離心選礦機中石英砂運動軌跡的研究

李修智，楊波,2，陳俊良，支京豪，肖日鵬,2

（1.昆明理工大學 國土資源工程學院，云南 昆明 650032；2.昆明理工凱吉思科技有限公司，云南 昆明 650032）

離心選礦機主要是利用離心力來強化重選的設備，主要類型有臥式離心選礦機和立式離心選礦機等[1]。其結構簡單、占地面積小，處理能力是自動溜槽的數倍[2]。是一種處理微細粒礦泥的有效設備，對37 ～ 19 μm 粒級回收率高達90%左右，因為礦粒在離心選礦機中的分選是借離心力和橫向流膜的聯合作用，所以其富集比高于重力溜槽[3]。但是，離心選礦機的缺點也很明顯，其耗水耗電量比溜槽大;鼓壁坡度不能調節，生產過程為間斷作業，不能連續給礦[4-5]。

1 實驗裝置、試樣和實驗方法

1.1 實驗裝置

自行設計和制作了一臺小型立式離心選礦機。它由分選轉鼓、機架、電機、主軸、固定接礦槽、移動接礦槽、洗滌水管和給礦管組成[3-6]。

機架左邊安裝有豎直倒立的小型電動機，電動機轉軸上安裝有皮帶輪。離心選礦機安裝在機架右邊，其主軸下端也安裝有皮帶輪，電動機通過皮帶與離心選礦機主軸連接[7-8]。電動機直接與變頻器連接，可通過變頻器來控制電動機轉速。分選轉鼓的半錐角適當放大，其直徑為26 cm，高度為20 cm，為了考查轉鼓面粗糙度對石英顆粒運動的影響，還制造了另一個備用轉鼓。給礦管直徑為2 cm，下端接有給礦嘴，其安裝方向能使礦漿沿著分選鼓的切向方向給入。洗滌水管直徑為2 cm，豎直安裝，通過下端開口將洗滌水給入到分選鼓底部。固定接礦槽為圓環形，外環直徑為40 cm，內環直徑為30 cm，內環壁高度為6 cm，外環壁高度為20 cm。特殊設計的移動接礦槽長度約為分選轉鼓1/4 的圓弧槽，上半部分有一開口，下端排礦口與軟管相連，自成單獨排礦系統。在備用分選轉鼓內壁先涂上一層薄薄的固化劑樹脂，然后將粒度-43 μm 石英砂均勻地噴在鼓內壁上，等樹脂固化干燥后，將轉鼓內壁表面上沒有固化的石英砂吹掉，即可完成對分選面粗糙度的改造。

1.2 實驗樣品

實驗所用石英樣品取自建材市場建筑用石英砂，粒度較粗，其中含有少量沙泥[9-14]，其密度見表1。

表1 石英砂密度測定結果/(g·cm-3)Table 1 Quartz sand mass determination results

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品粒度測定

采用百特激光粒度分析儀對實驗用樣進行粒度測定[8]。測定時攪拌強度為800 r/min 和攪拌時間為3 min。由于礦物顆粒較細，可加入分散劑測定。

1.3.2 石英運動軌跡測定法

石英運動軌跡測定是在自制實驗室小型離心選礦機上進行，稱取適量石英樣品，加水調漿，根據實驗所需，對各個分選參數進行調整。將移動接礦槽接出的產品過濾、烘干和稱重，并計算其產率。

2 實驗結果

2.1 石英砂給礦點實驗

2.1.1 中心給礦

稱取500 g 石英砂，添加2000 mL 水置于攪拌桶中。開啟設備，調節變頻器使分選轉鼓轉速為672 r/min，分選轉鼓穩定運行后，從分選轉鼓的中心勻速給入礦漿，待礦漿給入完畢，從分選轉鼓的中心加入適量的洗滌水，清洗分選轉鼓內壁，待分選轉鼓上的礦漿排干，停止給入洗滌水。待設備停止運轉后，將移動接礦槽接出的產品過濾、烘干、稱重，并計算產率。改變移動接礦槽的位置進行5 次上述實驗，結果見表2。

