一段磨礦分級采用水力旋流器替代螺旋分級機的應用研究

李前進，盧致明，張亮亮，謝 銳，劉亞偉，王 碩

（云南華聯鋅銦股份有限公司，云南 文山 663701）

云南某多金屬選礦廠采用兩段兩閉路連續磨礦工藝，一段磨礦采用Φ2.7×3.6m格子型球磨機與1臺FG2000螺旋分級機組成閉路，二段采用Φ2.4×3.0m格子型球磨機與FX350旋流器組成閉路。螺旋分級機分級效率較低，直接影響選別作業的技術指標。水力旋流器作為一種重要的分級設備，在國內選礦廠已得到廣泛應用[1，2]。為改善現狀,提高現有的格子型球磨機生產率,同時提高分級效率[3]，選礦廠對一段磨礦分級采用水力旋流器替代螺旋分級機進行工業優化試驗研究。

1 礦石性質

該地區礦石類型為錫石硫化物—矽卡巖性，礦物組合和化學成分比較復雜，具多金屬礦化特點。礦石類型按硫化物氧化程度劃分，絕大部分為原生礦、混合礦；按主金屬錫、鋅空間分布特征，可分別圈出錫鋅共生礦石，單錫礦石和單鋅礦石三種金屬類別，以錫鋅共生礦石為主體。按礦物自然組合特征，大致分為錫石硫化物型、錫石矽卡巖型、錫石磁鐵礦型，以錫石硫化物型礦石為主。礦石力學性質測定結果見表1,一段磨機給礦粒度組成見表2。

表1 礦石力學性質測定結果

礦石力學性質的測定結果說明：①礦石最大容重3.21，最小容重3.05，平均容重為3.12，容重較大，易沉積在磨礦分級循環中難以排出，易產生過磨。②礦石普氏硬度系數最小為5.5，最大為8.2，分布不均勻，平均硬度6.67，屬于中硬偏軟礦塊。③礦石泊松比最大值為0.33，韌性較大；最小值為0.17，脆性也大；平均泊松比為0.23，總體表現為韌性中等偏脆性。

表2 一段磨機給礦粒度組成

0.45～0.3 7.47 4.18 22.14 0.3～0.2 4.69 2.63 17.95 0.2～0.15 1.26 0.7 15.33 0.15～0.10 5.21 2.92 14.62 0.10～0.074 1.12 0.63 11.7 0.074～0.038 9.09 5.09 11.07 0.038～0.019 3.64 2.04 5.98 0.019～0.010 2.57 1.44 3.94-0.01 4.47 2.5 2.5合計 178.5 100 ——

由磨機給礦的粒度組成看出：①一段磨機給礦95%過篩的最大粒度約18.32mm，粒度偏粗；②磨機給礦-200目占11.07，粉礦較多，證實了礦石脆性較大。

2 一段磨礦分級作業現狀及存在問題

該選礦廠磨礦分級工藝流程如圖1所示。目前，一段磨礦分級作業主要存在以下問題：①一段磨礦濃度偏低，僅約70%～75%。由于受場地限制，分級機返砂口與磨機給料口傾角較小，需補加大量沖洗水才能將返砂沖進磨機給料口，導致一段磨礦濃度偏低，物料易發生過粉碎現象。②螺旋分級機返砂量小、分級效率低、一段磨礦效率低。經過長期取樣分析發現，螺旋分級機返砂比約15%～60%、分級效率約15%～20%，遠低于正常水平。目前大多數選礦廠仍廣泛使用的螺旋分級機和水力旋流器，分級效率一般為40%～60%，返砂比約為200%～350%。即使在改進分級設備性能和分級工藝，將分級效率大幅度提高后，比較適宜的返砂比范圍也應是100%～200%。磨礦動力學分析表明，在一定范圍內，隨著磨礦分級循環中分級效率或返砂比的增大,磨機生產率得到相應的提高[4]。

圖1 磨礦分級工藝流程

3 旋流器替代螺旋分級機小試情況

鑒于水力旋流器作為一種重要的分級設備，在國內選礦廠已得到廣泛應用，該選礦廠決定利用原用于二段分級的FX350-GT旋流器和KREBSφ380旋流器分別安裝于一段磨礦開展水力旋流器替代螺旋分級機小型試驗，試驗指標如表3。

表3 一段磨礦分級螺旋分級機和旋流器指標對比

從表3可以看出：①螺旋分級機分級效率低，質效率只有15.69%，遠低于旋流器的分級效率；溢流細度提升小，在給礦細度-200目35.19%的條件下，溢流細度只有39.32%；返砂量小，返砂比只有15%，一段磨機利用率較低。②FX350水力旋流器用于一段磨礦分級，返砂比提高至220%；但是沉砂夾中-200目24.47%、-400目11.57%，沉砂夾細量大，造成磨機過磨嚴重；FX350旋流器的分級質效率較低，僅有35.64%。③KREBSΦ380水力旋流器用于一段磨礦分級，返砂比可提高至90%，循環負荷仍然偏小；沉砂中-200目含量14.03%、-400目10.34%，沉砂中-200目含量較FX350旋流器明顯降低，但是-400目含量相差不大，沉砂夾細嚴重，過粉碎現象依然存在。

同時小試過程中還存在以下問題：①FX350旋流器和KREBSΦ380旋流器處理能力偏小，容易產生波動，小試過程中分級給礦泵池滿潑的現象時有發生。②小試過程中采用的100/150E-AHR渣漿泵，轉速過高，磨損較快，砂泵檢修頻繁。③旋流器給礦管彎管處磨損較快，易通漏。

