大型高效旋流器在金矿高浓度分级工艺中的应用

王磊 张进贤 王建 刘海龙 林晓峰

摘要：某金矿一段磨矿分级使用FX660-GT旋流器，由于其结构老旧、分级浓度高等，造成旋流器溢流粒度组成不合理、分级效率低、循环负荷大等问题。针对这些问题，重新设计了大型高效旋流器FX840-GX，重点优化了旋流器尺寸、进料体结构、锥体结构、溢流管结构和旋流器内衬材质等。应用结果表明：FX840-GX旋流器能够有效改善金矿一段磨矿分级旋流器的分级效果，其中溢流中+0.180 mm占比降低了1.38百分点，分级效率提高了6.70百分点，循环负荷降低了89.79百分点，应用效果較好。

关键词：金矿;旋流器;结构优化;分级效率;粒度组成;循环负荷;迁移阻力

引 言

磨矿分级作业是整个选矿厂生产流程中最为关键的环节，起着承上启下的作用[1]。磨矿作业成本在选矿厂的基建投资和生产费用（主要是电耗、钢耗）中占比很大[2]。与此同时，分级作业作为磨矿分级系统中的“守门员”，对磨矿分级系统的运行起到重要作用[3]。

国内外矿山由于受“旋流器直径越小，分级精度越高”的传统分级理念影响，普遍使用350～660 mm旋流器进行金矿的一段分级作业，但很大一部分金矿石嵌布粒度较粗，磨矿细度只需要达到-0.074 mm占45 %～55 %就能够满足浮选要求。传统旋流器在这种较粗粒度的分级过程中受制于其老旧的结构和保守的设计理念，分级效果往往不够理想。特别是由于传统旋流器内部分级黏度大，颗粒迁移阻力大，溢流中粗颗粒“跑粗”和底流中细颗粒“夹细”严重。基于此，本文更新了对一段磨矿分级旋流器的设计思路，进一步优化了旋流器结构，设计了新型高效旋流器FX840-GX（下称“FX840”），并取得了良好的应用效果。

1 工程背景

1.1 现场工艺参数

某金矿选矿厂单系列处理量为4 200 t/d，采用MQY4561溢流型球磨机，配套旋流器分级细度要求达到-0.074 mm占50 %。现场使用的FX660-GT（下称“FX660”）旋流器结构配置参数见表1。

1.2 旋流器运行指标考察

对选矿厂FX660旋流器采用多批次取样取平均值的方法进行考察，结果见表2。

由表2可知：

1）旋流器的分级细度达到设计要求，但溢流中+0.180 mm占比偏高，不利于浮选[4]。

2）旋流器分级效率偏低，分级效率只有43.50 %。分级效率低会导致底流“夹细”多，容易造成过磨[5]。

3）旋流器循环负荷偏大，达到378.65 %。循环负荷大会导致给料浓度过高，增加分级能耗的同时还会反过来影响旋流器分级效率，形成恶性循环。

2022年第4期/第43卷  选矿与冶炼选矿与冶炼  黄 金

2 大型高效旋流器FX840设计

2.1 大直径设计降低颗粒迁移阻力

根据庞学诗[6]提出的水力旋流器分级粒度计算公式（见式（1）），旋流器的分级粒度与旋流器直径成反比，与旋流器的分级浓度成正比，即旋流器直径越小、分级粒度越细，给料浓度越高、分级粒度越粗。金矿一段磨矿分级流程中要求分级粒度较粗（-0.074 mm占50 %左右），传统的小直径旋流器（350～660 mm）为了达到此粒度要求，会提高旋流器的给料浓度，本项目中传统FX660旋流器给料浓度甚至达到70 %左右。但是，提高给料浓度的同时会大大提高旋流器内部流体的黏度，进而对旋流器的分级效率产生负面影响。因此，经过计算，本项目改造过程中将旋流器直径由660 mm放大至840 mm。

dm=1 815D0.36d0.64odiρ0.5mμmtanθ2（δ-ρm）（3D-2do）Δp0.5m（1） 式中：dm为旋流器分级粒度（μm）;D为旋流器柱段直径（cm）;do为旋流器溢流管内径（cm）;di为旋流器进料口当量直径（cm）;ρm为旋流器入料矿浆密度（t/m3）;μm为矿浆黏度（Pa·s）;θ为旋流器锥角角度，此处用弧度表示（rad）;δ为矿石密度（t/m3）; pm为旋流器入料压力（MPa）。

