沉降-流态化复合分级机对钼尾矿分级研究

邓 锋 ，王进松

(1. 贵州工程应用技术学院化学工程学院，贵州 毕节 551700；2. 贵州省煤基新材料工程中心，贵州 毕节 551700； 3. 江苏省徐州市铜山区国土资源局，江苏 徐州 221100)

沉降-流态化复合分级机对钼尾矿分级研究

邓 锋1,2，王进松3

(1. 贵州工程应用技术学院化学工程学院，贵州 毕节 551700；2. 贵州省煤基新材料工程中心，贵州 毕节 551700； 3. 江苏省徐州市铜山区国土资源局，江苏 徐州 221100)

选矿生产中常用的螺旋分级机、水力旋流器和细筛等分级设备存在不易操作、难维修、运行成本高等缺陷。新开发的沉降-流态化复合分级机结合了沉降分级和流化床分级设备的基本结构和分级原理。以某选矿厂钼尾矿为原料，对其进行了粒度、组成和水力沉降分析，考察上升顶水量、给料速度和矿浆浓度对分级的影响。结果表明，最佳上升顶水量几乎不随矿浆给料速度和浓度而变化，取值稳定在120mL/s左右。分级机在矿浆浓度为30%的较低浓度和给料速度为200mL/s的中等给料速度运行时可取得61.52%的最佳综合分级效率。

沉降-流态化复合分级机；沉降分级；流化床分级；钼矿

我国矿产资源大多“贫、细、杂、难”，须通过选矿提高矿石中有用组分含量，使其成为合格的工业原料[1]。分级是将含有不同粒度的物料在水或空气中按沉降速度分成若干粒度级别的过程，是物料按粒度分离的一种形式[2]，已成为重要的选矿准备作业，直接关系到选矿厂的成本控制和分选效果。一方面，如果分级系统不能将合格颗粒排出进入下一工序，将会造成再磨，影响磨机的处理能力，加大能耗和钢耗。另一方面，也更重要的是，没有好的分级系统，就不能为后续的选别作业提供解离度或细度合格、粒群分布合理的物料。因此，对于分级机械的研制一直是矿物加工研究的重要内容。

目前的选矿分级作业已经形成了以螺旋分级机、水力旋流器、细筛为主的比较成熟的工艺，国内具有自主产权的这三类设备也已经取得了广泛的应用[3-5]。但仍存在一些缺陷，如水力旋流器磨损较严重、砂泵功耗大、对于操作条件要求比较严格；细筛的筛网经常堵孔、维修量大、使用费用高等，凸显分级设备单一分级方式的不足[6]。为了使分级作业效率更高、成本更低、操作更方便，国内外的研究者除了致力于窄斜流、高频筛等新型分级机的研制，还进行了复式分级机的开发[6-7]。

国外具有代表性的复式分级机是德国开发的复式流化分级机，该设备具有粗粒和中粒两个分级室，分别应用上升水流和流化床技术来完成分级[8]。已在多家厂矿进行了应用，分级效率是螺旋分级机的2.2倍，水力旋流器的1.8倍，振动细筛的1.3倍[9-11]。

中国矿业大学也开发了具有自主知识产权的沉降-流态化复合分级机。本文将对此分级机的基本结构和运行过程进行介绍，调节操作参数(上升水流流量、给料速度、矿浆浓度)对某选矿厂钼尾矿进行分级试验研究。

1 装置设计

1.1 沉降-流态化复合分级模型机

自制沉降-流态化复合分级机的基本结构见图1。主体结构由两个分级室构成，即设备内部中心圆筒状的流化床分级室5和环绕流化床分级室的锥状沉降分级室12，故称为沉降-流态化复合分级机。

运行时，一定的物料和水首先通过给料管1进入搅拌给料筒2，在搅拌给料筒中形成具有一定浓度的矿浆，然后以一定的速度通过套筒给入到锥状沉降分级室12。在沉降分级室中，由于不断有矿浆给入，产生具有一定速度的上升水流，在上升水流的作用下，较细的矿物颗粒上升进入溢流槽4形成溢流，而较粗的颗粒则下沉沿着锥形面进入中心圆管部分，即流化床分级室5。在流化床分级室，通过清水管6给入顶水，形成上升水流，当矿物颗粒的干扰沉降速度大于上升水流速度时，颗粒下沉形成底流排出，反之上升形成溢流与锥段分级的溢流在溢流槽4合流排出，完成分级过程。