4 工業優化試驗

4.1 旋流器優化

小試過程中使用的FX350旋流器和KREBSΦ380旋流器原用于二段細粒級分級，處理能力偏小，生產不穩定，容易造成旋流器溢流細度過細，沉砂夾細量大的問題，另一方面小試使用旋流器采用的是小錐角結構，分級粒度較小，同樣容易造成沉砂夾細量大的問題。因此有必要對小試過程中使用旋流器進一步進行調整。

（1）一段旋流器物料平衡計算。一段磨機給礦量50-55t/h，礦石密度3.1t/m3，循環負荷按200%進行計算，一段旋流器物料平衡計算見表4。

表4 一段旋流器物料平衡計算

（2）旋流器選型方案。通過優化旋流器直徑和錐角結構，最終確認一段分級旋流器使用1臺FX500-GX（大錐角結構）旋流器，可以滿足處理能力和分級溢流細度的要求，提高生產運行穩定性。采用大錐角沉砂口，通過再次“淘洗”使細顆粒進入內旋流、通過溢流排出，可有效降低沉砂夾細量；同時增大沉砂口直管段長度，可在一定程度上減小空氣柱的直徑，穩定空氣柱的波動，從而有利于提高分級效率。FX500-GX旋流器參數見表5。

表5 一段分級旋流器設備參數

4.2 分級給礦泵及管路優化

針對小試過程中采用的100/150E-AHR渣漿泵，轉速過高，磨損較快的問題。經江西耐普廠家實際選型優化，建議采用150NZJA-R型渣漿泵（Q=150-200m3/h，H=22m，泵轉速700轉/分，電機功率55kw，變頻調速）輸送一段磨機排礦至FX-500GX旋流器。針對輸送管路彎頭容易磨損的問題，采用雙金屬耐磨彎頭替代PE彎頭延長使用周期。

4.3 分級控制系統優化

水力旋流器給礦量和給礦壓力的變動會影響分級效率[5]。通過安裝雷達液位計與砂泵變頻器連鎖控制，并接入DCS自動化控制系統，實現磨礦分級設備的全自動化控制，提高磨礦分級工藝流程的穩定性，提高磨礦產品粒度均勻性，從而提升選礦技術指標。

4.4 優化后的試驗指標

表6 FX500-GX試驗數據

表7 磨礦最終產品粒度組成

從表6可以看出：一段分級使用FX500-GX旋流器后，各項試驗指標較使用海王FX350-GT旋流器和KREBS旋流器時分級質效率明顯提升，沉砂夾細量明顯減少。與使用螺旋分級機相比，分級質效率提高至49.28%、提升了33.59個百分點；返砂比提高至199%、提高了184個百分點；一段磨機磨礦濃度提高至79.91%、提高了9.9個百分點；一段溢流細度提高至49.32%、提高了10個百分點。

從表7可以看出：一段分級使用FX500-GX旋流器后，磨礦最終產品中間粒級0.074～0.038mm含量增加了6.23個百分點，-0.01mm含量減少了4.1個百分點。磨礦產品粒度組成更加均勻，為后續作業創造了良好條件。

5 效益分析

5.1 經濟效益

經過計算，使用FX500-GX旋流器替代螺旋分級機后，增加運行功率26.65kW，增加運行成本18.57萬元/年；一段磨鋼球單耗下降0.04kg/t，節約生產成本16.61萬元/年；處理量提升約2000t/年，增加效益96.67萬元/年。合計可增加經濟效益94.71萬元/年。

5.2 社會效益

使用FX500-GX旋流器替代螺旋分級機后，有效的提高一段磨機生產效率，降低磨礦平臺的噪聲分貝。根據檢測實施一段分級旋流器改造后，球磨機平臺噪聲分貝由2017年12月份的dB（A）=98.5降低至目前的dB（A）=90.9，噪聲分貝有明顯下降，有利于減少現場操作員工的職業健康危害因素。同時，使用旋流器替代螺旋分級機后，磨礦分級設備均可通過DCS自動控制系統控制，提高了磨礦分級工藝流程的穩定性，減少了員工的勞動強度，具有明顯的社會效益。

6 結論

（1）針對云南某多金屬選礦廠一段分級效率低，溢流細度提升小，一段磨礦效率低的問題，采用水力旋流器替代螺旋分級機進行一段分級。經過小型試驗和工業優化試驗，最終確定采用FX500-GX旋流器作為一段分級設備。

（2）使用FX500-GX旋流器替代螺旋分級機后，分級質效率提高至49.28%、提升了33.59個百分點；返砂比提高至199%、提高了184個百分點；一段磨機磨礦濃度提高至79.91%、提高了9.9個百分點；一段溢流細度提高至49.32%、提高了10個百分點。磨礦最終產品中間粒級0.074～0.038mm含量增加了6.23個百分點，-0.01mm含量減少了4.1個百分點。磨礦產品粒度組成更加均勻，為后續作業創造了良好條件，有利于提升選礦技術指標。

（3）使用FX500-GX旋流器替代螺旋分級機后，可增加經濟效益94.71萬元/年。同時，球磨機平臺噪音由98.5dB（A）降低至目前的90.9dB（A），噪聲分貝有明顯下降，有利于減少現場操作員工的職業健康危害因素。此外，使用旋流器替代螺旋分級機后，磨礦分級設備均可通過DCS自動控制系統控制，提高了磨礦分級工藝流程的穩定性，減少了員工的勞動強度，具有明顯的社會效益。