螺旋线进料体旋流器在某选矿厂分级作业改造中的应用

向 辉 王 磊 季安坤 郭 霞 姜程阳

(1.珲春紫金曙光金铜矿；2.威海市海王旋流器有限公司)

水力旋流器是十分高效的离心力场分离设备，广泛应用于选矿、化工、石油、环保等领域。水力旋流器结构简单，操作变量多，提高其效率和性能是近年来科研工作者的一个研究重点。

传统水力旋流器进料体结构形式多为切线形，即进料管与筒体相切，优点是结构简单、配置方便，但流型变化很快，沿程损失较大，容易产生紊流，进料管磨损严重。为克服切线形进料体的缺点，近年来研制出渐开线形、蜗形渐开线形、同心圆形等进料体，均具有降低能量消耗、增加生产能力和提高分级效率的作用，但仍不能满足市场快速发展的需求[1-3]。

为进一步提升水力旋流器的处理能力和分级效率，国内某旋流器公司基于引导流场节能分级技术、快速分级技术及进料湍流抑制技术自主研发了大包角和逐渐下降式螺旋进料体结构，并逐步应用在国内选矿厂。珲春紫金曙光金铜矿某选矿厂三系列磨矿—分级作业存在水力旋流器一次分级效率低、循环负荷过高等问题，影响生产的顺利进行，需进行技术改造。

1 磨矿—分级系统现状

珲春紫金曙光金铜矿4 000 t/d选矿厂三系列磨矿—分级作业现处理能力27～28 t/h，磨矿采用MQY2740型球磨机，一次分级采用FX350×4旋流器组，二次分级采用FX250×4旋流器组。磨矿—分级工艺流程见图1。

图1 三系列磨矿—分级工艺流程

分别对旋流器的一次分级、二次分级产品进行取样考察，结果见表1。

表1 分级系统取样考察结果 %

由表1可以看出，目前磨矿—分级作业主要存在两个问题：一是一次分级旋流器溢流较粗、分级效率低，增加了二次旋流器的工作负荷，从而导致磨矿—分级系统循环负荷过高，限制选矿厂产能；二是旋流器沉砂夹细现象明显、浓度低，返回磨机再磨会影响磨矿效果。在粗粒级、高浓度工况条件下，一次分级设备选型不合适导致分级返砂量过大，在磨矿—分级系统中形成恶性循环。目前系统处理能力相对MQY2740型球磨机而言，仍有提升空间。

2 改造措施

新型螺旋进料体结构能改变水力旋流器进料流型，减小因流型改变而产生的湍流强度(紊流强度)及能量损失，降低旋流器给料压力和旋流器能量消耗。同时新型螺旋进料体结构旋流器因射流作用引起的盖下流量(短路流量)小，从而可以提高旋流器分级效率。因此拟将新型螺旋线进料体水力旋流器替代现有渐开线进料体水力旋流器进行一次分级，二次分级作业条件不变。

分别使用螺旋线进料体旋流器与渐开线进料旋流器进行一次分级，然后取样考察对应的一次分级和二次分级产品，结果分别见表2、表3。

表2 一次分级作业指标对比

表3 二次分级作业指标对比 %

由表2可知，使用螺旋线进料体旋流器进行一次分级，溢流产品-0.074 mm含量提高到39.95%，分级效率提高了11.14个百分点，分级效果明显改善，旋流器循环负荷显著降低，球磨机处理能力由27.50 t/h提升到30.50 t/h，底流夹细现象也得到一定程度的改善，有利于减少磨矿过粉碎。

由表3可知，使用螺旋线进料体旋流器代替渐开线进料旋流器进行一次分级后，二次分级作业溢流产品-0.074 mm含量提高了9.65个百分点，分级效率提高了4.26个百分点，循环负荷和溢流浓度都得到了一定程度上的降低，分级效果得到改善。

说明采用一次分级采用螺旋线进料旋流器，有利于改善二次分级效果，提高二次分级效率和溢流产品细度，有利于提高后续选别指标。

3 旋流器数值模拟

3.1 湍流强度对比

采用数值模拟法进行渐开线进料体旋流器和螺旋线进料体旋流器湍流强度对比，可以发现螺旋线进料体旋流器较渐开线进料体旋流器湍流强度低，进料更接近层流，有利于提高旋流器的分级效率。目前进料湍流强度抑制技术主要包括将矩形进料管四边角进行倒角处理、大包角进料管与旋流器主体连接处做弧形过渡，新型螺旋线进料体采用大包角进料管能更加有效地抑制湍流，提高分级效率。

3.2 颗粒轨迹线对比

采用数值模拟法进行渐开线进料体旋流器和螺旋线进料体旋流器颗粒轨迹线对比，可以发现螺旋线进料体旋流器较渐开线进料体旋流器底流细颗粒含量低，溢流颗粒含量高，能降低旋流器底流夹细程度，提高分级效率。

4 结 论

珲春紫金曙光金铜矿4 000 t/d选矿厂三系列磨矿—分级作业采用新型螺旋线进料体旋流器代替原渐开线进料体旋流器进行一次分级，一次和二次分级溢流-0.074 mm含量分别提高了4.51，9.65个百分点，分级效率分别提高了11.14，4.26个百分点，并降低了循环负荷，提高了球磨机处理能力，减少过磨。旋流器湍流强度和颗粒轨迹线数值模拟结果也表明，螺旋线进料体能够降低湍流强度、减少底流夹细程度，从而提高旋流器分级效率。

[1] 庞学诗.水利旋流器技术与应用[M].北京：中国石化出版社，2011.

[2] 吴剑华，闫星峰，王宗勇.螺旋式旋流器的径向速度分析[J].轻工机械，2009,27(2)：20-22.

[3] 吴剑华，闫星峰，王宗勇.螺旋式旋流器的切向速度分析[J].环境工程，2009,27(3)：68-71.