试验用分级机模型机的主体部分由有机玻璃制成，以达到便于观察内部流动情况的目的。模型中给水使用的是水管给水，以阀门控制流量，给料及排料均使用渣浆泵。

1.2 上升顶水试验模型

自制上升顶水试验模型见图2。水流量通过流量计1调节，对位于布水板2 A-A面上的物料作用，可以产生粒度组成不同的溢流。通过溢流的粒度组成分析矿物颗粒的水力学特性，并以此确定分级机上升顶水量选定的大致范围。

1-给料管；2-搅拌给料筒；3-紊流板；4-溢流槽；5-流化床分级室；6-清水管；7-底流排料管；8-污水排放口；9-第二清水管；10-不锈钢烧结网滤盘；11-支撑架；12-锥状沉降分级室图1 沉降-流化复合分级机基本结构

图2 上升水流试验模型机

2 实验部分

2.1 研究方法

目前选矿生产过程中使用较多的评价分级效果的指标为综合分级效率η(式(1))，本文也予以采用[12]。

(1)

式中：α为给料中小于规定粒度的粒子含量；β为细粒级产物中小于规定粒度的粒子含量；γ为分级后细粒级产物产率。

2.2 实验设计

首先对原料进行粒度分析和元素分析，初步评价可分级性。再进行水力分析，得出以74μm作为目标分级粒度的上升顶水量取值范围。然后调节给料速度和矿浆浓度进行分级试验，分析沉降-流态化模型分级机的最佳工艺参数和性能。

3 结果与讨论

3.1 原料性质

试料采自河南某矿业公司钼矿选矿厂尾矿，其粒度组成和各粒级主要金属元素含量见表1。可见，矿物颗粒+180μm和-45μm含量均超过30%，中间粒级含量仅为34.14%，以74μm为目标分级粒度时附近粒度的颗粒含量不多，较易分级。但主要金属元素的含量随着粒度的减小总体呈上升的趋势，真密度也随之上升，尤其-45μm各金属元素含量最高，真密度达到了3.49g/cm3，会对分级产生不利影响。

3.2 上升顶水量试验

分别调上升顶水量为75mL/s 、100mL/s 、125mL/s、150mL/s、175mL/s 、200mL/s进行试验，结果见表2。

表1 原料性质

表2 上升顶水试验结果

根据表2，绘制各上升顶水量下的分配曲线图，见图3。由图3可见，各分配曲线均较为平缓，说明单纯利用上升水流法的分级效率不高。根据分配率50%时所对应的粒度即为分配粒度这一标准[12]，求出对应的分配粒度，并列于表3。可知目标分级粒度为74μm时，上升顶水量应在120mL/s左右。

图3 分配曲线图

表3 上升顶水量与分配粒度对应表

上升水流(mL·s-1)75100125150175200分配粒度(μm)456282115130150

3.3 给料速度实验

调节矿浆浓度为30%，给料速度分别为50mL/s、200mL/s、400mL/s、600mL/s。结合上升顶水实验结果，在上升顶水量120mL/s附近分别选取100mL/s、110mL/s、120mL/s、130mL/s、140mL/s、150mL/s。试验结果见表4，根据表4数据得图4。

可见，各给料速度工况下的最高综合分级效率所对应的上升顶水量(即最佳水流量)均在120mL/s左右，是一个较稳定的操作参数。说明锥段沉降分级室对最佳顶水量的影响不大，主要取决于中心圆筒段流化床分级室分级情况。由此也可见两个分级室的分级过程相对独立，并无较大的互相扰动。

表4 给料速度试验结果

3.4 矿浆浓度试验

选定给料速度为200mL/s。分别调节矿浆浓度为30%、45%、60%进行试验。上升顶水量依旧选定为100mL/s、110mL/s、120mL/s、130mL/s、140mL/s、150mL/s。试验结果如表5所示，根据数据作图,见图5。

