浅谈大型浮选机的研制与设计

杨业国

（柳州华锡有色设计研究院有限责任公司，广西 柳州 545006）

1 大型浮选机设计原则

北京矿冶研究总院在浮选机研究及浮选动力学理论研究的基础上，通过探索大型浮选机流体动力学的特殊规律，确定了浮选机内部各粒级矿物与气泡的碰撞、粘附、脱落过程及影响这些过程的原因，并据此提出了KYF系列和JJF-130型浮选大型浮选设备的设计原则。

2 KYF系列大型浮选机的研制与设计

2.1 浮选机结构及工作原理

KYF系列大型浮选机有“U”型槽体浮选机和柱型槽体浮选机两种，浮选机主要由叶轮、定子、主轴、轴承体、空气调节阀和槽体等组成，KYF系列大型浮选机的工作原理为:叶轮旋转时，槽内矿浆从四周经槽底由叶轮下端吸入叶轮叶片间，由鼓风机给入的低压空气经风道、空气调节阀、空心主轴进入叶轮腔的空气分配器中，通过分配器周边的孔进入叶轮叶片间，矿浆与空气在叶轮叶片间进行充分混合后，由叶轮上半部周边排出，排出的矿流向斜上方运动，由安装在叶轮四周斜上方的定子稳定和定向后，分散到整个槽子中。矿化气泡上升到槽子表面形成泡沫，泡沫自流到泡沫槽中，矿浆再返回叶轮区进行再循环，另一部分则通过槽间壁上的流通孔进入下槽进行再选别。

2.2 浮选机结构参数的设计研究

（1）槽体设计。对于充气机械搅拌式浮选机，由于不需要靠叶轮造成负压来吸气，而是靠鼓风机向槽内压入空气，因此槽体可以适当加深：①空气消耗量随槽深增加而减少，气泡上升距离大，气泡在槽内的时间延长，气泡与矿粒碰撞机会相应增加，气泡能得到充分利用；②由于浮选机叶轮直径的大小直接与浮选槽的长宽有关，长宽加大则所需的叶轮直径也大，长宽减小则所需的叶轮直径也小，所以在容积一定的情况下槽深增加，则浮选槽的长宽可以减小，叶轮直径就相应减小，功耗就会降低;③深槽在浮选过程中容易形成比较平稳的泡沫区和较长的分离区，有利于精矿质量的提高和回收率的提高;④深槽设备占据厂房的面积小，可减少基建投资。对于单槽容积50m3及其以下的浮选机，为避免矿砂堆积、有利于粗重矿粒向槽中心移动以便返回叶轮区再循环，减少矿浆短路现象，将槽底设计为“U”形，截面形状有正方形和八角形两种，泡沫分别采用刮板机械排出自溢两种。容积在50m3以上浮选机槽底设计为平底，为保证矿浆分散均匀，将槽体截面设计为圆形。

（2）叶轮设计。浮选机的叶轮设计中需着重考虑下列问题：①搅拌力要适中，不应在槽内造成较大的速度头，这是因为速度头大会造成分选区不稳定、液面翻花，影响气泡矿化，降低有用矿物的回收，同时增加了不必要的功率消耗;②通过叶轮的矿浆循环量要大，这有利于矿粒悬浮、空气分散和改善选别指标;③矿浆在叶轮中的流线合理，磨损轻且均匀;④形式合理，结构简单，功耗低。

（3）定子设计。KYF系列浮选机采用低阻尼直悬式定子，采用径向短叶片，安装在叶轮周围斜上方，由支脚固定在槽底。这样可使得定子下部区域周围的矿浆流通面积增大，消除了下部零件对矿浆的不必要干扰，有利于矿浆向叶轮下部区域的流动，同时降低了矿浆循环阻力，降低动力消耗，增强了槽体下部循环区的循环和固体颗粒的悬浮能力。叶轮中甩出的矿浆-空气混合物可以顺利地进入矿浆中，空气得到了很好的分散。定子的关键参数定子的直径，可通过放大方法放大得到。

3 JJF—130大型浮选机的研制与设计

（1）槽体设计。目前，国内外大型机械搅拌式浮选设备都采用圆柱形槽体，其对称性可提高充气的分散度和矿浆表面的平稳度，可改善浮选机的效率。JJ F-130型浮选机将槽底设计为锥底形，有利于粗重矿粒向槽中心移动以便返回叶轮区再循环，减少矿浆短路现象。

（2）泡沫槽设计。在浮选机的设计过程中，要考虑到泡沫的特性，设计一个良好的泡沫溢流设备，直接关系到浮选目的矿物的工艺指标。对于大型浮选机要考虑到泡沫输送距离、泡沫水平方向的流动速度以及泡沫整体的均匀运动。本次设计充分考虑了上述问题，在设计中采用了周边溢流方式和锥形推泡器加速泡沫的流动。采用周边溢流方式利用矿浆的自然流动方向，加速泡沫的溢流，提高浮选速度;矿浆流在向上流动过程中，碰到锥形推泡器会改变流向，向上流变成了水平流，这样就加速了泡沫的水平流动，缩短了泡沫的驻留时间，并且锥形推泡器和泡沫槽会降低泡沫表面积，相应增加泡沫层的厚度，有利于泡沫的二次富集，提高泡沫的品位。

（3）叶轮设计。叶轮是机械搅拌式浮选机最主要的部件之一，它担负着搅拌矿浆、循环矿浆、自吸空气和分散空气的作用。JJ F-130浮选机的叶轮为:星形叶轮，径向倒角叶片。确定叶轮结构参数是一个复杂的过程，需要进行大量的试验才能逐步取得合理的参数。在给定槽容积的情况下，转子机构一般将决定所必需的吸气能力和矿浆循环能力。在给定功率情况下，转子纵横比(长度/直径)将影响转子的吸气能力和矿浆循环能力。如果纵横比太小，空气吸入量将超过循环量，而如果比率太大，则相反。系统的水力学试验断定，从空气吸入和矿浆循环的观点来看，转子的纵横比接近110是最佳的。为了找出JJF-130型浮选机合理的叶轮结构参数，进行了试验。最终确定了JJF-130型浮选机的叶轮结构参数。

（4）定子设计。定子设计中考虑的两个主要因素是:①定子与槽体的距离;②定子通道面积的大小。在叶轮机构运转中，三相流体离开定子，带有较大的动量径向地撞击到槽壁上，因此槽壁的位置将影响到三相流体的运动。在给定转速和浸没深度条件下，距离太小，会引起吸气量和循环量二者减小，槽边也可能出现翻花;距离太大，通过定子的三相矿浆又甩不到槽边，气泡分散度不好。定子上通道面积对吸气量和液面稳定性有一定影响，通道面积过小，甩出矿流所受到的阻力增大，将引起吸气量减小。通道面积过大，虽然吸气量显著增加，但液面不稳。

浮选槽内的流体动力学运动比较复杂，影响的因素较多，流体通过定子通道的径向速度难以依据理论计算来确定，因此定子至槽壁的距离以及定子通道面积的大小，就有待于通过试验，从吸气量、循环量、液面稳定性等各方面兼顾考虑，适当确定其数值。