张庄矿提高水力旋流器分级效率应用研究

潘 猛 吴 红 王 琦 张晓伟 杨梁宇

（安徽马钢张庄矿业有限责任公司）

水力旋流器是利用离心力来加速矿粒沉降的分级设备，工作时矿浆在压力作用下通过矿管沿柱体切线方向进入壳内，在壳内做回转运动。矿浆中密度较大的颗粒因受到较大的离心力进入回转流的外围，同时随着矿浆流向下流动，最终通过旋流器底部的沉砂嘴排出，形成沉砂［1］。细小颗粒由于受到的离心力比较小，会随液体流向上运动，最终通过溢流管流出形成溢流。由于水力旋流器需要压力给矿，故消耗动力大，但占地面积小、价格低，处理量大，分级效率高，可获得很细的溢流产品［2］，被广泛应用于选矿的分级、分选、浓缩和脱泥等作业。

1 张庄矿选矿厂概况

张庄选矿厂采用三段一闭路破碎干磁抛尾—高压辊磨—预选—阶段磨选工艺。其中，磨选一段由2台MQS4060格子型球磨机与水力旋流器形成闭路；二段由2台MQY4060溢流型球磨机与水力旋流器组成2次闭路，工艺流程见图1。张庄原矿硬度在14左右，原设计在一段溢流细度-0.074 mm50%、二段溢流细度-0.074 mm85%的情况下，可年产品位65%以上的铁精粉174万t。由于张庄精粉品牌定位和市场需求，近几年铁精粉品位由原设计的65%提高到66%以上，为保证品位，球磨一段溢流细度-0.074 mm含量由原设计50%提高到58%，二段-0.074 mm含量由85%提高到91%，溢流细度地提高导致旋流器分级效率不高，始终未达到设计值，产能受到限制。

2 水力旋流器主要结构

张庄矿选矿厂所用的一段水力旋流器是威海市海王旋流器有限公司生产的FX660-GT-P型旋流器。该旋流器由筒体、锥体、入料管、溢流箱、底流箱组成，共4个构成旋流器组，正常生产时2开2备，入料沿切线给入，成砂嘴根据磨损情况适时更换，衬里采用耐磨陶瓷材料，主要技术参数见表1。

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3 当前存在问题分析

日常运行过程中，水力旋流器会出现溢流“跑粗”、旋流器底流口及锥体底流段内衬磨损严重的现象。当溢流“跑粗”，即有大于分离粒度的物料进入旋流器溢流时，因部分脉石连生体未单体解离，不仅导致后续一段弱磁选别效果降低，影响精矿品位，还降低了沉砂量，使一段闭路磨矿分级作业中的返砂比下降，一段球磨机处理量下降，进而影响精矿产能。锥体底流段内衬磨损严重造成备件更换周期短，影响现场生产连续，成本增加，造成溢流跑粗和锥体底流段内衬磨损严重的主要原因如下。

3.1 水力旋流器自身结构参数

3.1.1 入料管及溢流管直径

入料管及溢流管对分级粒度有一定影响，增大入料及溢流管直径，溢流量变大且粒度变粗，底流中细粒级含量减少，底流浓度增加，但这2个参数日常生产过程中基本不做调整，随设备出厂时数据为定［3］。

3.1.2 底流口直径

理论上，底流口直径变大，分级的粒度变细，因底流粒度粗，浓度高，故底流口是旋流器中磨损最为严重的部位，更换也较为频繁。日常生产过程中，主要通过观察底流形态来判断分级情况，当底流形态为辐射状时即为分级正常［3］，现场也会根据分级情况对底流口直径做细微调整，以达到最佳分级效果。FX660-GT-P型水力旋流器主要结构参数见表2。

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3.2 操作参数和物料性质

3.2.1 给料压力

给料压力是水力旋流器的重要操作参数，在其他参数一定的情况下，给料压力越高，矿浆的切向流速越高，物料所受的离心力就越大，可以提高分级效率和底流浓度，但该方法效果不大；相反，所需的动能将大幅增加，底流浓度骤增时也会导致底流口的磨损速度显著增加［4］。因此，在最低给料压力下，水力旋流器内部还能正常产生涡流，这才是旋流器的最佳工作状态。

3.2.2 物料性质

当其他操作参数不变时，矿浆的粒度及浓度对水力旋流器的分级效果也有一定的影响。当矿浆中小于分级粒度的物料含量降低时，那么底流中细粒级含量会降低，浓度升高；相反，溢流中粗颗粒含量增加，旋流器分级效率降低；对于矿浆浓度，在给料粒度、压力一定的条件下，一般水力旋流器的分级效率随给料浓度的增加而降低［5］。

4 最佳给料压力及底流口直径条件试验

实际生产过程中，水力旋流器自身结构参数除底流口直径外基本不做调整，物料的性质也基本趋于稳定，故影响水力旋流器分级效率的因素主要有给料压力和底流口直径这2个参数。张庄矿选矿厂一段FX660型旋流器组2个系列共8台，为增加给料压力控制范围，后增设4台，共12台。为探索该旋流器组工作的最佳压力范围及底流口直径，进行了以给料压力和底流口直径为变量的条件试验。

试验方案为在保证给料性质相对稳定，旋流器自身结构参数除底流口直径外均不变，通过控制水力旋流器开启的台数，从而改变旋流器组的给料压力，通过更换底流口改变底流口直径，试验结果见表3～表5。

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由表3～表5可知，在给料性质相对稳定，给料压力相同的情况下，底流口直径越小，旋流器底流浓度越大，分级效率越好，因此现场选用底流口直径为110 mm；当底流口直径为110 mm时，给料压力设置为0.11，0.12，0.13 MPa时，对应的分级效率分别为44.33%，48.18%，45.48%，对比发现，给料压力为0.12 MPa时，分级效率最高，达48.18%，故最佳给料压力为0.12 MPa左右。

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5 结 语

张庄矿选矿厂在给矿物料性质相对稳定，水力旋流器自身结构参数确定后，通过增加水力旋流器台数，扩大了给料压力控制范围。通过试验探索得出，当给料压力设置约0.12 MPa、底流口直径为110 mm时，水力旋流器工况处于最佳状态，分级效率最高，对于提高及稳定精矿品位，提高磨选产能具有重要的指导意义。