国内外常用浮选机综述及其设计选型中应注意的问题

2018-01-24陈名洁尤腾胜孙明俊罗良烽

中国矿山工程 2018年2期

陈名洁，尤腾胜，孙明俊，罗良烽

(中国恩菲工程技术有限公司，北京 100038)

1 前言

在选矿工艺中，浮选是最为重要亦是应用最为广泛的工艺，而浮选工艺中浮选机是应用最多的选矿设备。进入21世纪以来，大型化和高效化成为浮选设备最为显著的特点。目前，国内浮选机厂家应用比较广泛的以北京矿冶研究院为主，国外的常用浮选机厂家主要以Outotech、FLSmidth及Metso等为代表。

浮选机的种类从充气方式来说，可分为机械搅拌自吸式浮选机和机械搅拌外充气式浮选机。从工程设计角度考虑，对于充气量不大的易选浮选工艺，可选用机械搅拌自吸气的浮选机；中、小型选矿厂比较适宜采用配有吸浆槽的机械搅拌充气式浮选机或者机械搅拌自吸气浮选机；而对于大型、特大型选矿厂浮选流程中的粗扫选作业，则比较适宜选用机械搅拌外充气式浮选机[1]。

2 机械搅拌外充气式浮选机

机械搅拌外充气式浮选机配有机械搅拌装置，同时还需要利用鼓风机强制鼓入空气。其搅拌装置主要起气流分布和矿浆搅拌的作用，通过外部风机强制压入空气，矿浆充气和矿浆搅拌是各自独立的。与机械搅拌自吸式浮选机比，其优势主要表现为：可根据需要调节充气量且易于操作，可有效提高浮选机的选别指标，还能提高浮选机的处理能力；因其独特的叶轮不吸气的原因，叶轮的转速慢、磨损和安装功率低；对于易脆性矿物不容易泥化；其最大的缺点是需额外配置鼓风机为其吹入空气[2]。

2.1 北矿院浮选机

2.1.1 KYF型浮选机

KYF系列浮选机是北矿院的主打产品，其外形采用

“U”型结构，属于机械搅拌外充气式浮选机。它常与具有吸浆能力的XCF浮选机联合使用，在配置上不需要高差，不需要配置泡沫返回泵。其特点是低能耗、空气弥散均匀、消耗药剂少、容易维护、操作管理方便、其叶轮具有类似离心泵的作用等[2]。

槽体内矿浆随着叶轮的旋转,经槽底由叶轮下端吸入叶片和叶轮中间的缝隙, 通过外部配置的鼓风机，将浮选机需要的空气压力送入空心主轴后，再通过内部的空气分配器吹入叶片和叶轮的缝隙之间，在此区域内矿浆和空气可得到充分的搅拌和混合，混合后的矿浆向上排出至叶轮的上半部,由定子稳定和定向后,分散到整个浮选机的槽体中。

2009年北矿院成功研制了当时世界上单槽容积最大的320m3浮选机。工业应用数据表明：单台浮选机的Cu富集比可达21，S富集比可达71，单耗功率定额约为0.65kW/m3。秘鲁某铜矿项目应用了28台，国内鹿鸣矿业应用了18台，乌山铜钼矿应用了16台[3]。北矿院针对大型浮选机粗颗粒选别效率低的原因，又开发了广域输出角的叶轮，通过增加叶轮的叶片高度，优化端面的外形等措施减少了矿浆流出的端面阻力。从而增强了矿浆输送能力，运输区高度也得到了提高，增大了循环矿浆量，在安装功率不变的情况下减少了短路的发生频率同时也使粗粒级矿物得到了有效的回收。

2013年北矿院成功启动KYF- 600m3超大型浮选机研究，2015年底已完成研究和设计。600m3浮选机外观上仍采用圆筒形槽体结构，采用广域角叶轮和减速机传动，直径10.5m，高度为6.8m，其安装功率500kW。

2.1.2 CLF型浮选机

CLF型粗粒浮选机开发初期是北矿院专为冶炼炉渣浮选设计的设备。它采用一种改进后的新式矿浆循环方式，搅拌电机的转速比较慢，故磨损小。搅拌后的矿浆能顺着设计好的通道获得内部的大循环，形成上升的矿浆流有利于吸附着有用矿粒的矿化气泡稳定上浮至泡沫层，可有效减少捕获后的矿粒脱落的几率。CLF型浮选机独特的格子板使悬浮层非常有利于矿物的上浮特别是粗粒矿物的上浮，可减少槽内紊流[4]。该浮选机在工业应用中浮选浓度达70%时浮选效果依然良好。CLF型粗粒浮选机在国内新建的铜冶炼渣选矿厂中得到广泛的应用，生产稳定、效果良好。

