新型螺旋线进料体旋流器在德兴铜矿尾矿回收厂的应用

杨韧华

(江西铜业集团公司德兴铜矿，江西 德兴 334224)

水力旋流器是一种利用离心力场分离不同密度混合物的高效分离设备，具有操作方便、占地面积小、处理量大、分离效率高等优点，在选矿、石油和化工领域有着广泛的应用[1-3]。江铜集团德兴铜矿尾矿回收厂采用Φ350水力旋流器作为尾矿回收预先分级和检查分级作业设备，其进料体为传统的渐开线式，分级效果一直未达到设计要求。为了进一步优化磨矿分级工艺参数，提高浮选作业指标，进行了新型螺旋线进料体结构的Φ350旋流器与原有渐开线式Φ350旋流器的对比试验，寻求最优的磨矿分级指标。

1 新旧旋流器结构区别

新型旋流器相对传统旋流器在柱段高度和溢流管插入深度方面进行了优化，最主要区别是新型旋流器采用了螺旋线式进料体结构(如图1所示)，而老式旋流器进料体仍为传统的渐开线式(如图2所示)。

图1 螺旋线式进料体

图2 渐开线式进料体

从图1和图2中可以看出，新型螺旋线进料体结构的旋流器入料口具有更大的弧度，其进料管以螺旋下旋线方式包围旋流器的圆柱筒体，物料经旋转1/2～3/4圆周后才进入旋流器内部，其结构优势在于能够降低旋流器入料口的阻力；同时，进料体的导流行程更长，物料在该结构进料体中可以实现预先分级。对新结构旋流器进料体进行流场数值模拟如图3所示，图中矿浆在进料体中旋转1/4周时，矿浆浓度已发生变化，靠近外侧矿浆浓度增加，靠内侧矿浆浓度降低，说明矿浆中的粗颗粒在进料体外侧富集，相应的细颗粒在进料体内侧富集，此验证了新型进料体具备预分级作用，这是传统渐开线式进料体旋流器所不具备的，理论上新型进料体旋流器的分级效率更高[4,5]。

图3 新型螺旋线进料体矿浆浓度分布数值模拟

2 生产分级指标对比

为了考察新式螺旋线进料体旋流器与老式的渐开线进料体旋流器的性能指标，分别在预先分级和再磨分级中进行了试验，并考察2个月的生产数据指标，以对比两种旋流器的分级性能。因德兴铜矿尾矿回收厂处理的矿样为其他选厂的选铜尾矿，矿物粒度相对较粗且粒度组成较窄，在预先分级作业为提高处理量并防止溢流跑粗，旋流器角锥比不宜过大；而在再磨分级中，矿物经磨矿后粒级组成变宽，且需考虑返砂量对磨机效率的影响，此时旋流器角锥比的选择要更宽泛些。因此，在预先分级试验中对比了渐开线式进料体旋流器、新式螺旋线进料体旋流器(角锥比0.44)和新式螺旋线进料体旋流器(角锥比0.50)三种方案；在再磨分级中对比了老式进料体旋流器(渐开线式)、新式螺旋线进料体旋流器(角锥比0.50)、新式螺旋线进料体旋流器(角锥比0.58)和新式螺旋线进料体旋流器(角锥比0.75)四种方案。

2.1 预先分级对比试验

预先分级旋流器对比试验数据如图4和图5所示。

图4 预先分级新、老结构旋流器沉砂粒级组成对比

图5 预先分级新、老结构旋流器溢流粒级组成对比

图4为三种型号水力旋流器所得预先分级沉砂粒度组成对比。从中可以看出，老式旋流器所得沉砂中细粒级(≤38 μm)产率最高，而在+45 μm的各粒级产率都最低；而角锥比为0.50的新式螺旋线旋流器所得沉砂中粗粒级(+74 μm)总产率最高。图5为三种型号水力旋流器所得预先分级溢流粒度组成对比。从结果来看，老式旋流器所得溢流中细粒级产品(≤38 μm)产率最低，而在+38 μm的各粒级产率都最高；角锥比为0.50的新式螺旋线旋流器所得溢流中细粒级产品(≤38 μm)产率最高。

