水力旋流器在铜炉渣磨矿分级工艺中的应用

锁军,鞠磊

（威海市海王旋流器有限公司,山东威海 264200）

水力旋流器在铜炉渣磨矿分级工艺中的应用

锁军,鞠磊

（威海市海王旋流器有限公司,山东威海 264200）

铜炉渣的磨矿分级作业存在分级浓度高、要求分级粒度细、磨矿负荷高的特点,新型旋流器通过控制旋流器进料紊流和阻力、减少溢流管处短路和控制分级空间等方面的优化,改善了旋流器的分级流场,提高了旋流器的分级效率,并在一定程度上可以提高磨机的磨矿效率和降低能耗。在铜炉渣磨矿分级中的应用实例表明,结构优化后的水力旋流器对铜炉渣磨矿分级工艺的发展有着积极的促进作用。

水力旋流器；磨矿分级；铜炉渣；结构优化

铜炉渣是火法炼铜时产生的废渣,外观呈黑色或黑绿色,致密坚硬,主要成分为铁橄榄石和磁铁矿,少量的铜化合物主要以硫化铜形式存在,比重约为4[1－2]。铜炉渣中目的矿物嵌布粒度很细,例如大冶有色炉渣选厂处理的铜炉渣中黄铜矿的主要嵌布粒度为5～30 μm[3]；根据国内外的选矿生产实践,铜炉渣的浮选选别磨矿细度可达到－325目70%～95%[4]。

水力旋流器是利用离心场加速颗粒沉降的原理和粗细颗粒在旋流器内部空间上分布的差异进行分级的设备。与传统的筛分分级和机械分级设备相比,水力旋流器具有处理量大、占地面积小、分级效率高、适合细粒级分级的特点,现已成为选矿厂磨矿分级作业中的主要分级设备。一般选矿厂磨矿作业的能耗要占掉整个选矿的60%～80%,旋流器作为主要的分级设备,其分级效率的高低直接影响着磨机的磨矿效率和能耗。由于铜炉渣自身性质,铜炉渣的磨矿分级作业较其他矿物的分级作业更为苛刻。一方面要求磨矿和旋流器作业达到－325目70%以上的细度,另一方面为了降低物料在浮选机内的沉降速度,要求分级溢流浓度尽量高。但较高的磨矿细度和溢流浓度增加了分级作业的难度,加上铜炉渣自身比重的影响,往往导致分级作业效率低、磨矿循环负荷高。针对上述状况,有必要对提高传统旋流器的分级效率展开深入的研究。

1 旋流器的结构优化

学术界对如何提高旋流器效率的研究成果很丰富,主要包括控制旋流器进料紊流和阻力、减少溢流管处短路和控制分级空间等方面的研究,但真正用于工业化生产的技术屈指可数。

1)在控制旋流器进料紊流和阻力方面,研究关注的焦点主要是改变旋流器的进料体结构,从最早切线式给料、渐开线式给料发展到目前的螺旋线式给料,如图1所示。螺旋线式给料体的结构特点是给料矿浆在进入旋流器柱体之前有一个大包角的弧型流道,同时进料流道采用矩形下沉式设计。这样做的好处是可以减轻给矿口的紊流和能耗,减轻对旋流器进料体的磨损,同时还具有一定程度的提前分级作用。目前,国内的海王旋流器的主流规格旋流器已基本采用螺旋线式给料体。

图1 旋流器进料方式变化

2)在减少旋流器短路流方面。旋流器的短路流是指物料进入旋流器内部后未经离心分级而直接从溢流管短路的少量矿浆,通常约占全部矿浆的10%～20%[5]。作为影响旋流器溢流细度和分级效率的重要因素,短路流无法避免,且难以测定,但可以通过溢流管结构调节其流量的大小。为此,学术界曾提出过多种结构的溢流管,如齿形溢流管、渐阔形溢流管以及双溢流管(将短路流导出返回给料泵池)。目前国内的海王牌旋流器采用的是专利型厚壁溢流管技术优化短路流量。除了与溢流管的结构有关,短路流流量还与溢流管的插入深度有关,可调节溢流管插入深度的旋流器在煤炭的煤泥分级中应用较早,但在金属矿山选厂尚未见工业应用的报道。