2.2 Outotec浮选机[5]

2.2.1 SK型闪速浮选机

SK型闪速浮选机[6]的主轴部件带有特殊设计的叶轮，槽体下端有一个带锥形的圆筒。它通常应用于旋流器和球磨机的闭路流程中，旋流器的沉砂比重比较大，粗粒的脉石在自重作用下返回至磨机中，而解离度较好的目的矿物在气泡作用下上浮至泡沫层。闪速浮选原则上是对高品位的矿石能回收则尽早回收，故产出的精矿品位往往比较高。根据市场需求，有时单独产出高品位产品，有时需与低品位的最终精矿混合，达到市场品级要求后一起产出。通过闪速浮选获得的精矿产品粒度都较粗，比通过磨矿浮选后产出的精矿产品更容易脱水。

瑞典某铜矿选矿厂，采用了一台SK- 240闪速浮选机，其给矿是旋流器的沉砂，原矿品位为Cu 2.3%，浮选浓度为70%～75%，采用黄药为捕收剂。闪速浮选生产实践表明：精矿含Cu 22%～24%，作业回收率25%，总回收率为90%～94%。与不采用闪速浮选的流程相比，铜回收率提高约2%，过滤后的精矿水分下降2%。

2.2.2 OK型浮选机

OK型浮选机是奥托昆普公司的典型产品。它的叶轮有许多垂直狭槽, 叶轮顶部被一个水平的圆盘封闭。当圆盘旋转时,矿浆在狭槽中被加速,外部鼓风机压入的空气沿空心轴吹入, 与加速后的矿浆流在转子和定子间隙处充分混合，矿化后的气泡负载有用矿物上浮至泡沫层。叶轮起抽吸泵的作用，从槽底部抽吸矿浆至上部浮选区，U型槽使浮选距离缩短到最短，矿浆流向槽底，由于转子的抽吸作用,新的给料直接沿着空心轴装置流入[7]。

与常规浮选机相比，OK型浮选机具有设备基础小、占地面积小等优点。它的槽体外形为漏斗形状，这种结构有助于泡沫层自流顺畅；由于槽体的重量不大，不用借助外部结构支撑；既适应于粗砂也适应于细粒级，均可获得较为理想的矿浆流。

2.2.3 TankCell型[3，8]浮选机

TankCell浮选机是Outotec公司的主打产品。首台规格为16m3的浮选机是在1991年研制的，目前已应用于生产实践的最大规格为300m3，已设计出的最大规格为500m3的浮选机。2014年已经开始研发630m3的浮选机，该槽体直径为11m，溢流堰高度7m，几何容积达到700m3。

该型浮选机在国外矿山应用非常广泛，其充气量可根据现场实际需要操控，具有耗气量较低、搅拌器转速低、易损件使用周期长、安装功率低、浮选指标良好及维修操作简单的特点。

浮选机槽体外形为圆柱形，通过鼓风机吹入的低压空气从空心轴进入叶轮中间，给矿浆从槽体的底部进入，负载着有用矿物的气泡上浮至泡沫层。转子的进出口处各自存在低高压区，矿浆流在压力作用下自高压区流向低压区。

2006年之前TankCell型浮选机容积范围为5～300m3。2007年奥图泰开发了性能更优良的新型搅拌机构，新叶轮叶片间的空腔大小均匀一致，同时在叶轮叶片上增加了导流锥通道，大大增强了矿浆的循环能力，耐用性能也得到了显著提高，矿浆流线比以前更加合理，定子部分采用分体的形式，易于更换。 2009年在智利TC- 300浮选机与2台TC- 160浮选机进行了工业对比试验。工业试验表明：TC- 300浮选机回收率提高了5个百分点，精矿品位提高了1个百分点，能耗为0.68kW/m3。

2.3 FLSmidth浮选机

2002年Eimco兼并了Dorr- Oliver的浮选机，2007年 FLSmidth又收购了Eimco。目前，FLSmidth是国外公司中唯一既有充气式(Dorr)又有自吸式(Wemco)浮选机的设备供应商。

