(chǎn)生氣泡并將氣泡粉碎，在定子和擾流板的作用下，使混合物均勻地散布于浮選機(jī)槽體截面，同時使其不斷向上移動進(jìn)入分離區(qū)。在分離區(qū)中，通過富集過程，使混合物表面形成泡沫層，通過刮泡機(jī)構(gòu)的重復(fù)進(jìn)給運(yùn)動將其排出，產(chǎn)生精煤泡沫。（2）在腔室槽底上面未被吸入的混合物中的煤渣將再次經(jīng)歷吸入，混合、礦化和分離等過程，進(jìn)入新的浮選循環(huán)。在腔室槽底下未吸入的混合物，將通過預(yù)先設(shè)計的礦箱進(jìn)入浮選機(jī)第二室的槽底下，完成浮選工作[4]。

2.2 工作過程

首先將粗礦粉與水溶液充分混合后經(jīng)給礦箱、給礦管送入到設(shè)備中，此時液位不斷升高，當(dāng)液位升高至一定位置時，液位傳感器感應(yīng)后啟動電機(jī)，經(jīng)三角皮帶帶動，左皮帶罩和右皮帶罩內(nèi)的從動帶輪開始旋轉(zhuǎn)，這時給礦箱底部的葉輪開始高速旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生振動，在底部形成大量豐富且細(xì)膩的氣泡，這些氣泡和相對粘稠的礦漿形成黑色的泡沫群，此時刮板附件、刮板傳動裝置和刮板帶罩帶動整個刮板開始逆時針旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)過程中將浮在表面的礦漿泡沫刮出，這些刮出的泡沫就是經(jīng)過烘干、成型后就成為了精礦的主要原料，其余的礦漿與礦渣經(jīng)尾礦箱、中礦管繼續(xù)回流攪拌，與此同時，外界不斷通過給礦箱、給礦管將新的礦漿注入，繼續(xù)進(jìn)行發(fā)生負(fù)壓氣泡、攪拌礦漿、刮板輸出精礦漿、余漿回流攪拌的過程，直至將較大的礦粉顆粒和雜質(zhì)經(jīng)尾礦管排除，形成粗礦漿，這些粗礦漿經(jīng)風(fēng)干、硬化后作為一些粗礦料可以用于一些民用生產(chǎn)中，通過周而復(fù)始的運(yùn)行，經(jīng)浮選機(jī)形成了粗、精兩種礦料基礎(chǔ)，用于不同的工業(yè)、民用生產(chǎn)中。

2.3 工作參數(shù)選擇

如表1所示，具體結(jié)構(gòu)參數(shù)內(nèi)容為：

表1 尾礦葉輪刮板式浮選機(jī)主要參數(shù)

（1）有效容積“m3”：浮選機(jī)正常工作時，所能裝下的礦漿體積，有效容積越大，處理能力就越強(qiáng)，刮板輸送的精礦漿就越多，但是過大的有效容積會造成設(shè)備體積過大，礦漿還未形成豐富的泡沫就被刮出，影響精礦漿的質(zhì)量，本文所設(shè)計的浮選機(jī)主要用于小型礦場，有效容積定于20 m3。

（2）處理能力“m3/min”：浮選機(jī)在正常工作時，單位時間內(nèi)通過浮選機(jī)的礦漿體積，經(jīng)與設(shè)備的有效容積經(jīng)過計算為16.8 m3/min，而其處理能力范圍經(jīng)西門子MM420變頻器調(diào)節(jié)可調(diào)整范圍在5～20 m3/min之間。

（3）葉輪直徑“mm”：葉輪的大小與浮選機(jī)的攪拌強(qiáng)度和充氣性能有關(guān)，經(jīng)計算查找手冊為700 mm。

（4）葉輪轉(zhuǎn)速“r·p·m”：葉輪轉(zhuǎn)速越高，攪拌強(qiáng)度越大，礦漿與氣泡混合程度越好[5]，但是葉輪的轉(zhuǎn)速過大，可能導(dǎo)致已經(jīng)附著在氣泡上的疏水性顆粒被脫落，導(dǎo)致液面和泡沫層的紊動，從何使浮選指標(biāo)變差，相對折中的轉(zhuǎn)速為180 r·p·m，由電機(jī)帶動減速器調(diào)整。

（5）攪拌電機(jī)功率“kw”：大規(guī)格的浮選機(jī)選用大功率的攪拌用電機(jī)功率，小規(guī)格的浮選機(jī)選用小功率攪拌用電機(jī)功率，本文選用30 kw三相異步電機(jī)。

（6）刮板電機(jī)功率“kw”：刮板功率較小，且隨浮選機(jī)規(guī)格增大而波動不大，一般都為1.5 kw左右[6]。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計

3.1 整體控制設(shè)計

設(shè)備整體采用西門子PLC控制系統(tǒng)（西門子公司提出TIA（Totally Integrated Automation）概念，即全集成自動化系統(tǒng)，將PLC技術(shù)溶于全部自動化領(lǐng)域。S3、S5系列PLC已逐步退出市場，停止生產(chǎn)，而S7系列PLC發(fā)展成為了西門子自動化系統(tǒng)的控制核心，而TDC系統(tǒng)沿用SIMADYN D技術(shù)內(nèi)核，是對S7系列產(chǎn)品的進(jìn)一步升級，它是西門子自動化系統(tǒng)最尖端，功能最強(qiáng)的可編程控制器），穩(wěn)定可靠，采用觸摸屏配合MCGS組態(tài)軟件進(jìn)行監(jiān)控并實時反饋，操作更加方便、運(yùn)行監(jiān)控過程更加直觀，在主要位置上安裝熱傳感器、接近開關(guān)、速度繼電器等窗安裝之后可以保證準(zhǔn)確的定位，在過載、短路、強(qiáng)力矩沖擊等情況下實現(xiàn)自動報警、自動停機(jī)甚至自動斷電等保護(hù)功能，特別是加裝缺料報警裝置，減低損耗?？偪刂乒窠泳€如圖1所示[7]。

圖1 電氣柜內(nèi)部接線圖

3.2 攪拌電機(jī)與刮板電機(jī)控制

控制系統(tǒng)均采用PLC控制，結(jié)合液位傳感器、行程開關(guān)、熱繼電器等輸入裝置，考慮過載、顛覆力矩、沖擊載荷等因素，將攪拌電機(jī)PLC外部接線，刮板用電機(jī)PLC外部接線，將其控制過程分為兩個PLC單獨(dú)控制主要考慮到實際運(yùn)行過程中出現(xiàn)一個故障，另外一個不會受到影響，也可以根據(jù)實際情況選用更高等級PLC加擴(kuò)展模塊（主要包括數(shù)字量模塊，模擬量模塊，運(yùn)動控制模塊和通訊模塊等；另外，CU擴(kuò)展卡插槽內(nèi)可擴(kuò)展存儲卡或電池卡或時鐘電池卡）。

4 結(jié)語

浮選機(jī)是浮選工藝中重要的設(shè)備，決定著浮選進(jìn)程和主要工藝指標(biāo)，本文通過借鑒設(shè)計一種尾礦葉輪刮板式浮選機(jī)，并進(jìn)行了綜合控制開發(fā)，整體采用西門子PLC控制系統(tǒng)，采用觸摸屏配合MCGS組態(tài)軟件進(jìn)行監(jiān)控并實時反饋，操作更加方便、運(yùn)行監(jiān)控過程更加直觀，運(yùn)行更加安全穩(wěn)定，具有良好的應(yīng)用價值。