淺談大型浮選機的研制與設計

楊業國

（柳州華錫有色設計研究院有限責任公司，廣西 柳州 545006）

1 大型浮選機設計原則

北京礦冶研究總院在浮選機研究及浮選動力學理論研究的基礎上，通過探索大型浮選機流體動力學的特殊規律，確定了浮選機內部各粒級礦物與氣泡的碰撞、粘附、脫落過程及影響這些過程的原因，并據此提出了KYF系列和JJF-130型浮選大型浮選設備的設計原則。

2 KYF系列大型浮選機的研制與設計

2.1 浮選機結構及工作原理

KYF系列大型浮選機有“U”型槽體浮選機和柱型槽體浮選機兩種，浮選機主要由葉輪、定子、主軸、軸承體、空氣調節閥和槽體等組成，KYF系列大型浮選機的工作原理為:葉輪旋轉時，槽內礦漿從四周經槽底由葉輪下端吸入葉輪葉片間，由鼓風機給入的低壓空氣經風道、空氣調節閥、空心主軸進入葉輪腔的空氣分配器中，通過分配器周邊的孔進入葉輪葉片間，礦漿與空氣在葉輪葉片間進行充分混合后，由葉輪上半部周邊排出，排出的礦流向斜上方運動，由安裝在葉輪四周斜上方的定子穩定和定向后，分散到整個槽子中。礦化氣泡上升到槽子表面形成泡沫，泡沫自流到泡沫槽中，礦漿再返回葉輪區進行再循環，另一部分則通過槽間壁上的流通孔進入下槽進行再選別。

2.2 浮選機結構參數的設計研究

（1）槽體設計。對于充氣機械攪拌式浮選機，由于不需要靠葉輪造成負壓來吸氣，而是靠鼓風機向槽內壓入空氣，因此槽體可以適當加深：①空氣消耗量隨槽深增加而減少，氣泡上升距離大，氣泡在槽內的時間延長，氣泡與礦粒碰撞機會相應增加，氣泡能得到充分利用；②由于浮選機葉輪直徑的大小直接與浮選槽的長寬有關，長寬加大則所需的葉輪直徑也大，長寬減小則所需的葉輪直徑也小，所以在容積一定的情況下槽深增加，則浮選槽的長寬可以減小，葉輪直徑就相應減小，功耗就會降低;③深槽在浮選過程中容易形成比較平穩的泡沫區和較長的分離區，有利于精礦質量的提高和回收率的提高;④深槽設備占據廠房的面積小，可減少基建投資。對于單槽容積50m3及其以下的浮選機，為避免礦砂堆積、有利于粗重礦粒向槽中心移動以便返回葉輪區再循環，減少礦漿短路現象，將槽底設計為“U”形，截面形狀有正方形和八角形兩種，泡沫分別采用刮板機械排出自溢兩種。容積在50m3以上浮選機槽底設計為平底，為保證礦漿分散均勻，將槽體截面設計為圓形。

（2）葉輪設計。浮選機的葉輪設計中需著重考慮下列問題：①攪拌力要適中，不應在槽內造成較大的速度頭，這是因為速度頭大會造成分選區不穩定、液面翻花，影響氣泡礦化，降低有用礦物的回收，同時增加了不必要的功率消耗;②通過葉輪的礦漿循環量要大，這有利于礦粒懸浮、空氣分散和改善選別指標;③礦漿在葉輪中的流線合理，磨損輕且均勻;④形式合理，結構簡單，功耗低。

（3）定子設計。KYF系列浮選機采用低阻尼直懸式定子，采用徑向短葉片，安裝在葉輪周圍斜上方，由支腳固定在槽底。這樣可使得定子下部區域周圍的礦漿流通面積增大，消除了下部零件對礦漿的不必要干擾，有利于礦漿向葉輪下部區域的流動，同時降低了礦漿循環阻力，降低動力消耗，增強了槽體下部循環區的循環和固體顆粒的懸浮能力。葉輪中甩出的礦漿-空氣混合物可以順利地進入礦漿中，空氣得到了很好的分散。定子的關鍵參數定子的直徑，可通過放大方法放大得到。

3 JJF—130大型浮選機的研制與設計

（1）槽體設計。目前，國內外大型機械攪拌式浮選設備都采用圓柱形槽體，其對稱性可提高充氣的分散度和礦漿表面的平穩度，可改善浮選機的效率。JJ F-130型浮選機將槽底設計為錐底形，有利于粗重礦粒向槽中心移動以便返回葉輪區再循環，減少礦漿短路現象。

（2）泡沫槽設計。在浮選機的設計過程中，要考慮到泡沫的特性，設計一個良好的泡沫溢流設備，直接關系到浮選目的礦物的工藝指標。對于大型浮選機要考慮到泡沫輸送距離、泡沫水平方向的流動速度以及泡沫整體的均勻運動。本次設計充分考慮了上述問題，在設計中采用了周邊溢流方式和錐形推泡器加速泡沫的流動。采用周邊溢流方式利用礦漿的自然流動方向，加速泡沫的溢流，提高浮選速度;礦漿流在向上流動過程中，碰到錐形推泡器會改變流向，向上流變成了水平流，這樣就加速了泡沫的水平流動，縮短了泡沫的駐留時間，并且錐形推泡器和泡沫槽會降低泡沫表面積，相應增加泡沫層的厚度，有利于泡沫的二次富集，提高泡沫的品位。

（3）葉輪設計。葉輪是機械攪拌式浮選機最主要的部件之一，它擔負著攪拌礦漿、循環礦漿、自吸空氣和分散空氣的作用。JJ F-130浮選機的葉輪為:星形葉輪，徑向倒角葉片。確定葉輪結構參數是一個復雜的過程，需要進行大量的試驗才能逐步取得合理的參數。在給定槽容積的情況下，轉子機構一般將決定所必需的吸氣能力和礦漿循環能力。在給定功率情況下，轉子縱橫比(長度/直徑)將影響轉子的吸氣能力和礦漿循環能力。如果縱橫比太小，空氣吸入量將超過循環量，而如果比率太大，則相反。系統的水力學試驗斷定，從空氣吸入和礦漿循環的觀點來看，轉子的縱橫比接近110是最佳的。為了找出JJF-130型浮選機合理的葉輪結構參數，進行了試驗。最終確定了JJF-130型浮選機的葉輪結構參數。

（4）定子設計。定子設計中考慮的兩個主要因素是:①定子與槽體的距離;②定子通道面積的大小。在葉輪機構運轉中，三相流體離開定子，帶有較大的動量徑向地撞擊到槽壁上，因此槽壁的位置將影響到三相流體的運動。在給定轉速和浸沒深度條件下，距離太小，會引起吸氣量和循環量二者減小，槽邊也可能出現翻花;距離太大，通過定子的三相礦漿又甩不到槽邊，氣泡分散度不好。定子上通道面積對吸氣量和液面穩定性有一定影響，通道面積過小，甩出礦流所受到的阻力增大，將引起吸氣量減小。通道面積過大，雖然吸氣量顯著增加，但液面不穩。

浮選槽內的流體動力學運動比較復雜，影響的因素較多，流體通過定子通道的徑向速度難以依據理論計算來確定，因此定子至槽壁的距離以及定子通道面積的大小，就有待于通過試驗，從吸氣量、循環量、液面穩定性等各方面兼顧考慮，適當確定其數值。