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1、分选水力旋流器的研究与应用l6国外金属矿选矿1993.1l一,17分选水力旋流器的研究与应用罗中平(长沙矿冶研究院)TD哒.疆蔓本文综述了用于分选的几类水力旋流器时结果特点,分选原理和应用概况,对开发旋流器的分选应用领域有所裨益.戋竭水力旋流器研究应用歆勰,髓礼刚丘水力旋流器自问世以来,作为细粒物料的分级,脱泥,脱水和浓缩设备得到了广泛的应用,已为人们所熟知.但作为分选设备,却是近2o多年来开始研究和应用的课题,其中磁力水力旋流器已用于铁矿石的分(预)选,短锥旋流器已用于选金工业,水介质旋流器已用于对煤炭的分选.本文根据有关文献资料,分别介绍上述分选旋流器的结构特点,分选原理和适用场合及研究应
2、用情况1磁力水力旋流器的研究和应用磁力水力旋流器是由一个普通旋流器和一个附加磁场组合而成的.在这种水力旋流器中,由于外加磁场的作用,部分颗粒受外力作用.其运动行为发生变化,人为的实现“增重”或”减重一,从而达到了预选或分选的目的,克服了传统旋流器只能按粒度分级没有选别作用的缺点,并且在选矿过程的预选作业方面具有很大优越性,因而成为目前旋流器技术发展的主要方向之一.它适合于磁性物料或顺磁性物料固体悬浮液的分选和分级,可以在选别过程中用于磁铁矿或磁黄铁矿等的分选,亦可用于磁性介质的回收等.1985年,A.G.Fricker报道了一个磁场梯度沿径向向内递增,使磁性矿粒进入溢流产品的磁力旋流器.当处理
3、磁铁矿和石英的人工混合试料时,产品的品位(磁铁矿)和回收率两者均大于95.另据报道,在世界上的铁矿石选矿实践中,首次采用磁力水力旋流器是1969年在前苏联中央采选公司.处理还原磁铁矿的各系列中,采用磁力水力旋流器可以在第一段分级中把产率占253o的贫铁物料丢到尾矿中去,并可使最终精矿铁品位提高22.5.中央采选公司选矿厂16年使用磁力水力旋流器的情况表明,这种设备的工艺可靠性高,并能使细粒非金属矿物分到溢流中去,提高各段选矿产品和最终精矿的铁品位.国内东北工学院在小型(巾82毫米)旋流器上绕制线圈,通入直流电,形成由四周向中心增强的磁场的磁力旋流器,对大孤山选广一次分级溢流进行了有无磁场的对比
4、试验,获得了良好结果,分级效率由65.13提高到69.7o,小于dD的磁铁矿颗粒在溢流中的回收率由66.26提高到88.54,溢流品位也由24.96升高到29.45.2短锥旋流器及其在选金过程的应用短锥旋流器与普通旋流器的区别在于1993.11国外金属矿选矿后者锥体角度一般在1530度,而前者则为90140度,且锥体较后者短,故称短锥旋流器,亦称为大锥角旋流器,如图1所示图1短譬旋流器试验表明,当旋流器锥角从20度逐步增大到120度排矿嘴直径不变的情况下,沉砂产率由6O左右逐步下降刘3O左右,而重矿粒的回收率却都稳定在75左右,(这在选金时表现得更为明显).随着锥角的不断增加,入选物料中各矿物
5、组分之间的比重差对分选所起的作用就变得越来越大.当旋流器的锥角为0O度或120度时,水力旋流器对矿翱的分选就不仅按粒度而主要是按比重进行了.短锥旋流器之所以能根据物料比重差异进行分选,其作用机理是t矿浆在一定压力下以一定的速度经绐矿管抬切线方向进入短锥旋流器的筒体部份,矿浆在筒体由高速旋转,产生了超过重力几百倍乃至上千倍的离心力.在离心力的作用下,促使勒料以最快的速度偏聚分层.粒度粗,比重大的颗粒被甩向器壁形成外层床层,粒度细但比重大的颗粒紧随其后,而粒度细,比重小的颗粒则留在内层(距溢流管最近),形成了有一定松散程度的旋转床层,并沿着螺旋轨迹向下运动.由于锥体角度大,锥体短,简体与锥体连接区
