国产 FX840 水力旋流器在乌山铜钼矿的应用

王 磊，任 頔，季安坤，初福栋，姜程阳

1威海市海王旋流器有限公司 山东威海 264200 2中国黄金集团内蒙古矿业有限公司乌山铜钼矿 内蒙古呼伦贝尔 021400

乌努格吐山铜钼矿 (以下简称“乌山铜钼矿”)是中国黄金集团内蒙古矿业公司开发的低品位大型铜钼有色金属矿山，属于特大型露天金属矿。矿区铜金属储量为 302 万 t，钼金属储量为 65 万 t，2009年一期工程建成投产，扩建工程于 2012 年完成。该矿分两期建设，共 3 个生产系列，处理量达到 8万 t/d，其中二期有 1 个系列，目前处理能力可达到4.4 万 t/d[1-2]。

分级作业是选矿厂的关键工序，水力旋流器是利用离心力场、加速矿浆中固体颗粒沉降和强化分离过程的有效分离设备[3]。乌山铜钼矿二期采用的是大型半自磨—球磨的 SABC 工艺流程[4]，具有物料处理量大、粒级组成特殊等特点，需要特定的大型水力旋流器与之配套。威海市海王旋流器有限公司研发的用于有色矿山分级的 FX840 水力旋流器，其直径为 840 mm，单台处理能力达到 800～1 000 m3/h，文中笔者将介绍 FX840 旋流器在乌山铜钼矿的应用及实际工业应用效果。

1 分级工艺简介

乌山铜钼矿二期采用大型半自磨—球磨的 SABC工艺，系统原矿处理量为 1 850 t/h，分级作业中原使用的是国外某品牌水力旋流器，目前由于生产需要，顽石破碎机暂时停机。SABC 工艺流程相关设备配置如表 1 所列，旋流器入料的平均物性参数如表 2 所列。

表1 SABC 工艺系统设备配置Tab.1 Equipment configuration of SABC process system

表2 旋流器入料的平均物性参数Tab.2 Average material parameters of feed for hydrocyclone

SABC 工艺流程中，原国外某品牌的旋流器在使用过程中，指标虽然可以大致满足现场要求，但经考查后发现该分级系统仍有提升的空间，且国外旋流器费用昂贵，技术服务和备件周期的时效性较低，不利于选厂的长期稳定生产。综合运行成本及效益考虑，该矿决定采用国产大型高效的 FX840 水力旋流器进行相关生产试验。

2 FX840 水力旋流器

根据前期对乌山铜钼矿的分级作业中入料性质及工艺的多方面考查，考虑到具体的工况环境，FX840水力旋流器采用了新型螺旋线进料方式、多锥体组合锥角技术、厚壁溢流管和大锥角沉砂技术[5]，使旋流器管腔更好地顺应了流体的运动规律，降低了短路流对分级的影响，有效提高锥体内部的离心强度，提高旋流器的溢流细度，降低粗细颗粒的机械夹杂，进而提高了旋流器的分级精度和分级效率。

2.1 旋流器主要技术指标

2.1.1 分级质效率

分级质效率是指分级设备溢流中实际被分级出的某一粒度级别的质量占分级设备给矿中同一粒级质量的百分数。该指标同时考虑了细粒级在溢流中的回收率和溢流质量的提高[6]，其数值越高，表明分级设备的分级效果越好，返砂中合格粒级含量越少，过磨现场越轻，因此磨矿效率也越高。其数学表达公式为

中：η为分级质效率，%；α为旋流器给矿中计算粒级含量，%；β为旋流器溢流中计算粒级含量，%；θ为旋流器沉砂中计算粒级含量，%。

计算分级效率时，旋流器给矿、溢流、沉砂中计算粒级含量通常以 -200 目含量计算。

2.1.2 循环负荷

循环负荷是指分级设备反砂的质量与磨机新给矿质量的百分比。在整个磨矿系统中，合理的循环负荷尤为重要，会直接影响磨机的磨矿细度以及生产能力。循环负荷过高，会引起磨机“胀肚”，旋流器过载，破坏正常运行。其数学表达式为

式中：C为循环负荷，%。

计算循环负荷时，旋流器给矿、溢流、沉砂中计算粒级含量通常以 -200 目含量计算。

2.2 旋流器结构参数探索

为了探索现场分级旋流器适宜的结构参数，使其更加匹配现场的工况条件，前期先安装 2 台 FX840 水力旋流器进行探索试验。根据旋流器的运行指标先后提出了 3 种方案，各方案中旋流器的结构参数如表 3所列，具体试验结果如表 4 所列。

表3 不同方案下 FX840 水力旋流器的结构参数Tab.3 Structural parameters of FX840 hydrocyclone in various schemes

