高效斜板分级设备在某矿山尾矿分级中的应用

张志明 李云鹏 谢坪全 李小洛 韩晓熠 冉银华 敖 江 何劭文

（1.云南科力环保股份公司；2.四川会理鹏晨废渣利用有限公司）

分级作业是矿冶、化工、煤炭等行业生产中常见的作业。在磨矿分级系统中，通过对料浆中不同粒度的固体颗粒的分级，可以减少对合格粒度物料的再磨，及时释放出磨矿能力，使粗颗粒物料得以磨细，为后续作业准备合适粒度［1-11］。

传统斜板分级机是根据料浆中不同固体颗粒的沉降速度不同，对料浆进行粒度分级，具有单位占地面积分级面积大、处理量大、操作简单等优点，因而得到一定程度的应用。但传统斜板分级机分级范围较窄，粗颗粒浓度较低，因而分级效果不尽如人意。对此，云南科力环保股份公司集中大量的科研人员开展了技术攻关，在传统斜板分级机的基础上结合螺旋分级机、螺旋运输机的特点研发出了高效斜板分级机，其分级浓度比传统斜板分级机提高了10个百分点左右，适宜分级粒度范围也从0.01～0.08 mm提高到0.01～0.25 mm，分级效率提高13个百分点以上，粗颗粒浓度提高了30个百分点以上［2］。高效斜板分级机单位占地面积分级面积更大，更适用于高浓度料浆的分级，具有结构简单、工作可靠、操作方便、斜板分级组合装置和底流不堵塞、粗颗粒浓度高、电耗较低等特点，可有效地提高下一段工艺的效能，因此能够广泛地应用于化工、轻工、冶金等各行业的固体湿物料的分级和固液分离，还可用于物料的脱泥或粗粒物料的脱水，因此具有很好的发展前景。

1 高效斜板分级机的结构与工作原理

1.1 结构

高效斜板分级机主要由壳体、斜板分级组合装置、螺旋搅拌系统、输送螺旋、螺旋分级系统和超声波发生器等组成，见图1。

（1）斜板分级组合装置主要由斜板组架、斜板、边侧条、工字条、特制的溢流槽等组成，斜板为特制的PP板，其表面光滑、耐磨、张力极小、抗静电效果好、利于粗颗粒下滑，防止单元堵塞、粘结，且斜板硬度和强度较高。各斜板间隙相同，形成相互独立、封闭的流体力学系统；斜板底部支撑安全可靠；斜板组上部特制的溢流槽使各斜板间获得了均匀的给料，充分利用了斜板的分级效能，不会因溢流槽不水平而造成局部排水的抽吸现象，从而可提高设备单位占地面积的产能［2］。

（2）螺旋搅拌输送、搅拌分级系统利用万向联轴器将螺旋搅拌输送轴、搅拌分级机的大轴连接在一起，所连接的两轴同时实现连续回转，并可靠地传递扭矩，其结构有较大的角向补偿能力，具有结构紧凑、传动效率高的特点，还有缓冲减震和提高轴系动态性能的作用。

（3）螺旋搅拌输送系统的轴采用无缝钢管制作，两端有轴颈，上端支承在密封、倾斜的支撑架上，下端支承在具有良好密封装置的万向联轴器上，万向联轴器采用油脂密封，并自带注油孔，叶片边缘装有耐磨高铬合金片，叶片采用大螺距、等比例减小设计，倾斜安装，能减少沉积的固体颗粒的运输功耗，叶片之间焊接扁钢（螺旋搅拌茎），随传动轴、叶片一起旋转，降低运转阻力，减少积料，无需担心抱轴率、积料问题，且安装方便，能大范围内搅动沉积的固体颗粒，螺旋叶片之间的搅拌茎将细颗粒向上抛起，随水流进入各个分级斜板分级组合装置进行分级作业，粗颗粒和少部分细颗粒在螺旋叶片推动下径向运动。

（4）管式螺旋分级是一种机械分级，螺旋轴采用无缝钢管制成，两端有轴颈，上端支承在传动架上，下端支承在具有良好密封装置的万向联轴器上，叶片边缘也装有耐磨高铬合金片。该螺旋分级下部螺旋叶片之间带有搅拌茎，对沉积固体物进行搅拌，在给料的冲力的共同作用下，细矿粒浮游在水中，反哺回各斜板分级组合装置进行分级作业，粗颗粒沉于槽底［3-4］。由螺旋片推向上部并排出，可方便地实现与下一段工艺设备进行配置。

