关于大型浮选机叶轮的讨论

林宝新　杨学忠

摘 要 “十一五”、“十二五”期间，国内选矿行业得到了迅猛发展，尤其是浮选工艺生产能力达到了前所未有的历史高度。快速的扩大生产和不断提高产能，必然会产生符合相关工艺的大型设备。大型设备的快速投产使用，必然会产生大型设备关键零部件的理论设计与实际应用相偏差的应用效果，同时也没有及时总结相关经验及数据的积累。本文针对国内外几家知名院所生产浮选设备的关键零件、结合实际生产运行情况进行类比，统计相关数据。

关键词 叶轮 浮选机 弥散器 定子 倾角 抛物线 倒梯形

近十几年来，新型浮选机不断出现，种类较多，在世界各地使用上，占优势的首推荷兰奥托昆普浮选机，在浮选机不断推出新型的年代，有争衡之势的是美国道尔—奥利维浮选机。因此，仅就二者进行讨论。

OK型（芬兰奥托昆普）与DORR型（美国道尔—奥利维）叶轮、外形虽稍有差异，但均近似一个回转抛物线，如图1与图2。

北京矿冶研究总院与北京有色冶金设计研究总院（简称北矿院、北设院）设计的叶轮分别采用了两种各异但外形近似一个回转倒梯型，如图3、图4。

OK型寻求空气与矿浆在叶轮部分别流动，以便更好地找出优化条件，而DORR型与北矿院、北设院寻求在叶轮腔中混合流动，以便更好地达到早期形成矿浆与气体之混合的目的。北矿院与北设院将叶片倾斜一个角度，成后向角，并在叶轮中间加一个带有多孔的圆简体，称作空气弥散器。而OK型与DORR型采用较为普遍的无倾角叶片，亦无弥散器。

通过北矿院、北设院过去一个时期试验、生产表明，OK型叶轮空气分散的不理想，在相同转速，相同直径的条件下，功率消耗大，矿液面不够稳定。关于加弥散器的优缺点，在我们探讨中亦未得出定论。关于叶轮叶片倾角问题，亦有不同之看法，现就这些问题，提出一点初步看法，请同行专家们给予指正。

1叶轮外形

近似回转抛物线—OK与DORR型；近似回转倒梯型（或双梯）—北矿院与北设院型。

OK型根据K·法勒内斯（Fallellns）在浮选一书中介绍，他们是基于液体力学公式推导与试验得出最佳叶轮形状，其计算结果与选优试验之结果相近似，今无法去讨论其试验的结果是否是较为优化的条件，就其液体力学之推导的基理出发点，提出几点疑问。

目前一些液体机械，淌无法由纯数理计算方法得出最佳值（不加修正），一般都是在试验的基础上，用流体力学的基理，用模式定律等方法进行设计，然后再到试验中修正，最终得到较为优化之条件。例如水泵、螺旋桨、飞机、船舶等。例如他在报道中，采用旋转动量守恒的公式即V=V0并不加修正，塔理安教授50年代在旋流器试验中，已证V≠V0而是V=V0，n与粘度及其他条件有关，更主要的是这一守恒的概念是建立在无干搅的离心力场中，今叶轮与定子之间的情况有所不同，叶轮是在不停地旋转，又如假定水头是线型，（这种假定也是无根据的），况且这些概念也无法说明它是优化条件（他的推导过程与公式详见中译本浮选下册199页—201页）。

总之何种型式为最合理，尚有待于进一步研究试验，用小型设备进行模拟，真实性较差，用较大设备做清水试验，受测度条件所限亦较困难。据闻近年来有用激光进行测定X观察的说法，如能实现，应有补益。

北矿院与北设院的叶轮型近似回转倒梯型，二者又稍有差异，但在生产中均得到了较好的效果，可以进一步进行优化，至于哪一种形式为最佳，目前尚不能定论，有时稍加调整一下每种型式的各参数，均达到工艺之要求，但这并非否定优化条件的客观存在或寻求优化的必要性。

