旋流器與高頻篩在鐵礦磨礦分級中應用效果的對比研究

王 磊，姜程陽，林曉峰，季安坤，初福棟

威海市海王旋流器有限公司 山東威海 264204

與有色礦物的分級相比，在鐵礦磨礦分級作業中，因原礦品位高、密度大，常采用階段磨選工藝，導致物料常呈密度高、粒度窄、范圍集中等特點，使其對應的分級設備易出現反富集、分級效率低等問題。磨礦分級作業是選礦流程中的重要一環，一方面，其能耗占選廠總能耗的 40%～ 60%[1]，分級設備返砂中合格顆粒夾雜的多少，對磨機功耗及處理能力有直接影響；另一方面，磨礦分級作業決定了入選物料的細度及其單體解離度，直接影響分選作業的金屬礦物品位和選別指標[2]。

1 機理分析

由于磨礦分級作業的重要性及特殊性，其對分級設備的要求很高，現階段鐵選廠常用的分級設備主要有旋流器、分級篩。旋流器是利用離心力場對其中的礦物顆粒進行大小、輕重分離的分級設備，其具有占地面積小、處理能力大、維護成本低、分級效率高的特點；分級篩是利用機械振動，使礦物顆粒在高頻率、低振幅的振動力下沿篩面流動，利用篩網進行物理強制分級，通過篩孔尺寸進行粒度調節，其具有分級效率高、處理能力偏低、篩孔物理控制粒級的特點。

相較于分級篩，旋流器處理能力更大，維護成本更低，粒度調節更便捷[3-4]。筆者研究了旋流器替代分級篩、旋流器與分級篩串聯分級2 種試驗方案的實際應用效果，并對相關指標進行對比分析。

2 試驗現場工藝

某礦業選廠處理極貧磷鐵礦，采用階段磨選工藝，一段8 條系列，二段6 條系列，三段4 條系列，日產精粉2 400～3 000 t。設計時，二段、三段均采用高頻篩分級，二段分級使用34 組，三段分級使用 68組，設備數量龐大。詳細工藝流程如圖1 所示。

圖1 選廠采用的工藝流程Fig.1 Process flow applied in concentrator

3 改造試驗方案

在該選廠的實際生產中，隨著處理量的增加，篩分面積逐漸不足，篩分效率低，無效循環負荷過大，導致生產不達標，處理量難以提升。針對現場二段分級1、2 系列，進行了旋流器替換技改，使用FX500-GX×3 旋流器機組對分級篩進行替換；在三段分級1、2 系列，使用旋流器串聯分級篩技改，使用 FX350-GX×6 旋流器機組進行篩前預分級。

工業試驗以技改后各段的1、2 系列為試驗組，未技改的其他系列為對照組，進行兩組對比試驗，具體如表 1 所列。

表1 對照試驗的設備配置Tab.1 Equipment configuration for comparative test

改造試驗的目的是了解旋流器、分級篩的指標效果，探索旋流器替代分級篩及組合使用的可行性及應用情況，明確各設備的特點及優勢，為現場提產增效帶來實際效果。

4 試驗過程

試驗條件：采用現場流程相同的2 條系列，在同樣的處理量、給礦性質等條件下，一條為試驗組，使用旋流器替代分級篩、篩前增加旋流器技改；一條為對照組，保持原工藝不變。試驗周期21 d，每天對試驗組與對照組分級設備的入料、溢流、沉砂等指標進行連續取樣，做流程考察，最終數據為每天數據的平均值。

