同步带刮泡装置研发及应用

李后广，杨芳芳

招远市金丰矿山机械股份有限公司 山东招远 265400

浮选机是浮选厂最重要的设备之一，是矿物分选的核心设备，其性能直接影响着浮选指标的好坏。对采用浮选工艺的矿山来说，浮选机会影响其技术指标和经济效益[1]。刮泡是有用矿物与脉石矿物分离的重要环节，刮泡装置作为浮选机的运转部件，影响浮选效果和浮选速度。随着浮选机的大型化，其截面积越来越大，若浮选槽内精矿不能及时、有效地排出，会影响浮选效果和生产能力[2]。鉴于现状，笔者决定研发高效率、低能耗的浮选机刮泡装置，以提高浮选机分选效率、降低浮选成本。

经过分析研究，笔者设计了一套全新的刮泡装置，即同步带刮泡装置。利用同步带的轻质和同步特性，让多组刮板平行匀速运动，同步带的长度和刮板数量可根据浮选机的结构尺寸进行调整，适应性强。刮泡装置的刮泡面积可达泡沫层总面积的 60%，刮泡效率是传统刮泡装置的 2 倍以上。泡沫的及时排出可提高矿浆的品位梯度，并提高浮选速度，在浮选指标相同的情况下，可减少浮选机的数量，节省投资的同时还可降低能耗。

1 同步带刮泡装置的结构

同步带刮泡装置主要由刮板传动、三角带、刮板轴带轮、刮板轴轴承座、同步带轮、传动轴、轻质刮板、同步带、改向轮、改向轴、改向轴张紧轴承座等组成，如图 1 所示。轻质刮板、传动轴和同步带可根据浮选机槽体尺寸配套制作，多台浮选机的刮泡机构可共用刮板传动系统。每个刮泡装置由 2 个同步带轮固定在传动轴上，传动轴与同步带轮带动同步带匀速运动，多个轻质刮板以固定间隔被螺栓固定在同步带上。同步带由耐酸碱聚氨酯包裹钢丝加强层材料制作，性能优良，伸缩量小，经久耐用。同步带轮和同步带确保刮板以平行于浮选机溢流堰的形态匀速前行，将泡沫均匀连续地推送到泡沫槽。改向轴张紧轴承座内部装有张紧弹簧，张紧力可通过调节弹簧的压缩量调整，张紧轴承座使同步带保持一定的张紧力，避免同步带打滑和下垂。

图1 同步带刮泡装置结构原理

2 同步带刮泡装置的工作原理

同步带刮泡装置根据浮选机槽体的规格尺寸进行设计制作，安装于浮选机溢流堰一侧，安装位置和高度以溢流堰为基准，并结合刮泡深度进行调整。工作时，刮板传动通过三角带带动同步带轮和传动轴在轴承座的约束下匀速旋转，固定在传动轴上的 2 个同步带轮带动同步带匀速运动，多组轻质刮板以平行于浮选机溢流堰的形态随同步带匀速运动。改向轮固定在改向轴上，改向轴由张紧轴承座支撑，张紧轴承座的位置和张紧力均可调，在确保改向轴与传动轴平行的前提下，保持同步带有一定的张紧力。同步带轮直径稍大于改向轮，安装调整时使刮板从远离泡沫槽端运动至泡沫槽，刮板的作用深度逐渐增加，推动的泡沫量渐多。多个刮板共同作用，将浮选机表层的泡沫连续不断地推送至泡沫槽，完成刮泡过程。刮泡深度可通过调整轴承座和张紧轴承座的高度进行调节，刮泡速度可通过传动电动机的变频控制器无极调控，调节方便。

3 同步带刮泡装置的应用

根据浮选机在有色金属选矿厂的实际运行参数，对同步带刮泡装置的各个零部件进行详细的受力分析，并根据静态和动态受力分析结果，对各个零部件的结构参数进行验算和优化设计，确保各个零部件强度、刚度及配合尺寸满足设计要求。为验证同步带刮泡装置的可行性，特试制了 1 套 XCF-KYF-8 联合机组的同步带刮泡装置，样机单机空载运行状况良好，同步带及刮板组运动状态平稳。同步带刮泡装置如图2 所示。