图4 上升顶水量与给料速度的关系

表5 矿浆浓度试验结果

矿浆浓度(%)上升水流流量(%)α(%)β(%)γ(%)综合分级效率(%)3010051．2189．5036．7156．2611051．2186．2040．9957．4112051．2183．9047．0261．5213051．2180．351．5360．0014051．2171．2261．5349．2815051．2165．4569．6439．694510051．2187．3638．8856．2611051．2185．1842．8658．2712051．2181．8347．7358．4913051．2175．2656．2654．1514051．2168．3266．4945．5315051．2162．6575．2834．476010051．2184．5239．6452．8511051．2181．3646．7956．4612051．2178．7150．4655．5413051．2171．5360．3549．0814051．2165．2670．1439．4415051．2160．7178．0929．69

图5 上升顶水量与矿浆浓度的关系

可以看出，最佳上升顶水量亦未随矿浆浓度的变化而变化，较为稳定地取值在120mL/s，与给料速度实验的结果一致。同时可见，在所选浓度范围内，随着矿浆浓度的增加，分级机的综合分级效率降低。可从矿物颗粒的干扰沉降速度分析该结果。

因为沉降-流态化分级机中钼尾矿颗粒的运动属于较小颗粒以较小速度的沉降，介质阻力以摩擦阻力为主，颗粒的自由沉降末速可用斯托克斯公式计算[13]，见式(2)。

(2)

而实际分级过程并非单个颗粒在无限介质空间里的自由沉降，而是颗粒成群地在有限空间里的干扰沉降，沉降速度会受到周围颗粒的影响。当矿浆浓度增加时，也即是增加了粒群中颗粒的数量。由于任一颗粒的运动都将引起周围的流体运动，而颗粒大量存在且又不易变形，结果流体介质就会受到阻尼而不易流动，相当于增加了流体的黏性μ，从而降低了颗粒的干扰沉降速度。在锥段沉降分级室，干扰沉降速度降低意味着颗粒进入溢流的概率增大，容易“跑粗”而降低分级效率。在中心圆筒段流化床分级室，如上文对给料速度试验的分析结论，矿浆浓度的增加会导致颗粒间纵向上的相互作用力的增大，对分级不利。

4 结论

1)沉降-流态化复合分级机的主体结构为锥段的沉降分级室和中心圆筒段的流态化分级室，运行时先经沉降分级，再进行流化床分级。

2)最佳上升顶水量不随给料速度和给料浓度的变化而变化，是一个较为稳定的操作参数。

3)在30%的较低浓度和200mL/s的中速进料时可取得综合效率为61.52%的良好分级效果。

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Experimental study on compound sedimentation-fluidized hydraulic classifying of molybdenum tailings

DENG Feng1,2, WANG Jinsong3

(1. Chemical Engineering Institute, Guizhou University of Engineering, Bijie 551700, China; 2. Guizhou Engineering Centre of Coal-Based New Materials, Bijie 551700, China; 3. Land Resources Bureau of Tongshan District，Xuzhou 221110, China)

Spiral classifier, hydrocyclone and fine screen are commonly used classification equipments in the mineral processing. But they have some defects, such as difficult to handle and repair, high operating costs, etc. The compound sedimentation-fluidized hydraulic classifier is a newly developed classification equipment, which combines the basic structures and principles of sedimentation classifier and fluidized bed classifier. A molybdenum tailings sample from one concentrator was chose as raw material. Particle size composition, metal elements and hydraulic analysis of this sample were tested. The effects of rising water quantity, feeding velocity and slurry concentration on the classification efficiency were studied. The results show that the optimum rising water quantity had little change with feeding velocity and slurry concentration. It’s a stable value at about 120mL/s. The classifier achieves an optimum synthesis classification efficiency of 61.52% at a lower feed concentration of 30% and a medium feed rate of 200 mL/s.

compound sedimentation-fluidized hydraulic classifier; sedimentation classification; fluidized bed classification; molybdenum ore

2016-10-20

贵州省科学技术基金项目资助(编号：黔科合J字LKB[2013]06号)；贵州工程应用技术学院教学研究与改革课题资助(编号：JG2015017)

邓锋(1986-)，男，讲师，硕士，中国矿业大学洁净能源技术与工程专业毕业，从事矿物分离技术研究，E-mail：dfengkd@126.com。

简介：王进松(1986-)，男，硕士，中国矿业大学矿物加工工程专业，从事矿物加工工艺与设备研究，E-mail：903973019@qq.com。

TD94

A

1004-4051(2017)01-0092-06