Dorr- Oliver浮选机需要外部强制供风，能最大化回收细粒级矿物。它主要应用在精选作业，能最大程度提高精矿品位。短形定子叶片包围着叶轮，从圆环顶径向地悬吊着，通过鼓风机吹入的空气从空心轴进入转子叶片间设置好的导沟，矿浆与空气充分混合后上浮到浮选区[9]。该设备槽体通常为U型，设计中充分考虑了不必要的紊流，故能在低能耗下仍然获得良好的固体悬浮液，而且空气弥散也十分充分。目前该机的规格为0.1～330m3，2009年，在美国犹他州力拓选矿厂进行了330m3浮选机的工业测试。2014年开始着手开发660m3的浮选机。

2.4 Metso浮选机

芬兰美卓公司RCS浮选机采用的槽体是圆筒形的，它吸收了圆筒形浮选机的优点以及其叶轮结构的所有特点，为浮选作业创造了理想的条件。该浮选机的规格为5～200m3，该设备采用深型叶片机构使矿浆产生强大的径向流，叶轮下方产生很强大的回流，可有效避免槽底沉积矿粒[9]。

RCS型浮选机的显著特点为：①大大降低了上部区域紊流的发生，可防止较粗颗粒与气泡的脱落；②下部区域能获得较好的悬浮液，矿粒与气泡能多次接触，整个浮选槽内空气充分弥散，以便回收所有粒级的物料；③液面稳定，尽可能减少颗粒的机械夹带；④搅拌机构使叶轮和分散器内的局部高速区最小化，延长了易损件的寿命；⑤易于保养。

3 机械搅拌自吸式浮选机

机械搅拌自吸式浮选机的优点是可以自吸空气，还可以自吸矿浆；中矿返回时易实现自流，不用配置泡沫返回泵；操作维护简单，可水平配置，辅助设备少等。其缺点为能耗高，充气量较小，磨损较大等[2]。

3.1 北矿院浮选机

3.1.1 JJF型浮选机

JJF系列浮选机采用星型深锥叶轮和辐射状的叶片，定子为圆筒形，其中间孔作为矿浆通道。该设备叶轮的下部设计有假底和导流管，其目的是使矿浆在槽内产生大循环，从而有利于槽内下半部分粗颗粒矿物的循环，避免粗颗粒沉槽。该机叶片面积和叶轮高度均较大，其安装深度较浅，它能保证足够强的搅拌力，同时还能自吸足够空气，叶轮转速慢、直径小，与定子间隙大，因此能延长定子和叶轮的使用寿命[3]。

2008年在德兴铜矿进行了工业对比试验，2台200m3浮选机的工艺指标优于一段粗选8台39m3浮选机的工艺指标。在给矿铜品位基本相同的情况下，精矿铜品位提高了2.0%，尾矿铜品位降低了0.008%，铜回收率提高了2.03%[3]。 2012年北矿院采用仿真技术开始研究JJF- 320m3自吸气浮选机，2014年完成研究设计，2016年开展工业测试和工业考察。

3.1.2 BF型浮选机

BF型浮选机是SF型浮选机的改良型，它由刮板、电动机、轴承体、中心筒、吸气管、主轴、槽体、叶轮及定子等组成。每槽都有吸浆、吸气和浮选多重功能，能自成浮选回路，安装功率低。能水平配置，不需要台阶高差，无需任何辅助设备，便于流程的变更。矿浆循环合理，能最大限度地减少粗粒沉砂。超过16m3的机型可采用双边刮泡或单边刮泡两种结构。对于小于4m3的机型尾矿箱放在槽体内[2]。

3.1.3 GF型浮选机

GF型浮选机比较适用于中、小型规模的矿山企业。该设备处理物料的给矿浓度小于45%，矿浆的粒度范围为-0.074mm占45%～98%。设计有上下不同的叶片，上叶片的功能在于自吸空气和给矿矿浆，而下叶片，主要是为了能在槽底部形成矿浆大循环。采用折角叶片的定子对矿浆流动进行导向和稳流，因此可以不用设置稳流板。该设备内矿浆分选区液面平稳，矿浆循环良好，槽内矿浆粒度分布均匀，矿浆无旋转和翻花现象，分选效率高，有利于提高细粒级回收率，可节省能耗15%以上。该机有0.35m3至42m3不同的规格型号[2]。

3.1.4 CGF型浮选机

据文献报道CGF型浮选机能在不降低中、细粒级产率的前提条件下，明显提高+0.15mm粒级范围的作业产率，可有效扩大浮选作业的分选粒度范围。此机型是北矿院在CLF- 40型粗粒浮选机基础上开发的自吸气粗颗粒浮选机[3]，当时开发的该机容积为40m3，采用圆筒形结构，设计上下两部分叶片的叶轮，并在距槽底三分之一槽深处设计了活动式格子板。这种设计使矿浆循环量更大、矿物上浮距离缩短，有助于粗粒矿物的上浮，减少了浮选槽上部区域矿浆的紊流。