图2 同步带刮泡装置样机

同步带刮泡装置在湖北大冶兴红矿业铜铁选矿厂进行了应用实践，该选矿厂改扩建后日处理量达 700 t左右。该选矿厂采用先浮选铜、再浮选尾矿选铁的原则流程，浮选工艺流程为一粗四扫两精，粗扫选采用XCF-KYF-8 充气式浮选机，精选采用 XCF-KYF-4 充气式浮选机。同步带刮泡装置安装应用于扫选四的 2个浮选槽侧 (见图 3)。

图3 同步带刮泡装置应用现场

为对比同步带刮泡装置与传统刮板在推动泡沫速度上的差异，在同步带刮泡装置安装前后，分别对浮选机各个区域表层泡沫被推送至泡沫槽所用时间进行了测量。测量方法是，将轻质白色泡沫球用夹持工具放置在浮选机指定位置的泡沫层上开始计时，待白球随表层泡沫一起离开浮选机溢流堰进入泡沫槽计时结束。为便于统计，将浮选机泡沫表层划分为 A、B、C 区，如图 4 所示。经测量，在 B 区泡沫停留时间最长，同步带刮泡装置安装前后平均产出时间分别为 31.2 和 18.7 s；在 C 区泡沫平均停留时间分别为 24.5 和 16.1 s；A 区泡沫停留时间较短分别为 14.6和 6.5 s。试验数据表明：应用同步带刮泡装置后，浮选机表层泡沫的停留时间显著缩短，泡沫产出速度加快。由于泡沫有一定的寿命期，部分浮起的目的矿物(特别是大颗粒矿物) 因泡沫的破裂而返回矿浆中。因此，泡沫的及时排出对浮选机浮选效率的提高有着重要作用。

图4 浮选机表层泡沫被刮出时间示意

同步带刮泡装置安装前后，分别对扫选四 2 台浮选机的泡沫和尾矿进行了化验分析和统计，应用现场指标统计如表 1 所列。

表1 应用现场指标统计

由表 1 可知：

(1) 虽受现场条件制约，同步带刮泡装置未能做到最大刮泡面积，但其作用面积仍可达传统刮板作用面积的 3 倍以上；

(2) 更换同步带刮泡装置后，在刮泡量接近的情况下，第 1 个浮选槽的泡沫品位有明显提升，是传统刮板泡沫品位的 1.3 倍左右，而第 2 台浮选机的泡沫品位有所下降，说明同步带刮板及时产出了泡沫精矿，加速了浮选过程，增大了相临 2 个浮选机内矿浆的品位梯度；

(3) 更换同步带刮泡装置前后尾矿平均品位差异较小，采用同步带刮泡装置后，浮选回收率平均值略有提升。

4 同步带刮泡装置的优缺点

同步带刮泡装置的优点是刮泡面积大，泡沫排出速度快，作用范围可达传统刮板作用面积的 3 倍以上，远离溢流堰的泡沫也能在刮板作用下快速排出浮选机；刮泡量调节方便，易于与自动化控制系统对接，可通过刮板传动电动机的变频器控制刮板运行速度，进而无极调节刮泡量；通过调节改向轴承座的高度，调整刮泡深度，从尾轴端到浮选机溢流堰，刮板的作用深度增加，表层高品质的泡沫被刮板推送到泡沫槽，与传统刮板相比，产出的泡沫品质更高。

同步带刮泡装置的缺点是结构复杂，造价高，维护工作量大。

5 结语

同步带刮泡装置是一种全新的浮选机刮泡机构，利用同步带线速度稳定无滑差的特性，带动多个互相平行的轻质刮板匀速运动，将浮选机泡沫区表层的高品质泡沫推送至泡沫槽，具有作用面积大、刮泡速度快以及品质高的优点。浮选机表层泡沫的平均停留时间缩短 30% 左右，表层泡沫的及时排出，促进下层泡沫的迅速补位，提升了浮选机的曝气速度，加速了浮选过程。

通过对同步带刮泡装置工作原理和应用情况的分析，发现其作为一种新型的、较先进的浮选机刮泡装置，适用于自吸式和充气式浮选机。其最大的优点在于刮泡面积和刮泡效率的大幅度提高，促使浮选机表层的高品质泡沫产品被快速分离出浮选机，提高了浮选速度以及相邻浮选机内矿浆的品位梯度；因此，在相同尾矿品位的情况下，可减少浮选流程中浮选机的数量。在减少设备投资和占地面积的同时，还可达到节能降耗的目的，值得推广应用。