从表 3、4 可以得出以下结论：

(1)方案一中旋流器溢流细度较粗，-200 目含量仅为 55.33%，分级质效率为 53.39%，整体循环负荷较高，为 300.26%；

(2)方案二由于放大了沉砂口直径，因此溢流细度有所上升，-200 目能达到 58.32%，但旋流器分级质效率并没有提升，为 52.88%，循环负荷进一步升高，为 325.37%；

表4 不同方案下 FX840 水力旋流器运行试验结果Tab.4 Test results of FX840 hydrocyclone in various schemes

(3)针对方案一、二中旋流器溢流细度较粗的问题，方案三改变了小锥体角度，由 20°减小为 11°。结果表明，更改锥体角度后，旋流器溢流细度有明显提升，-200 目含量可达到 65.90%，分级效率为58.75%。

由此可见，方案三中旋流器的结构参数比较适合乌山铜钼矿现场要求，分级指标较为理想。由于旋流器溢流 -200 目细度尚有富余，为适当降低沉砂夹细，提高磨机产能，将沉砂口由 165 mm 再次缩小至162 mm。

3 工业应用

经过前期的探索试验，后续在乌山铜钼矿现场安装了 6 台 FX840 水力旋流器，总计 8 台。工业应用中，旋流器最终结构参数如表 5 所列。

表5 工业应用时 FX840 水力旋流器的结构参数Tab.5 Structural parameters of FX840 hydrocyclone at industrial application

现场针对该结构参数的 FX840 水力旋流器与原国外 33 英寸旋流器进行了为期一个月的取样考查工作，并对各方面指标进行了对比，结果如表 6、7 所列。

分析表 6、7 可以得出以下结论：

(1)在 -200 目入料质量分数为 57.17%、-200 目细度含量为 27.01% 的前提下，FX840 水力旋流器溢流中 -200 目细度含量达到 64.14%，且沉砂夹细仅为11.51%，整体循环负荷为 239.55%，分级质效率高达55.47%，表明能够将粒度合格的颗粒及时分离开来，减少颗粒过磨；

表6 -200 目时 FX840 水力旋流器与国外某品牌旋流器的运行指标对比Tab.6 Comparison of FX840 hydrocyclone and a foreign one in operating indexes at -200 mesh

表7 不同网目下 FX840 水力旋流器与国外某品牌旋流器的运行指标对比Tab.7 Comparison of FX840 hydrocyclone and a foreign one in operating indexes at various particle size

(2)入料中较粗的颗粒，即 +80 目颗粒，经过FX840 水力旋流器分级作用后，溢流中 +80 目颗粒仅为 11.76%，表明绝大部分粗粒级颗粒经过分级随沉砂排出，为后续选别作业创造了有利条件；

(3)入料中 -325 目的颗粒含量经过旋流器分级作用后，由 21.60% 上升至 52.13%，表明 FX840 水力旋流器对细粒级的回收效果也十分明显；

(4)旋流器溢流质量分数，即后续浮选作业的质量分数为 36.68%，该指标也十分适合后续相关浮选质量分数要求；

(5)FX840 水力旋流器与原 33 英寸旋流器相比，在入料细度略低 (-0.15 个百分点)的前提下，溢流细度 -200 目含量提高了 1.47 个百分点，沉砂夹细降低了 0.25 个百分点，溢流中 +80 目含量降低了 1.97 个百分点；旋流器 -200 目分级效率提高了 1.16 个百分点。

综上所述，该结构参数的 FX840 水力旋流器在乌山铜钼矿的工业应用效果良好，设备性能稳定，各项指标较现场原使用的国外 33 英寸旋流器均有所提升。

4 结语

(1)分级作业是选矿厂的关键工序，而水力旋流器是粗细颗粒分级的有效设备。乌山铜钼矿使用国产大型高效 FX840 水力旋流器后，解决了原国外旋流器费用昂贵、技术服务和备件周期时效性较低等问题。

(2)工业应用表明，FX840 水力旋流器的设备性能稳定，分级效果良好。溢流细度 -200 目含量可达到 64.14%，沉砂夹细仅为 11.51%，分级质效率高达55.47%，对细粒级的回收效果明显，36.68% 的入浮体积分数也适合该现场后续浮选作业要求。与原 33 英寸旋流器相比，各项指标均有所提升。

国产大型高效 FX840 水力旋流器在乌山铜钼矿的成功应用，也是其在我国有色金属矿山的首次并联成功应用案例，为国内其他金属矿山提供了的借鉴经验，为 FX840 水力旋流器在国内其他现场的推广应用起到了积极的示范作用。