3)在控制分级空间方面。旋流器的分级空间主要指旋流器的柱锥体结构,其影响着物料在旋流器内部的停留时间。旋流器的柱段是个相对稳定的离心沉降区,而锥体的作用是提供较大的切向速度,强化离心分离效果。柱体和锥体比例结构是各个旋流器厂家最容易出现产品差异化的地方,例如国外的Krebs GMAX系列旋流器和国内的海王牌多锥体结构旋流器就是在锥体结构上做了改进,由单一锥体改为两到三段不同锥角的组合锥体,强化了旋流器内部细粒级分级空间,使同等直径旋流器达到更细的分级粒度和更高的分级效率。

2 旋流器在铜炉渣磨矿分级中的应用

各渣厂碎矿工艺有所不同,有的采用两到三段磨矿流程,有的采用半自磨—一段球磨工艺。下面以两段磨矿和半自磨+球磨工艺为例,简要介绍旋流器的应用特点。

2.1 两段磨矿旋流器的配置

以大冶有色铜绿山炉渣冶炼厂为例[3],该厂处理炉渣真比重4．22 t/m3,原矿处理量550 t/d,采取的是两段一闭路破碎,两段阶磨阶选,浮选精尾返回二段旋流器再分级的磨矿分级工艺。两段磨机规格分别为2．7 m×3．6 m、2．4 m×4．2 m。一段采用螺旋分级机作为设备,溢流细度约－200目60%,二段采用Φ350旋流器,溢流细度约－325目70%,粗选浓度为35%。

旋流器是否适合作为该现场的一段分级设备,需要考虑一段磨机的生产能力和磨矿负荷。通过计算,当磨矿负荷超过450%时,旋流器的给矿浓度将达到65%以上,过高的给矿浓度会影响旋流器的分级效率和溢流细度,同时也会加剧给料泵和管路的磨损；当设计磨矿负荷在250%～350%范围内时,旋流器的给料浓度为55%～60%,属于正常的入料浓度。根据生产经验磨机排料细度达到－200目25%以上时即能满足旋流器的生产要求。一段磨矿物料粒度较粗、分级浓度高,矿浆对旋流器的磨蚀较重,橡胶内衬容易被外表锋利的颗粒划裂,故一般采用高铝陶瓷等耐磨材料作为旋流器的耐磨内衬。

二级分级设备为Φ350水力旋流器,生产上需达到－325目70%的溢流细度,约合分级粒度dm102 μm,据此工况条件计算,Φ350旋流器的理论分级粒度为96 μm,理论上可以满足生产要求。但当磨机处理能力不足时,生产上表现为高磨矿负荷、高给矿浓度,此时Φ350旋流器就无法满足生产上的细度要求。二段球排物料粒度相对较细,对旋流器的磨损也相对较轻,旋流器的耐磨内衬可以考虑橡胶、KM复合材料等材质。

2.2 半自磨+球磨旋流器配置

白银有色铜炉渣选厂采用半自磨+球磨碎磨工艺,设计处理量4 500 t/d,半自磨与6 mm直线筛构成闭路,筛下物料给入两级串联分级旋流器,球磨机与两级预先检查分级旋流器构成磨矿闭路,设计入浮选细度－325目80%,粗选浓度38%,同时部分浮选中矿返回两级旋流器再分级。设计两级旋流器循环负荷分配如表1所示。

表1 旋流器分级系统负荷分配%

生产要求旋流器的分级溢流细度要达到－325目80%,理论上可以采用一级分级和两级(多级)分级2种方案。现生产采用的是两级分级方案,两级方案和一级方案优缺点对比如表2所示。

表2 两种分级方案对比

一级旋流器分级方案：根据设计要求一级旋流器的入料浓度约61%,考虑直线筛筛孔尺寸为6 mm,高浓度、粗颗粒矿浆给入Φ250旋流器后,旋流器的分级效率较低,且压力或浓度略有波动就容易堵塞沉砂嘴(这也是Φ150旋流器无法选用的原因),造成生产跑粗,同时旋流器的磨损也较严重。

