循環負荷轉移技術對一段磨礦兩次分級工藝的優化

威海市海王旋流器有限公司 山東威海 264204

水力旋流器是利用離心力場加速礦漿中固體顆粒沉降和強化分離過程的有效分離設備[1]，是選廠分級作業的常見設備。旋流器的分級原理是：礦漿通過給礦管進入旋流器，形成包含內旋流、外旋流等的回轉流運動，大顆粒物料受到的離心力大于向心浮力，穿過零速包絡面進入外旋流，成為沉砂產品；小顆粒物料受到的離心力小于向心浮力，不能穿過零速包絡面而進入內旋流，成為溢流產品。

一段磨礦兩次分級工藝是選廠常用的礦石細磨工藝，其通過兩次分級來保證最終產品的分級細度指標，并達到礦石單體解離，為后續提高精礦品位提供保障。但如果現場分級設備效率低下，或者由于一二次循環負荷配比不合理，兩級分級設備中的其中一級負荷明顯高于另一級，則容易引起系統效率降低，循環負荷增加，不利于釋放磨機產能。

為了達到提產增效的技改目的，某礦業公司通過對旋流器進料體結構進行改造，以提高本級旋流器分級質效率，使一二次旋流器循環負荷轉移，并完成了階段性技改試驗。

1 現場工藝

某礦業公司 10 000 t/d 選廠分為 2 個系列，磨礦分級均為一段磨礦兩次分級工藝，一次旋流器入料壓力由渣漿泵提供，二次旋流器入料壓力由固定高差提供，詳細工藝流程如圖 1 所示。

圖1 某礦業公司 10 000 t/d 選廠工藝流程Fig.1 Process flow in 10 000 t/d concentrator of a mining company

2 現場改造試驗

蔣明虎等人[2]在研究液-液水力旋流器時發現，旋流器入口處的壓力損失占總體壓力損失的 40% 左右，這就需要對旋流器進料方式不斷創新，以減少動力損失，提高分級指標。目前礦山企業使用的旋流器進料方式已從最初的切線式進料發展到近幾年普遍使用的漸開線式進料 (見圖 2)，并已研發出螺旋線式進料 (見圖 3)，以及針對不同工況衍生出的改進型螺旋線式進料[3]。

圖2 漸開線式進料體Fig.2 Involute feeder

現場對二系列一次、二次分級進行了技術改造，一次分級進料方式采用 FX500 螺旋線式旋流器，二次分級采用 FX500 多錐體結構螺旋線式旋流器；一系列仍使用原 FX500 漸開線式進料體旋流器。以技改后的二系列為試驗組，未技改的一系列為對照組，進行 2個系列對比試驗，具體試驗設備如表 1 所列。

圖3 螺旋線式進料體Fig.3 Spiral feeder

表1 2 個系列試驗設備Tab.1 Test devices of two series

二系列對比一系列，主要技改措施是使用了全新一代的螺旋線式進料體結構，替代了原漸開線式進料體。

螺旋線式進料體的主要優勢是通過延長并引導流體流動方向，可有效降低流體的湍流程度及能量損耗，達到提高分級質效率、減少沉砂夾細的目的。

3 試驗結果分析

對 2 個系列各取樣點同時進行取樣試驗，取樣時間間隔 1.5 h，共取樣 5 次匯總為班樣，取樣后通過烘干及篩析手段，確定取樣質量分數和細度指標 (細度按 -74 mm 考核，下同)，并通過以下公式核算效率、返砂比指標。

一次分級循環負荷

二次分級循環負荷

系統循環負荷

系統分級質效率

式中：α為一次旋流器入料細度，%；β為一次旋流器溢流細度，%；γ為一次旋流器沉砂細度，%；δ為二次旋流器溢流細度，%；ε為二次旋流器沉砂細度，%；ζ為球磨排礦細度，%。

試驗分為同產能對比及增加產能對比 2 個階段。

3.1 同產能對比

一系列 (對照組)、二系列 (試驗組) 各旋流器運行指標分別如表 2、3 所列。

表2 同產能對照組各旋流器運行指標Tab.2 Operating indexes of various cyclones in comparative group with same capacity %