采用溢流細度、分級質效率、分級量效率、循環負荷等幾項關鍵指標進行對比。溢流細度高，表示分級質、量效率高；循環負荷低，則代表分級設備使用指標更具優勢。

循環負荷（返砂比）

S=（β-α）/（α-θ），

分級質效率

分級量效率

式中：α為分級設備入料-200 目細度含量，%；β為分級設備溢流-200 目細度含量，%；θ為分級設備沉砂-200 目細度含量，%。

5 對比分析

5.1 二段旋流器替換分級篩指標對比

二段技改系列與原系列指標的對比如表 2所列。

由表 2可知，旋流器使用后指標優異，可實現對高頻篩的完全替代作用，具體表現為：

（1）旋流器溢流細度中-200 目含量為 70.81%，與原高頻篩篩下指標相近。

（2）旋流器沉砂夾帶更少，沉砂細度-200 目含量為 11.97%，原高頻篩篩上細度-200 目細度含量為 21.13%，旋流器較高頻篩減少9.16 個百分點。

（3）由于返回粒級中合格顆粒占比少，使其返砂比更低，旋流器返砂比為 198.98%，較分級篩的422.76% 減少了 223.77 個百分點，有效減少了磨機負荷，減輕了過磨情況，提高了磨礦效率。

綜上所述，技改后旋流器的分級效率更高，其質效率達到了 60.55%，較原分級篩的36.41% 提高了24.14 個百分點，技術指標更加優異。旋流器的使用，不僅節省了大量場地面積，降低了設備維護成本，提高了運轉率，而且技術指標的提升帶來了分級效率的提高，為現場提產減耗創造了條件。

5.2 三段旋流器預先分級指標對比

三段技改采用旋流器加高頻篩組合工藝，旋流器溢流進入高頻篩，篩上物與旋流器沉砂返回三段磨機再磨。組合條件下綜合取樣結果如表3 所列。

據上述取樣指標，計算組合分級的返砂指標為-200 目含量為 73.46%、-325 目含量為 45.06%，與原系列進行對比分析，結果如表 4所列。

表4 三段分級中技改系列與原系列的指標對比Tab.4 Comparison of three-stage technical innovated series with original series in indexed

由表3、4 可知，旋流器加高頻篩組合分級工藝優勢明顯，具體表現為：

（1）旋流器指標優異，旋流器分級質效率為31.21%，溢流細度-200 目含量為 88.33%，沉砂夾細-200 目含量為 57.67%。

（2）使用旋流器后入篩量減少，入篩細度提升，分級篩效率也隨之提升，分級質效率由20.17% 提升至 39.19%，提升了19.02 個百分點。由于入篩量的減少，即使相對篩分面積增加，篩網效率提升，實現三段系統的良性運轉。

（3）由于分級設備的效率提升，三段磨礦系統的無效返回量降低，返回粒級中-200 目含量為73.46%，較原返回粒級（-200 目含量為 77.24%）減少了3.78 個百分點。同時系統分級質效率為 39.41%，較未技改時提高了19.24 個百分點；系統返砂比為 139.73%，較未技改時減少了196.61 個百分點。

在三段分級的改造對比中，旋流器加高頻篩組合分級工藝效率提升、產品穩定，效果優異。入篩量減少和細度的提升，使篩分面積相對增加，篩分效率提升，篩網使用壽命提高，為后續作業提產增效創造了條件。

6 結論

通過旋流器替代高頻篩及與高頻篩組合分級的技術路線，并與原系統進行對比，明確了兩種旋流器技改方案的使用效果。

（1）在二段分級的改造中，旋流器替代分級篩，沉砂夾細更少，分級效率更高，技術指標更優。

（2）在三段分級的改造中，旋流器與高頻篩的組合分級工藝，篩分效率提升，產品穩定。同時旋流器的使用減輕了分級篩負荷，提高了整個磨礦分級系統的效果。

（3）在二段、三段技改中，分級效率都有顯著提升，無效循環負荷降低，磨機的通過量減少，為后續的產能提高提供了空間。

（4）通過技改，提高了分級系統效率，分級效率的優勢可轉化為現場的產量優勢，技改后單系列原礦處理產能提高了20 t/h，提升了約10 個百分點；精礦產量也相應提高，精分單系列提高了2.5 t/h，結合現有市價，單系列效益每天約提高6 萬元。