两级旋流器分级方案：目前现场采用的即为两级分级方案,一级旋流器为螺旋线进料体Φ660陶瓷内衬旋流器,二级为Φ150多锥体KM内衬旋流器。大直径旋流器对恶劣的工况适应性强,高浓度、粗颗粒矿浆给入第一级Φ660旋流器后,旋流器的入料压力可控制在0．06 MPa左右,从而减轻旋流器的磨损。在两级串联分级工艺中第一级Φ660旋流器起到隔粗和提供较细的料浆的作用,从而保证第二级Φ150旋流器入料浓度和粒度在小旋流器能正常工作的范围内。第二级Φ150旋流器结构参数较小,不能承受高浓度的给矿矿浆,因此生产中应尽量将磨矿负荷向第一级较大规格的旋流器转移。

一般认为,在达到相同的指标条件下单级分级旋流器的分级效率高于两级串联分级旋流器的分级效率,但也有文献给出了采用两级旋流器替代一级后能够提升磨机6%的处理量[6]的案例,因此不能主观臆断单级和多级旋流器分级效率的优劣。

3 国内部分铜炉渣选厂旋流器的选型

近些年为了响应国家工业生产的“节能减排”政策,选矿厂都向着精细化方向发展。以前多数选厂只关心旋流器的溢流细度指标,而现在越来越多的选矿厂开始重视提高旋流器的分级效率,除了在已有的旋流器基础上继续深挖潜能,有的则直接采用新结构技术的旋流器,这对我国选矿磨矿分级工艺和设备的发展起到了积极的促进作用。表3列举了国内部分铜炉渣选厂磨矿分级作业旋流器的型号配置。

表3 国内部分铜炉渣选厂旋流器选型[7]

4 结论

铜炉渣的磨矿分级作业存在分级浓度高、要求分级粒度细、磨矿负荷高的特点,因此传统上旋流器在分级作业中分级效率常常较低。而新型旋流器如螺旋线进料体旋流器和多锥体旋流器在结构上的优化,改善了旋流器的分级流场,提高了旋流器的分级效率,并在一定程度上可以提高磨机的磨矿效率和降低能耗,对铜炉渣磨矿分级工艺的发展有着积极的促进作用。

[1]钱森．铜的选矿[M]．北京:冶金工业出版社,1982:414－416．

[2]张锦林．铜炉渣的可磨性及综合回收性能的影响因素分析研究[J]．甘肃冶金,2010(1):28－30,33．

[3]甘宏才．大冶诺兰达炉渣选矿的研究与实践[J]．湖南冶金, 2004(4):28－34．

[4]张积寿．国外铜炉渣选矿概况[J]．国外金属矿选矿,1973 (12):11－15．

[5]庞学诗．水力旋流器技术与应用[M]．北京:中国石化出版社,2011(1):47．

[6]B．A．威尔斯,T．J．纳皮尔·马恩．矿物加工技术[M]．印万忠译．北京:冶金工业出版社,2011:266．

[7]陈名洁．国内铜炉渣选矿现状及工艺流程设计探讨[J]．有色冶金节能,2013(2):46－49,54．

Application of Hydraulic Cyclone in Process of Copper Furnace Slag Grinding Classification

SUO Jun,JU Lei
(Weihai Haiwang Hydrocyclone Co．,Ltd．,Weihai,Shandong 264200,China)

Operation of copper furnace slag grinding classification has the features of high classification concentration,fine classification size and high grinding load,new hydraulic cyclone has been optimized by control of feed turbulence and resistance of cyclone,reduction of short circuit of overflow pipeline and control of classification space,by which it can improve classification flow field of cyclone,increase classification efficiency,and it can increase grinding efficiency of mill and reduce power consumption．The application of copper furnace slag in grinding classification shows that hydraulic cyclone after being structurally optimized has positive effect on development of grinding classification process．

hydraulic cyclone;grinding classification;copper furnace slag;structural optimization

TD454

B

1004－4345（2014）06－0040－03

2014－07－22

锁军(1980—),男,高级工程师,主要从事旋流器及相关分离设备的研究工作。