根据式（1）推导，旋流器直径放大后，相同的溢流分级粒度可以允许更低的入料黏度，即更低的入料浓度。而黏度的降低能够减小旋流器内部颗粒径向迁移阻力，从而提高旋流器分级效率。与此同时，旋流器直径的放大也能够提高旋流器单台处理能力，减少旋流器开机台数，方便设备管理。

2.2 第三代进料体稳定入料流场

与传统的第二代进料体（见图1）相比，第三代进料体（见图2）结构能改变旋流器进料流型，并且因流型改变而产生的湍流强度（紊流强度）及其能量损失小，从而可以降低旋流器的给料压力，降低旋流器能量消耗[7]。与此同时，第三代进料体结构旋流器因射流作用引起的盖下流量（短路流量）小，从而可以提高旋流器的分级效率。

2.3 多锥角复合锥体结构强化离心分级作用

多锥角复合锥体结构区别于传统的单一锥角（见图3），多锥角复合锥体是采用2至3种锥角的锥体组合而成。第一段锥体角度较大，目的是迅速将流体的切向运动半径缩小，增大离心强度;第二段锥体角度较小，锥段长度较大，被处理物料在此有足够的时间和空间进行充分交换，确保分级粒度足够细;第三段锥体带有较大的锥体角度，有利于降低水力旋流器底流中细颗粒的夹带量[8]。

3 现场应用及效果

2020年1月该金矿选矿厂应用FX840旋流器代替原有FX660旋流器机组，应用现场见图4。FX840旋流器进料单独设置一条管路，溢流和底流仍然分别汇集到原有FX660旋流器的溢流箱和底流箱中。FX840旋流器结构配置参数见表3。

3.1 不同底流口直径考察结果

3.1.1 底流口直径160 mm00C4BEB8-5886-4B55-B201-7A0A8ABFC3B1

考察了底流口直徑160 mm时FX840旋流器的运行效果，结果见表4。

3.1.2 底流口直径170 mm

考察了底流口直径170 mm时FX840旋流器的运行效果，结果见表5。

3.1.3 底流口直径180 mm

考察了底流口直径180 mm时FX840旋流器的运行效果，结果见表6。

3.1.4 底流口直径180 mm（增加泵池补水）

在底流口直径180 mm的基础上增加泵池补水，降低溢流浓度。此时，对FX840旋流器的考察结果见表7。

3.2 效果对比

3.2.1 新旧旋流器分级效果

在原矿处理量和矿石性质相同的前提下，新型FX840旋流器与传统FX660旋流器的运行指标对比见图5，其中FX840指标为FX840旋流器在调试考察期间4组不同底流口直径条件下运行的平均指标，底流细度为-0.074 mm数据。

由图5可知：FX840旋流器的分级效率、循环负荷、溢流中+0.180 mm产率、底流细度4个指标均明显优于FX660旋流器，分级效率提高6.70百分点，循环负荷、溢流中+0.180 mm产率、底流细度分别降低89.79百分点、1.38百分点、1.47百分点。

3.2.2 底流口直径对分级效果的影响

在处理量相同时，FX840旋流器采用160 mm、170 mm、180 mm 3种底流口直径情况下，旋流器的分级效率、循环负荷、溢流细度、底流细度对比结果见图6，其中溢流细度和底流细度为-0.074 mm数据。

由图6可知：随着底流口直径变大，分级效率逐渐降低，循环负荷逐渐增加，溢流细度逐渐变细，同时底流“夹细”也在不断增多。本项目中FX840旋流器最合适的底流口直径为170 mm。该配置下旋流器既有较好的溢流细度，又能有较高的分级效率，同时循环负荷和底流细度也较为理想。

