大直径旋流器在新疆紫金锌业单段半自磨磨矿回路中的应用

沈卫卫 李建柏 郑纪民 李永峰 马鹏飞

（1.新疆紫金锌业有限公司；2.威海市海王旋流器有限公司）

半自磨磨矿流程具有磨矿流程短、设备生产能力大、厂房占地面积小的优点，较典型的工艺流程有半自磨—球磨流程、自磨—球磨流程、单段半自磨流程，在国内外选矿厂有着广泛的应用［1-6］。单段半自磨流程一般适合磨矿细度要求相对较粗，同时矿石硬度中等且可磨性好的矿石。目前，单段半自磨磨矿工艺在国内应用的报道较少［7-8］。

旋流器是目前选矿厂磨矿系统中应用最广泛的分级设备。旋流器具有占地面积小，生产能力大，生产运转率高的优点，其缺点是设备安装位置一般高于磨机，增加了厂房高度。近年，随着（半）自磨工艺的推广，单系列磨矿系统的处理能力越来越大，客观要求配套旋流器的生产能力也越来越大，开发大直径旋流器有利于减少设备台数，减少人员工作量。

磨矿分级工艺旋流器适合的分级粒度范围一般P80为0.038～0.3 mm，当分级粒度P80达到0.25～0.3 mm宜采用大直径或特大直径的旋流器，当分级粒度达到P80≥0.3 mm宜采用筛分设备［9］。目前在有色矿山磨矿分级方面，旋流器应用于分级粒度P80≥0.2 mm的工况非常少见。

新疆紫金锌业三期选矿厂磨矿分级工艺属于粗磨高浓度分级工况，设计磨矿细度-0.074 mm40%、旋流器溢流浓度大于40%。由于磨矿细度粗，采用了单段半自磨磨矿工艺，经过论证选择了FX840型分级旋流器，三期项目建成投产后磨矿分级系统达产达标。

1 磨矿流程概况

新疆紫金锌业选厂处理露采低品位混合矿，矿石主要目的矿物为闪锌矿、菱锌矿，主要脉石矿物为石英、长石，矿物结晶粒度粗，矿石易磨，磨矿细度达到-0.074 mm35%，能获得较好的选别指标。

选厂一期、二期项目分别于2012年和2015年建成投产，采用单段球磨磨矿工艺。在三期项目建设中经充分论证，参考了国内部分有色矿山磨矿工艺及旋流器规格（表1），采用了单段半自磨磨矿工艺，简化碎磨流程。三期工程设计处理能力1.5万t/d，于2020年7月建成投产，目前产能已达3万t/d。三期流程为原矿经粗碎至-200 mm后，经皮带运输至中间矿堆，再经给矿皮带给入半自磨机；半自磨排料给入直线筛筛分，筛上顽石经胶带输送机返回半自磨机，筛下矿浆由渣浆泵扬送至旋流器组分级；旋流器沉砂返回半自磨机，形成闭路磨矿工艺，旋流器溢流输送至浮选系统，最终磨矿细度为-0.074 mm40%。浮选采用铅、锌依次优先浮选流程。

2 半自磨机工况

三期半自磨机采用美卓公司的φ8.5 m×7.0 m长筒型半自磨机，有效容积348 m³，装机功率8 200 kW。半自磨机排矿给入直线振动筛（筛孔5 mm），由于顽石产率较低，未配置顽石破碎机。半自磨机给矿粒度设计0～200 mm，由于矿石易碎，实际给矿粒度F80只有约20 mm，-1 mm占比达50%以上，半自磨机排矿细度约-0.074 mm20%，-0.038mm占13%左右，由于给矿粒级级配整体偏细，导致半自磨机排矿粒级含量呈现两头多中间少的状态。半自磨机给矿、排矿粒度考察结果见表2、表3。

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3 半自磨回路旋流器

3.1 旋流器的结构选择

半自磨分级旋流器采用海王公司的1组FX840×10旋流器，旋流器直径为840 mm，锥角角度为15°，10台旋流器组成1组。为了便于向原一期和二期、新建三期浮选系统分配成品原矿浆，在旋流器组上设置了（3台+3台+4台）3个溢流矿浆出料管，分别运行2台+2台+3台旋流器，保证了一期、二期、三期浮选系统的稳定分配给矿。

单段半自磨与旋流器闭路磨矿工艺在国内应用很少，尚无经验可借鉴。为此，该项目在旋流器的规格选型上充分考虑半自磨具有排矿粒度粗且排矿粒度受给矿粒度变化波动大的特点，设计旋流器溢流细度-0.074 mm含量≥40%、溢流浓度≥40%、给矿浓度≥62%，属于高浓度、粗粒度分级工况。

由于旋流器细度要求-0.074 mm含量≥40%，换算成分级粒度要求dm≤380μm，通过对比FX660、FX710、FX840 3种直径旋流器的理论分级粒度可知，FX840旋流器的理论分级粒度最接近380 um（表4）。因此FX840旋流器的理论分级效率最高，旋流器的沉砂夹细和溢流中细粒级的含量相比要少，磨矿过程中的颗粒过磨最轻。结合生产经验，直径越大的旋流器在高浓度、粗粒级的分级工况方面的生产稳定性要优于直径较小的旋流器。综上所述，三期项目选择FX840旋流器。

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3.2 旋流器的结构特点

FX840型旋流器采用螺旋线式进料方式和多锥体结构，螺旋线式进料方式更加科学（图1），螺旋线式进料管顺应矿浆运动规律，相比切线式和渐开线式，螺旋线进料体的进料阻力更小，对沿程的器壁磨损更轻，有利于提高旋流器的处理能力，在相同的处理能力条件下运行压力更低，使用寿命更长。

多锥体由3种不同锥角复合而成，第一段锥角角度较大，锥体较短，可为第二级锥体提供较强的离心强度和切向速度，同时可减少细粒级颗粒进入二级锥；二级锥体长度较长，锥角较小，可提高分级细度；三级锥体锥角角度较大，可再次提高底流浓度，减少底流夹细量。流场研究表明，多锥体旋流器在变锥处存在循环涡流（图2），循环涡流可将细颗粒送至内旋流器，粗颗粒返回外旋流，从而提高旋流器的分级精度和分级效率。

3.3 旋流器考察指标

经过多次考察取平均值分析，半自磨回路旋流器的返砂比在200.81%，以-0.074 mm计分级质效率为45.33%，溢流细度为-0.074 mm40.45%，溢流浓度为45.82%。单段半自磨回路返砂比低于300%，同时由于分级浓度较高，影响了旋流器的分级效率，但FX840型旋流器的分级效率仍较一期和二期一段球磨磨矿系统效率高3～4个百分点。旋流器返砂比及效率考察指标见表5，旋流器溢流粒级组成见表6。

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4 结语

（1）新疆紫金锌业三期是国内首个应用大型单段半自磨磨矿工艺的选厂，磨矿回路应用了目前矿山行业直径最大的FX840型旋流器，历经20 d调试，生产顺利，实现了达产达标。

（2）单段半自磨磨矿工艺因钢球充填率较低，为保证磨矿效果，对矿石入磨粒度级配要求相对较高，否则一旦缺少磨矿介质磨机排矿细度变粗，磨机返砂量将激增，将对分级系统造成较大的冲击，造成磨矿细度变粗。半自磨磨矿回路适合选择大直径的旋流器，大直径旋流器单机生产能力大，生产稳定，即使给矿出现较大波动，沉砂嘴不易过载堵塞。