综合上述结果可以看出，三种型号水力旋流器分级效率由高到低依次为新式角锥比0.50、新式角锥比0.44、老式旋流器。新式旋流器因其螺旋线进料体的构造，物料在旋流器中的运动行程变长，有利于提高分级效率；而两种不同角锥比的新式旋流器之间，角锥比越大，对应的旋流器溢流管直径越小，旋流器流场内部的分离界面越窄，导致分级粒度变小，粗颗粒进入溢流的几率越低，旋流器的分级效率越高。

2.2 再磨检查分级对比试验

在再磨检查分级旋流器对比试验中，分别对球磨机排矿、旋流器溢流、旋流器沉砂粒级进行了分析，相关数据分别如图6至图8所示；根据试验数据绘制的旋流器分级性能曲线如图9至图12所示，不同类型旋流器的检查分级产品中74 μm粒级含量指标和其它技术指标分别如表1和表2所示。

图6 检查分级新、老结构旋流器球磨机排矿粒级组成对比

图7 检查分级新、老结构旋流器溢流粒级组成对比

图8 检查分级新、老结构旋流器沉砂粒级组成对比

图9 老式旋流器检查分级效率曲线

图10 新型旋流器(角锥比0.50)检查分级效率曲线

图11 新型旋流器(角锥比0.58)检查分级效率曲线

图12 新型旋流器(角锥比0.75)检查分级效率曲线

表1 检查分级新、老旋流器分级产品中-74 μm粒级含量

表2 新旧旋流器检查分级磨矿负荷、分级质效率、效率曲线陡度指数SI

从图6至图8和表1可以得出，新型旋流器随着角锥比从0.50增加至0.75的过程中，球磨机排矿产品中-74 μm含量呈下降趋势，在角锥比0.50时有最大值45.25%，其中新式旋流器三种角锥比参数的球磨排矿细度均优于老式旋流器；使用新型旋流器的检查分级溢流中-74 μm含量呈先增加后减少的趋势，并在角锥比0.58时溢流细度有最大值73.03%，与老式旋流器相比，溢流细度提高9.06个百分点；且新型旋流器在角锥比0.50和0.75时，溢流中-74 μm含量也分别比老式旋流器高出6.86和0.13个百分点。使用新型旋流器的检查分级沉砂中-74 μm含量随着角锥比的增加而增加，且在角锥比为0.50时所得沉砂中-74 μm含量有最小值23.95%。

从旋流器的分级效率曲线上也可以体现旋流器的分级精度，曲线越陡说明旋流器的分级精度越高，可以利用曲线的陡度指数来精确判断旋流器分级精度的优劣。从图9至图12可以得出，新型旋流器随着角锥比从0.50增加至0.75的过程中，旋流器分级效率曲线逐渐平缓，意味着旋流器的分级精度逐渐下降，其中角锥比0.50时旋流器的分级效率曲线中间部分最陡，角锥比0.58次之，角锥比0.75最平缓，老式旋流器介于新型角锥比0.58和角锥比0.75之间。同时，从表2中可以得出，在新型旋流器角锥比从0.50增加至0.75的过程中，检查分级磨矿循环负荷呈不断增加的趋势，在角锥比0.50时有最小磨矿循环负荷120%；老式旋流器磨矿负荷介于角锥比0.58和角锥比0.75之间。旋流器分级效率则随着角锥比的增加呈下降趋势，在角锥比0.50时分级质效率最高，为46.91%，其中老式旋流器分级质效率介于角锥比0.58和角锥比0.75之间；旋流器校正效率曲线陡度指数呈下降趋势，在角锥比0.50时分级精度陡度指数值SI有最大值，为0.433，而老式旋流器分级精度介于角锥比0.58和角锥比0.75之间。故新型旋流器在角锥比0.50时分级质效率高于老式旋流器分级质效率7.96个百分点，效率曲线陡度指数高于老式旋流器0.044个百分点。

综合以上数据分析可以看出，新型旋流器角锥比0.50时预先分级和检查分级中分级精度和分级效率均优于老式旋流器，磨矿循环负荷更低，有利于节能和减轻管线磨损。

3 结论

新型进料体旋流器相比传统渐开线式进料体旋流器，分级效率和分级精度更高，通过在德兴铜矿尾矿回收厂的应用证明，在闭路磨矿分级系统中新型旋流器分级质效率高于老式旋流器分级质效率7.96个百分点，效率曲线陡度指数高于老式旋流器0.044个百分点，溢流中-74 μm含量提高近7个百分点，且粒度组成更加合理，值得推广应用。