表3 同產能試驗組各旋流器運行指標Tab.3 Operating indexes of various cyclones in test group with same capacity %

由表 2、3 中數據可以看出，經過改造后的二系列指標較未技改的一系列更優，主要表現在：

(1) 系統分級質效率更高 二系列的分級質效率為 52.69%，較一系列 43.74% 的分級質效率提高8.95%；

(2) 系統總循環負荷更低 二系列的總循環負荷為 231.3%，較一系列 372.22% 的總循環負荷降低140.92%；

(3) 沉砂夾細降低幅度更大 二系列沉砂細度較給礦少 12.88%，一系列沉砂細度較給礦少 4.33%，二系列降低幅度更大，降幅差值 8.55%。

因此試驗組相較對照組指標更為優異。

3.2 提升產能對比

由以上分析結果可知，改造后的二系列系統在循環負荷及效率上具有優勢，其效率優勢可轉變為產能優勢，在此基礎上繼續進行提產試驗。

在一系列臺時不變，二系列臺時設定值變更為243 t/h (較原基礎提升了 8 t/h) 的情況下，待流程穩定后進行取樣考察工作。不同產能一系列 (對照組)、二系列 (試驗組) 各旋流器運行指標分別如表 4、5 所列。

表4 不同產能對照組各旋流器運行指標Tab.4 Operating indexes of various cyclones in comparative group with different capacity %

表5 不同產能試驗組旋流器運行指標Tab.5 Operating indexes of various cyclones in test group with different capacity %

由表 4、5 數據可知：

(1) 一系列較之前取樣數據相比差距很小，運行指標比較穩定，系統總循環負荷為 368.96%，總分級質效率為 45.66%。

(2) 二系列在提升產能之后，一次旋流器給礦細度為 25.09%，較之前降低了 2.79%，一次分級溢流細度為 38.65%，較之前降低了 1.02%，但二次分級溢流細度為 68.16%，較之前基本無變化。主要是因為通過結構及操作調整，同時降低了一次分級的溢流細度及沉砂夾細，而二次分級通過調整提高了細度上升空間，使循環負荷向二次轉移。

(3) 二系列提升產能之后，系統總循環負荷為261.17%，較之前提升了 29.87%，較一系列降低了107.79%，分級質效率為 50.72%，較之前降低了1.97%，較一系列提升了 5.06%。

(4) 通過提產對比試驗，二系列效率及負荷優勢向產能優勢轉化，提產 8 t/h (約 3.4%) 的情況下效率有所降低，但仍較一系列有優勢，二次溢流細度達到入浮要求，同時達到螺旋線式進料體改造試驗要求，且仍具有繼續提產空間。

4 結語

現場二系列通過螺旋線進料體旋流器的技術改造，使一二次循環負荷轉移，系統總循環負荷降低，進而減少了磨機通過量，為提產創造了空間。經過改造后的二系列指標較未技改的一系列更優，主要表現在：

(1) 處理能力提升 二系列在運行指標良好的前提下，目前處理量為 243 t/h，較以往增加了 8 t/h，且仍具有提升空間。

(2) 系統分級質效率更高 二系列系統整體分級質效率在 50% 左右，較一系列整體分級質效率提升約 6%。

(3) 系統總循環負荷更少 二系列總循環負荷為 220%～ 260%，較一系列總循環負荷降低約 110%～150%，為提產增效創造了空間。

(4) 沉砂夾細降低幅度更大 二系列沉砂細度較給礦少 10%～ 14%，較一系列 (沉砂細度較給礦少3%～ 4%) 的降低幅度更大。

綜上所述，通過循環負荷轉移的技術手段，解決了現場原兩次分級細磨工藝中一次分級負荷嚴重高于二次分級負荷的問題。該改造為現場帶來了分級質效率提升、系統循環負荷降低等優勢，可以轉化為使用現場的產能提升，達到了增產增效的目的。