2叶轮的叶片倾角

以叶片为形位特点的叶轮有两种型式：一是叶片无倾角—OK、DORR型（见图1、图2）；二是叶片有后向倾角—北矿院、北设院，（见图3、图4）。

叶轮的功能，是将矿浆由下部吸入，由上部甩出，经过定子形成矿化泡沫与矿浆相互均一混合，并使矿粒能在槽中处于悬浮状态，保证在槽的上部具有必要的稳定液面。叶轮作用原理有些类似水泵，水泵有前向与后向倾角之叶片，其性能曲线亦各异。值得提出的是，浮选机叶轮的作用、要求与水泵有所不同，水泵叶轮只有一个任务，即最大限度无紊流，将水扬出。而浮选机叶轮身兼三个任务，即一方面要扬出矿浆，又要造成紊流使气与矿充分混合形成矿化泡沫。根据8m3浮选机叶轮试验表明，用前向叶轮与后向叶轮，均能达到相同较好的工艺结果。只前向比后向多2个安培电流，如适当地调整一下叶轮转速，均可达到同一功率消耗之目的，用直叶片其工艺效果亦同。

从客观上粗略地讲，为达到一定矿浆与空气混合，形成矿化泡沫，矿浆与定子要有一定的冲击、紊流，叶片向前、向后、直的都能应用，只要调整一下速度或叶轮直径将会达到相同之目的，参见图5、图6矿浆速度三角型。

五十年代林大辅工程师（日籍）在东北岫岩矿曾作过机械搅拌式浮选机叶轮叶片形式的试验。如曲线、直线、前向倾角、后向倾角，试验表明在浮选机的特定条件下，实际意义不大。

直叶片有可以反正转均可的优点，不仅可以提高本身的寿命，也可增加定子的使用寿命，在衬胶工艺上也会带来简化的优点，建议在可能的范围内，尽量采用直叶片。

3叶轮的混气型式

叶轮空气混合型式分为：空气由叶轮腔中给入—DORR型、北矿院、北设院型和空气在叶轮外缘给出—OK型两种。

3.1空气由叶轮腔中给入

这种给入空气方法，是较为普遍的传统型式。如：我国常用的A型浮选机，DR型浮选机、DORR型、北矿院型、北设院型等。A型是自吸气，其余是充气式，设计者的意图是想使空气在叶轮腔中借助紊流与矿浆自身速度造成负压吸入空气使其混合，但由于空气的比重比水小1千多倍，部分空气会在腔中被矿浆挤出，自然的靠向另一边，见图2，就是说虽然全部空气由叶轮中给入，但在腔中未能全部混合，一部分亦需在叶轮外缘或定子及其他地方混合。

3.2空气在叶轮外缘给出

这种OK型叶轮，其设计意图是希望在叶轮内部尽量多地形成矿浆循环，在叶轮外缘以外与空气再进行混合，以期达到大循环量之目的。实际由于循环矿浆中就有空气，或在循环中带来空气，叶轮腔中形成的情况与DORR型亦相同，只是各有多少之别（图1）。北设院、北矿院的试验结果均证明此OK型不如DORR型，但在布干维尔选矿厂使用是成功的（磨矿粒度-200目占45-50%），在38m3的试验中OK型的电流比DORR型大10安培左右，且矿液面不稳，气泡过大。

以上这两种叶轮，正如C.C.哈里斯所指出，“此两种叶轮，前者达不到完全混合之目的，后者也达不到全部分开之目的”。只能使哪一项多一点或少一点而已。

关于这两种叶轮型式的评价与适用范围，還有待于进一步研究。

4叶轮空气弥散器

关于叶轮加弥散器，其目的想使空气的压力梯度在局部增加，使空气分布由上向下，或由空气面向矿浆面分散均匀一些，这个想法是可以的，但需有一定的压力梯度，目前使用的弥散器是难以达到这一目的的，局部增压如下式：

△H= €%]=

今所用板孔为例，取V=8m/s，计算结果△H只有8mm，这几乎难以起多大作用，且叶轮中空气与矿浆的作用情况尚较复杂多变，考虑到制造工艺简化望尽量不采用弥散器。

参考文献

[1] 长沙黑色冶金矿山设计研究院.选矿设计手册[M].冶金工业出版社出版，1988.

[2] 胡为柏.浮选[M].冶金工业出版社，1982.

[3] 中国有色金属学会冶金设备学术委员会.大型浮选机学术研讨会论文集[C].1988.