可调底流口旋流器在某尾矿筑坝中的应用

李永峰,郑纪民，马鹏飞，杨日波

(1.威海市海王旋流器有限公司，山东 威海 264000； 2.紫金矿业集团股份有限公司，福建 上杭 364200)

1 前言

某尾矿筑坝尾矿浓度约40%，尾矿中-0.074mm(-200目)含量约55%，使用旋流器对尾矿进行分级，旋流器底流用于筑坝作业，旋流器溢流进入尾矿库沉降澄清。旋流器底流中-0.074mm含量需低于15%，底流浓度需达到70%左右。尾矿由泵给入高位稳压箱内，经由稳压箱底部管道给入φ250旋流器内。旋流器与稳压箱具有一定的高差，即尾矿矿浆自流给入旋流器。多台旋流器在尾矿坝分散式排布。

2 筑坝作业中存在的问题

随着筑坝作业的进行，坝体高度逐渐增加，旋流器与矿浆稳压箱之间的高差逐渐缩小，导致旋流器给料压力降低，旋流器底流浓度降低，底流中细颗粒含量增加。影响筑坝作业的正常进行。因此，在筑坝过程中，随着坝体高度的提升，需要为旋流器更换底流口，通过更换底流口，提高旋流器底流浓度，减少底流中细颗粒含量，提高坝体稳定性。因此为了维持旋流器底流浓度及底流粒度，需要为筑坝φ250旋流器配备多种规格的底流口，增加了设备成本。同时，筑坝过程中，需要安排工人更换旋流器底流口，增加了人工成本。

基于上述情况，开发了可调底流口旋流器，无需更换底流口，即可调整旋流器底流口大小，调整旋流器底流浓度和粒度。

3 可调底流口旋流器结构特点

3.1 可调节底流口

可调底流口旋流器最大的特点为底流口可调节，调节装置为一螺杆，通过旋转螺杆，使底流口钢壳内部的钢箍收缩或者舒张，钢箍的变型带动橡胶材质内衬收缩或者舒张，达到调节底流口大小的目的。另外，为底流口配备了标尺，可通过标尺读取底流口的大小，提高可调底流口的操控性。

3.2 螺旋进料体设计

旋流器用于筑坝作业，旋流器底流中细颗粒含量不能过高，否则会影响坝体的稳定性[1]。为了降低旋流器底流中的细颗粒含量，旋流器进料体采用螺旋线设计。螺旋线进料体的结构特点如下[2]。

(1)使料浆预先分级，增强了矿浆的稳流程度，减少了旋流器分离室内短路流的产生，降低了细颗粒物料进入沉砂的概率。

(2)螺旋线进料体与旋流器直段筒体贯通而形成的冲击力和局部磨损小，从而可以使旋流器内衬拥有更长的使用寿命。

(3)螺旋线进料体结构旋流器易损件成本低，更换方便，同时其设计标准化、通用化、系列化程度高，制造、维修成本低。

3.3 柱段高度

通过用激光粒子动态分析仪研究旋流器内固相颗粒的运动后发现，旋流器柱段是一个有益于固相颗粒分离的有效沉降区，柱段区域对颗粒的分级分离过程有不可忽略的作用。优化旋流器柱段高度可增加旋流器内的分离空间、延长流体在分离室内的停留时间，提高分级效率[3]。

最佳的柱段高度可起到的作用有：①减小旋流器内部静压最大值，降低压力降；②减小旋流器内部切向速度最大值及切向速度梯度，降低流场湍流程度；③料浆在零速包络面上的分离时间更长，分级效率更高。

3.4 采用HW- R耐磨橡胶内衬

旋流器主体及沉砂口均采用HW- R型耐磨橡胶作为内衬材质。HW- R耐磨橡胶采用进口天然生胶原材料、国际先进的配方工艺和成型工艺，硫化剂、填充剂、防老剂等原料的选择均通过大量的试验对比确定，生产过程中，选用多级脱气设备,并结合节流降压等措施来强化溶剂脱除过程，采用无盐凝聚及液态纳米工艺生产。HW- R耐磨橡胶具有优异的耐磨性、抗撕裂性、弹性和柔软度，耐磨系数高，抗拉强度25～26MPa，磨耗0.032～0.035cm3/1.61km，回弹性可达70%以上，用作旋流器内衬，可提高旋流器使用寿命。

4 可调底流口旋流器分级效果

在相同的工艺条件下，通过考察对比可调底流口旋流器与传统旋流器分级指标，结果如下。

4.1 传统旋流器分级指标

传统旋流器分级指标见表1。

表1 传统旋流器分级指标(底流口规格25mm) %

采用传统旋流器进行筑坝作业，旋流器底流浓度69.80%，底流中-0.074mm含量12.80%，旋流器分级效率55.12%

4.2 可调底流口旋流器分级指标

使用可调底流口旋流器，调整其底流口大小分别为20、25mm和30mm 3种规格，指标考察结果如表2、表3和表4所示。

表2可调底流口(规格20mm)旋流器分级指标%

表3可调底流口(规格25mm)旋流器分级指标%

表4可调底流口(规格30mm)旋流器分级指标%

4.3 数据分析

(1)可调底流口旋流器运行指标与传统旋流器运行指标相比较，入料浓度及入料粒度区别较小，两种旋流器分级指标具备可比性。

(2)使用可调底流口旋流器进行筑坝作业，通过调整底流口大小可以达到调整旋流器底流浓度及工作效率，并在具体实践中取得了很好的效果。在 现代煤矿机电工程的风机、提升机、空气压缩机、皮 带设备等多个环节中都有变频技术的应用，改变了 传统煤矿机电生产的不足，实现了我国工业发展运 行模式的转变，推动了我国现代煤矿机电工程向节 能环保方向的转型。

底流粒度的目的。随着底流口规格放大，底流浓度下降，底流中-0.074mm含量增加。

(3)表3与表1数据相比较表明，同样规格的底流口大小条件下，可调底流口旋流器分级效果高于传统旋流器，底流浓度提高0.44个百分点，底流中-0.074mm含量降低1.67个百分点，分级效率提高2.20个百分点。

5 结语

(1)使用可调底流口旋流器，可通过调节螺杆直接调整旋流器底流口大小来调整旋流器底流浓度及底流中细颗粒含量。

(2)使用可调底流口旋流器，避免了为每台旋流器配备多种规格的底流口，减少设备成本，同时在使用过程中，可避免为旋流器更换沉砂口，减少了人工成本。

(3)可调底流口旋流器分级效果不低于传统旋流器，可适用于该现场尾矿筑坝作业。