6、的角度较小,旋转床层通过连接区时受到的阻力较大,迫使床层产生”错动,实际也是一次再松散过程此时各颗粒都发生转动或移动,比重大的细颗粒由于比相同粒径比重小的颗粒所受的离心力大.很容易从粗颗粒的床层错动时出现的缝隙中”钻到靠近器壁的外层,而比重小的细颗粒由于受离心力小,继续留在内层同理,比重小的粗颗粒被比重大的粗颗粒”挤到内层.散床层通过了简体与锥角的连接区后,比重大的粗,细颗粒绝大部分都进入到变化后的床层的外层(紧靠器壁),而比重小的粗,细颗粒则留在内层(距滥流管最近),从而完成了按韧料比重差异进行重新分层的过程.同时,其沉砂口到溢流管口的距离要比普通旋流器近,加强了选别作用,使重新分层后旋转床
7、层的内层(小比重颗粒)很容易地随上升流从滥流管排出.而处于外层的大比重颗粒则继续沿着锥体器壁往沉砂日运动成为沉砂产物排出.短锥旋流器体积小,结构简单,处理量大,无运动部件,选别指标高,很适合选金生产,不但适用于砂金选别,也适用于脉金选别.因而短锥旋流器就成为一种分选金等高比重矿粒很有前途的设备.国外对短锥旋流器选金研究较多较早.南非西方股份有限公司的一个选金厂,7O年代初用英美研究试验室专门设计的选矿旋流器(其锥角为l20度)成功地选别细粒金.用直径40o毫米的选矿旋流器,选别2,3段磨矿分级旋流器沉砂,原矿砂一0.3毫米占92.4(或一0.15毫米占64).当给矿压力为0.02兆帕时,它能保
8、证沉砂产率在3O左右和金的总回收率为70.70年代初开始,前苏联某选矿厂用直径500毫米,锥角90度的短锥旋流器回收细粒金.粒度一0.15毫米占9598,固体含量为2527的螺旋分级机滥流给入2段旋流器中选别,给矿压力为0.08O.09兆帕,滥流管直径为130毫米,沉砂管直径为45毫米,处理能力为120米/时.在此情况下,保证了国外盒属矿选矿最佳的沉砂产率(1o),富集比在4左右,金的总回收率为3o40.某含金品位不高的铜铅锌浸染矿床矿石的选矿厂,1981年采用了从选金车间的尾矿中分段地将单体金选入重选精矿的流程,该选金车间专门处理1,2段磨矿回路中的跳汰精矿.安装两台改进型短锥旋流器后,精选
9、1段的尾矿中金品位降低63o%,转入重选精矿的金回收率提高了4一6.前苏联另一个铜浮选厂处理含金的细粒嵌布矿石.由于金的浮游活性差,故一部分金以单体金和硫化物的连生体形式损失于尾矿中.按照用短锥旋流器精选沉砂的流程选别粒度为一o.074毫米占65的尾矿,可以选出占尾矿产率1.3,富集比28的产品,回收率为原尾矿的36.3.我国对短锥旋流器的研究稍晚.1977年7月昆明冶金设计院,东北工学院,黑河金矿局等单位,在黑河金矿局兴隆金矿对第四纪冲积砂金矿用125及3oO短锥旋流器进行半工业试验,获得了回收率88.91oo的指标,给矿压力o.125兆帕,矿浆浓度1o15,处理能力分别为18O1ooo米/
10、日.l987年在乌拉嘎金矿局20o吨/日选厂应用短锥旋流器进行重选及扫选作业,回收率可达4ooA.广西第1条工业型采金船,上林金矿200升采金船,选矿流程设计采用5Oo短锥旋流器处理圆筒筛下”V”型脱水槽溢流,回收随“v型脱水槽溢流”跑”出的片状细粒金,短锥旋流器的沉砂进入粗选跳汰,溢流直接丢弃.3适用于煤炭选别的水介质旋流器水介质旋流器与普通水力旋流器的区别在于它有锥角大,-锥体短粗和溢流管长而粗,溢流管一直伸到圆柱体的下部(如图2).它与短锥旋流器的主要区别是?其溢流管比短锥旋流器长而粗,溢流口与沉砂口的距离短.“甜图2术介质旋流器的类型当舍有固体和水的混合矿浆通过切向给矿口给入旋流器简体