由以上数据分析可得：旋流器底流口直径的确定需要从多个维度进行系统性考量，不是某一两个指标可以决定的，调试过程中要持续对多个指标进行系统性考察。

3.2.3 溢流浓度对分级效果的影响

在底流口直径180 mm条件下，分别对FX840旋流器给料泵池补加不同水量，从而获得2种溢流浓度（45.25 %和40.72 %）下的分级指标，对比结果见图7，其中溢流细度和底流细度为-0.074 mm数据。

由图7可知：旋流器溢流浓度的变化对溢流细度有明显影响;随着溢流浓度降低，旋流器溢流细度变细，溢流中+0.180 mm粗颗粒比例降低;旋流器溢流浓度的变化对分级效率的影响不大。虽然溢流浓度降低有利于溢流细度提升，但同时会导致底流夹细量增加，从而导致分级效率变化不明显。

以上分析也表明：在选矿厂生产过程中，可以通过调整旋流器泵池补加水量来调节旋流器分级细度，这种方式大大提高了旋流器调节的灵活性，也有利于旋流器的自动化控制。

4 结 语

某金矿一段磨矿分级流程由于使用的传统FX660旋流器结构老旧、分级迁移阻力大等，造成分级效果不理想。基于此，针对一段分级浓度高、分级粒度粗的特点，设计了新型FX840旋流器。工业应用表明，新型FX840旋流器在分级效率、溢流细度、循环负荷、底流细度等4个方面均明显优于传统的FX660旋流器，具有良好的应用前景。在大型高效旋流器现场应用调试过程中，适当缩小底流口直径有利于提高分级效率，但同时还要兼顾溢流细度、循环负荷等多个指标;调节泵池补加水量能够在分级效率变化不大的前提下有效调节溢流细度。

[参 考 文 献]

[1] 何桂春，毛益平，倪文.基于多神经网络的磨矿粒度软测量模型[J].金属矿山，2005（2）：47-49.

[2] 马文君.我国选矿自动化的现状及发展趋势[J].商品与质量，2016（13）：50.

[3] 谢琦.磨矿分级过程控制系统的设计与应用[D].长沙：中南大学，2008.

[4] 彭会清，文勤，韩伟.铜山口铜矿技术改造的生产实践[J].矿业快报，2007（1）：53-55.

[5] 衣德强，夏国忠，于留春.棒磨旋流分级工艺在梅山铁矿的应用[J].矿业研究与开发，2004，24（2）：38-40.

[6] 庞学诗.水力旋流器技术与应用[M].北京：中国石化出版社，2011：129-135.

[7] 向辉，王磊，季安坤，等.螺旋线进料体旋流器在某选矿厂分级作业改造中的应用[J].现代矿业，2018，34（2）：151-152.

[8] 卢涛.矿物颗粒在旋流复合力场中运动行为的数值模拟[D].沈阳：东北大学，2011.

Application of large high-efficiency cyclone

in high concentration classification process of gold mine

Wang Lei1，Zhang Jinxian2，Wang Jian1，Liu Hailong2，Lin Xiaofeng1

（1.Weihai Haiwang Hydrocyclone Co.，Ltd.; 2.Jiaojia Gold Mine，Shandong Gold Mining Co.，Ltd.）

Abstract：FX660-GT hydrocyclone is used in the first stage grinding and classification of a gold mine.Due to the old structure and high classification concentration，the overflow particle size composition of the hydrocyclone is unreasonable，the classification efficiency is low，and the circulating load is great.In view of the above problems，FX840-GX large high-efficiency cyclone is redesigned.The new cyclone focuses on the optimization of cyclone size，feed body structure，cone structure，overflow pipe structure and cyclone lining material.The  results show that the FX840-GX cyclone can effectively improve the classification effect of the first stage grinding and classification cyclone in gold mine，for example，the content of +0.180 mm in overflow is reduced by 1.38 percentage points，the classification efficiency is increased by 6.70 percentage points，and the circulating load is reduced by 89.79 percentage points，showing good application results.

Keywords：gold mine;cyclone;structural optimization;classification efficiency;particle size composition;circulating load;migration resistance00C4BEB8-5886-4B55-B201-7A0A8ABFC3B1