某磷矿浮选柱用气泡发生器的研究与改进

傅 彪，罗玉发

（云南磷化集团有限公司，云南 昆明 650600）

0 引言

某磷矿浮选厂使用8台浮选柱进行磷矿反浮选，浮选柱运行过程中使用气泡发生器对浮选柱进行充气浮选。浮选柱所用气泡发生器主要有隔膜式气泡发生器和气缸式气泡发生器，两种气泡发生器在使用过程中都存在成本高、使用寿命短、维护困难等缺点。笔者针对气泡发生器使用过程中存在的问题对其进行了一系列改进，稳定了分选效果，降低了运营成本。

1 现用浮选柱工作原理及气泡发生器结构

浮选柱的主体结构是一个带气泡发生器的圆柱形筒体，筒体内附有给矿装置、泡沫溢出装置，以及泡沫槽、压缩空气输入管网和风包等。浮选柱工作时，矿浆由柱体中上部的给矿装置给入；压缩空气经输入管网和风包，然后透过气泡发生器从柱体底部射入，使空气在柱体内弥散形成大量细小气泡。矿粒在重力作用下缓缓下降，气泡穿过向下流动的矿浆升浮，矿粒与气泡通过逆流接触与碰撞，实现气泡选择性矿化。矿化后的矿浆附着于气泡表面上升至浮选柱顶部溢流至泡沫槽，从而实现有用矿物与无用矿物的分离。

气泡发生器是浮选柱的重要部件，它的结构直接左右使用寿命、成本以及浮选柱内气泡的尺寸和分布，对浮选柱的分选效果有重要影响。

现用气泡发生器为射流隔膜式气泡发生器，结构见图1。

图1 射流隔膜式气泡发生器结构

当浮选柱开机时，气路电磁阀打开，压缩空气（0.8 MPa）进入枪管，气压通过隔膜压缩弹簧打开顶针，压缩空气通过气旋体、陶瓷嘴、枪头切线方向射出与矿浆接触形成小气泡。

2 现用气泡发生器存在的问题及原因分析

（1）陶瓷嘴使用寿命不长，通过反复试验发现陶瓷材料要优于不锈钢材质，但使用3个月后会逐步出现孔径变大和破裂的情况。

原因：陶瓷嘴厚度偏薄，承受不住气流的冲刷，孔径逐步变大；气压不稳，导致膜片频繁工作，顶针反复冲击陶瓷嘴，导致陶瓷嘴破裂。

（2）矿浆逆流入气泡发生器内，导致枪管堵塞，浮选柱气泡量逐步变小，矿化效果越来越差。

原因：膜片与导杆锈死、膜片损坏以及弹簧失效导致气泡发生器不能有效关闭；陶瓷嘴孔径变大或破裂后，当气泡发生器关闭时，顶针与陶瓷嘴密封不严；气压不稳，顶针反复工作时，矿浆随着关闭时的吸力进入枪管。

（3）气泡发生器使用成本高，价格在2 000元/只左右（1年需更换1次），易损件有陶瓷嘴、膜片、弹簧、密封件等，每拆装1次易损件就必须全部更换，成本在800元左右（3个月需修复1次）。该厂共有8台浮选柱，每台浮选柱需用40只气泡发生器，全年需要更换320只，修复1 240只，使用成本全年约164万元。

原因：使用寿命短；易损件太多且价格贵，导致修复成本高。

（4）维护难度大。当每台浮选柱超过20%的气泡发生器发生故障（枪管堵塞、膜片或陶瓷嘴损坏等）时，就需要停机进行检修，需要把发生故障的气泡发生器整体拆除，再进行重新安装，每台次需要约20 h。

3 气泡发生器的改进

针对使用过程中存在的问题以及原因分析，本着简化内部结构、减少故障点、降低易损件数量的原则，对原有气泡发生器结构进行以下两点改进。

（1）陶瓷嘴关键尺寸改进。将陶瓷嘴孔径处的厚度由之前的1 mm增加至5 mm，如图2所示。

图2 改进前陶瓷嘴孔径外结构

（2）主体结构改进（见图3）。由于膜片、弹簧以及顶针的故障率过高，所以拆除膜片、弹簧以及顶针的结构，增加止回阀和排污球阀，以达到简化内部结构、减少故障点、降低易损件数量的目的。

图3 气泡发生器改进的主体结构

4 改进后使用效果评价

（1）陶瓷嘴的寿命延长。一方面是加厚的陶瓷嘴强度得到提升，另一方面是由于减少了顶针的频繁冲击，陶瓷嘴的使用寿命由之前的3个月延长到6个月，减少了停机检修的时间。

（2）易损件减少。改进后的气泡发生器易损件只有陶瓷嘴、密封件，且陶瓷嘴和密封件使用寿命均能达到6个月以上。

（3）过程控制改进。气泡发生器底部增加排污球阀，一方面定期排污防止矿浆在枪管内垢化而使气压不能冲出枪管内矿浆；枪管堵塞后，打开球阀就可清理，无须对整只气泡发生器进行拆除，每台次检修大约需要8 h，大大节约了检修时间。

（4）分选效果改善。改进后的气泡发生器充气量、流速、分散角等方面都没有发生改变，但是稳定性有了很大提高。由于生产的连续性，浮选柱每月只有1次检修机会，原有气泡发生器由于逐只发生故障，在15 d左右的时候分选效果就会逐步变差；改进后气泡发生器在一个检修周期能确保分选效果。

5 经济性分析

（1）改造后的气泡发生器价格在1 000元/只左右（2年才需更换1次），易损件只有陶瓷嘴、密封件等，成本在200元左右（6个月需修复更换1次，每月检修只需清理，不用更换配件）。该厂共有8台浮选柱，每台浮选柱需用40只气泡发生器，全年只需更换160只，修复640只，使用成本全年约28.8万元，节约成本135.2万元/a。

（2）由于在稳定性方面有了很大提高，分选效果得到保证，该厂的尾矿品位降低约0.67个百分点，精矿产率增加了约1.67个百分点。