11、时,流体沿旋涡状路径形成典型的螺旋中的螺旋”流型,携带较重固体颗粒的外层螺旋触及到大角度的锥体底部时,固体运动突然受到阻碍,扶而导致了颗粒在锥部区域聚集,造成干涉沉降状态并在锥底区域内形成一个较紧密的床层.细小的轻颗粒不能穿过这一由较高比重物料所形成的床层而通过溢流管向上排出,粗,重颗粒则通过沉砂口排出.故水介质旋流器的分离作用的产生不是分级现象,而是基于产品富集的分选现象.各种通用的水介质旋流器可以归纳为单锥角(约80度,如图2a),2段锥角(第1段比第2段大得多,约1oO14o度,女u图2b)和复合式(有3段锥角,第1段锥角较大,为8O140度,第2段和第3段锥角分别降到6O度和3O度,如
12、图2c).复合式水介质旋流器的颗粒分离过程分3个阶段:当给矿由切线方向进入旋流器的圆柱体部分,较大比重和较大粒度的颗粒具有较高的离心力,这些颗粒将在图3所示的A区内形成1个厚床层,在此区域由于干涉沉降作用,粗重颗粒分层,床层主要由粗,重颗粒组成,用以承载较小颗粒形成的床层,这样对悬浮态影响不大的轻颗粒不能穿过重颗粒床层而被推入B区,在B区,中心流强得多,使床层的顶部被剥去,暴露出床层的中间部分并将其向上推.最后躲过了中心流的小颗粒随着剩余的部分床层进入c区,此区的锥角很小,因而细小颗粒由于淘洗作用而被卷到空气柱中,留下的粗,.重颗粒则通过沉砂口排出(如图3).国外金属矿选矿l9图3复台式水介质
13、旋滤器的分选机理早在1969年,荷兰特里贝克国营煤矿实验中心就推出了水介质旋流器.一种改进的水介质旋流器技术自1979年取得美国和加拿大的专利后,已经在美,加,澳三国得到了大规模的应用.这种由加拿大魏斯曼博士提出的”自生介质旋流器”,符合前述的复台水夼质旋流器的特点,它也是延伸旋流器的底锥为3个锥,这3个锥可视为3个串联的旋流器利用生产中所产生的煤泥及细泥循环作重介质,煤泥水闭路循环使用.目前已在加拿大4座选煤厂中应用,生产能力为125340吨/小时.在美国,共建了13座采用自生介质旋流器的选煤厂,生产能力为10850吨/小时.澳大利亚有10座自生介质旋流器选煤厂,生产能力为30375吨/小时
14、.在选煤机械中,水介质旋流器正在受到普遍的重视.由于结构简单,维修方便,易于操作,水介质旋流器在燥炭加工和矿物加工工业中会有相当广阔的应用前景.4结语水力旋流器乜于其结构简单,制造容易,生产能力大,占地面积小,维修方便而被公认为高效分级设备,得到广泛应用.作为分选设备来应用的研究工作,同样具有广阔的前量.虽然起步较晚,但也取得了令人瞩的进展.国内这方面的研究稍滞后予国外,同样取得了一些进展.值得注意的是,尽管分级和分选都是分离,但前者主要是按照颗粒度大小的差异进行分离,而后者按物料本身的特有性质(如比重,磁性等)进行分离的.分选旋流器除了具有分级旋流器的共同优点之外,不同于分级旋流器的另一个特点是,它不象分级旋流器那样具有通用性,而应根据不同矿物的不同特点来针对性的加以研究,研制出具有不同作用的适合各自特点的分选旋流器.分选旋流器的应用工艺条件同样应该得到充分研究.国外这方面的研究工作值得虢们借鉴.参考文献【1)Fricket,A.G.1MMTras(94),l9踮,l58一l65【2)刘圜鉴译,国外盒属矿选矿,1987如【3)田忠诚译.黄金,198吼5.6【4)文橱思,黄盘,1991,8L5)郑豆鹏,峰译,矿山机械,1991,2