为了提高整个选厂的铜回收率，2012年德兴铜矿选矿厂试验安装了CGF- 40的浮选机用于回收铜尾矿中粗颗粒铜矿物连生体。工业试验表明：+0.074mm粒级产率高于常规浮选设备10%左右，铜回收率可达20%[3]。

3.2 FLSmidth浮选机

2007年，FLSmidth公司收购了Eimco公司。原Eimco公司的典型产品是Wemco SmartCell浮选机，它的槽体形状采用的是传统圆柱形，设计有独特的圆锥形的通气引流管和推泡器，转子式分散器安装在槽体中部，除了通气还有强力搅拌的作用。空气靠转子经空心轴吸入后，再经空气分配器打散成微小的气泡，上升均布在整个矿浆中。其通气装置安装在远离槽底的上方位置，可大大减小转子和分散罩的磨损，增加其使用寿命，所有浮选机转动设备可实现在线更换，而且停车后可以立即启动[10]。

2002年冬瓜山铜矿采用了18台130m3SmartCell浮选机, 目前已正常运行16年；2005年洛阳栾川钼矿采用了 8台130m3SmartCell浮选机，正常运行一年多后2006年又采购了10台；2017年普朗铜矿采用了16台330m3SmartCell浮选机，目前已经进入生产阶段，应用良好。

4 浮选机设计选型应注意的问题

(1)浮选机设计选型应根据矿石的可浮性、入选品位、磨矿后P80的数值、矿浆pH值、矿浆比重是否易沉槽等综合因素选用合适的浮选机[11]。在矿石难选且充气量要求大的情况下，建议选用机械搅拌外充气式浮选机，反之，可选择机械搅拌自吸式浮选机。

(2)选厂的规模不同对应的浮选机规格亦不同。通常情况下中小型选矿厂应选用中小规格的浮选机；大型、特大型选厂宜选用大规格浮选机。除此以外，还应该进行技术经济比较来确定浮选机的规格。

(3)粗、扫选作业目的主要是抛尾，浮选泡沫可适当厚一些，可采用充气量大一些的浮选机；而精选作业的浮选泡沫层则不宜太厚，由于精选是为了提高精矿的品位，泡沫层太厚不利于将脉石分离出来，故宜采用充气量小的浮选机或者直接采用自吸式浮选机。

(4)浮选作业尽可能采用单一系列。单系列与多系列相比，可节省占地面积，减少浮选机的总安装功率，浮选指标也会更好。国内选矿厂单系列的规模可达30 000t/d。

4.1 中小型浮选机

一般来说，根据试验浮选时间计算选择浮造机。除浮选时间外，还要考虑给矿量波动系数、浮选机几何容积的利用系数等。以此来确定设计的工业型浮选机的型号和台数，设备选型最终主要以浮选机的容积来确定型号，没有对浮选机的安装功率、充气速率或浮选机搅拌转速等做设计计算要求，这部分技术参数主要以设备制造商试验决定。

4.2 大型或超大型浮选机

大型或超大型浮选机选型时除中小型浮选机选型时所考虑的因素以外，还应重点考虑短路和矿浆停留时间的问题。

(1)短路情况。据国外文献介绍，一些大型浮选机存在7%～45%的选别死区[12]，其数据波动范围尽管存在着争议，但在一定程度上反映了大型或超大型浮选机短路情况的存在。在中小型浮选机设计中，一般认为粗、扫选作业的浮选机总槽数不宜少于6槽。但随着近10年来浮选机设备日趋大型化，关于选择槽数的理论也发生了变化，目前在生产的选矿厂中有许多粗、扫选浮选槽少于6槽的实例，单槽和双槽的配置也已经出现。因此，在选择计算浮选槽的数量时，应根据浮选机的型号、浮选时间等因素，再类比类似矿山企业的实例来确定[13]。

(2)浮选时间。由于大型或超大浮选机短路情况比中小型浮选机严重，在计算工业浮选时间时，其取值应该至少为试验浮选时间的3倍以上。在计算小型浮选机浮选时间时，一般为某作业总容积除以作业首槽的给矿体积量。对大型或超大型浮选机来说，一个浮选作业有单槽、两槽或更多槽组成，单一浮选槽泡沫产率都较大。对于双槽的作业来说，其第二槽的矿浆给矿量应减去首槽的泡沫体积量，而不能简单地依照首槽的矿浆给矿量来计算。