（5）超声波的应用进一步提高了分级效率，当强力的超声波辐射到水中，以静压（一个标准气压）为中心变化，在压力到零气压以下时，进而产生无数近似真空的微小空洞（空穴）。当小空洞被超声波因行波、回波的联合作用压缩且被挤碎，这个发生在挤碎瞬间的冲击波可直接使水中已沉降的细颗粒发生振动、分散，有利于螺旋叶片之间的搅拌茎将固体细颗粒向上抛起，使已沉降的细颗粒获得加速能量并随水流向上流动，进入各斜板分级组合装置进行分级，进一步提高了分级效率。

1.2 工作原理

高效斜板分级机将螺旋输送机、分级机和普通斜板分级机巧妙地结合在一起，设备工作时，料浆从给料口给入，料浆中细颗粒随水流进入各斜板分级组合装置，利用浅层沉降原理进行分级，并通过溢流槽流出，以粗颗粒为主的颗粒沉积到斜板上，堆积到一定厚度后在自重等因素影响下沿斜板向下滑，与料浆中的粗颗粒一起沉降至设备底部形成浓浆层，在螺旋搅拌、输送、超声波和给矿冲力等的联合作用下，浓浆层雷诺数迅速增加，细颗粒被搅拌茎搅起、分散，通过水流进入各斜板分级组合装置进行分级，沉积的粗颗粒在螺旋输送叶片的作用下被推送至螺旋分级叶片处进一步进行分级，根据固体粒度和密度的不同，细粒在螺旋分级叶片上的搅拌茎的搅拌下浮游在水中，成低浓度溢流反哺回各斜板分级组合装置进行分级，粗粒沉于管底，由螺旋叶片推向上部并排出，得到高浓度粗颗粒［5］。

2 工业试验

2.1 试样

工业试验对象为四川某铜矿二次开发与利用的尾矿浆，试样密度为3.75 g/cm3。试样中铜矿物主要为硫化铜矿物和单质铜，其次为氧化亚铜；铁矿物主要为铁硅酸盐，其次为磁铁矿。试样筛析结果见表1。

2.2 配套电机功率的确定

高效斜板分级机用于尾矿浆的分级，要求粗颗粒处理量为30 t/h，分级粒度为0.10 mm，试验确定的分级面积为50 m2，螺旋输送长度为2.2 m，螺旋分级长度为3.8 m，螺旋分级高度为2.6 m，螺旋转速为7 r/min，单螺旋直径为1.2 m，尾矿中+0.10 mm粗颗粒阻力系数为0.55，根据经验公式计算的高效斜板分级机电机功率为7.26 kW，取整推荐选用8 kW电机。

2.3 运转考核

2022年7—11月试运行期间设备运行平稳，各项指标均满足合同要求，见表2。

从表2可看出：高效斜板分级机对浓度近40%、固体颗粒粒度分布不均的料浆具有很高的分级效率。

2.4 存在的问题与优化

（1）针对因分级面积大、搅拌与分级粒度不匹配导致的粗颗粒排料夹细问题，提出将分级面积由原来的50 m2减小到45 m2、增加螺旋分级设备的搅拌茎数量并加强布置、将高效斜板分级机螺旋的搅拌与输送速度由7 r/min增加到8.2 r/min，从而提高搅拌效率，减少粗颗粒夹细。

（2）针对因给料不稳定引起的设备溢流波动问题，提出了增加给料筒、设备中部增加阻力板等降低给料波动的措施。

（3）针对因传动方式导致的万向联轴器磨损严重问题，提出了提高设备加工精度和密封性，并在球体内表面和轴上加工油槽等降低磨损的措施。

3 结语

（1）高效斜板分级机对分级浓度和固体颗粒的粒度组成有较强的适应性，处理能力大、粗颗粒浓度高，分级效率稳定可靠，有利于厂矿工艺的精简与优化。

（2）高效斜板分级机可操作性好，斜板组和底流未出现堵塞等不良情况，节能效果明显。

（3）高效斜板分级机今后在矿冶、市政、化工等行业料浆的分级应用中还可进行针对性的优化，从而更好地拓展应用场景。