表2 中心給礦實驗結果Table 2 Test results of center feed

由表2 可以看出，改變移動接礦槽的位置時，每次截取的石英砂的重量相差不大，即在相等的弧長上截取石英砂的重量幾乎是相等的。其原因可能是：在中心給礦時，分選轉鼓不同位置上的排礦量基本上相等的，移動接礦槽截取的礦樣量滿足如下關系：

式中：Q-截取的礦樣重量；L-移動接礦槽的截取弧長；Q0-給礦重量；D-分選轉鼓直徑[15]。

2.1.2 轉鼓邊上給礦

稱取500 g 石英砂，添加2000 mL 水，置于攪拌桶中。開啟設備，調節變頻器使分選轉鼓轉速為672 r/min，分選轉鼓穩定運行后，從分選轉鼓距離大頭端深度3 cm 處均勻給入礦漿，從分選轉鼓的中心加入適量的洗滌水，清洗分選轉鼓內壁，待分選轉鼓上的礦漿排干，停止給入洗滌水。待設備停止運轉后，將移動接礦槽接出的產品過濾、烘干、稱重，并計算產率。改變移動接礦槽的位置進行5 次實驗，其結果見表3。

表3 邊上給礦實驗結果Table 3 Test results of edge feed

由表3 可知，當從轉鼓側邊給礦時，礦漿不是從分選轉鼓大頭端圓周上均勻排出，而是集中在某一段圓弧上排出，而且給礦深度不一樣，在大頭端圓周的排礦分布也不一樣。

2.2 不同條件對石英砂運動軌跡的影響實驗

2.2.1 石英砂粒度

當轉鼓運動一周時，在圓周的某一段弧長內有95%左右的礦物顆粒被排出，該弧長對應距離給礦點位置的點稱為95%排礦量點。用95%排礦量點與給礦點之間的距離來評價石英砂的運動軌跡。石英砂是從集中排礦弧段排出，進行不同的給礦粒度實驗可研究給礦粒度對對其排出軌跡的影響[6，16-18]。

分別稱取500 g的+45 μm、-45+19 μm和-19 μm三個粒級石英砂樣品。在礦漿濃度為20%，給礦深度為5 cm，分選轉鼓轉速672 r/min，洗滌水量為1900 mL/min，給礦時間為固定的情況下，找出該粒級的石英砂試樣在分選轉鼓內壁上運動螺旋線及其最遠端集中排礦點。其實驗結果見表4 ～ 6。

表4 +45 μm 粒級石英砂實驗結果Table 4 Test results of +45 μm class quartz

表5 -45+19 μm 粒級石英砂實驗結果Table 5 Test results of -45+19 μm class quartz

表6 -19 μm 粒級石英砂實驗結果Table 6 Test results of-19 μm class quartz grain-grade real

由上述三個表的數據可知，不同粒度給礦所對應的95%排礦量點距給礦點的距離與其粒度有關，給礦粒度越細，95%排礦量點距給礦點越遠。

2.2.2 給礦濃度[19-20]

給礦濃度在離心選礦機的分選過程中是很重要的，它影響著礦漿的黏度，從而影響礦粒的松散分層[20-21]。固定條件為：給礦深度為5 cm，分選轉鼓轉速為672 r/min，洗滌水量為1900 mL/min。稱取500 g石英砂兩份，分別加水(1500和2500) mL，此時，礦漿濃度分別為25%和16.67%。實驗結果見表7、8。

表7 給礦濃度為25%實驗結果Table 7 Test results of 25% density feed

表8 給礦濃度為16.67%實驗結果Table 8 The results of 16.67% density feed

由上表可知，給礦濃度分別為25%和16.67%的礦漿，其95%排礦量點L 的值分別為30.2 和28.1 cm，即礦漿濃度越大，其95%排礦量點距給礦點距離就越近。

2.2.3 給礦量

給礦量的大小不僅影響到礦粒在轉鼓內壁上的分布及運動軌跡，而且直接決定離心選礦機的處理能力[22]。

固定條件為：給礦深度為5 cm，分選轉鼓轉速為672 r/min，礦漿濃度為20%，洗滌水量為1900 mL/min。實驗中，給礦量的大小采用在給礦閥門打開不同程度來控制。實驗結果見表9 ～ 11。

表9 大給礦量實驗結果Table 9 Test results of large-scale feed

表10 中給礦量實驗結果Table 10 Test results of middle-scale feed

表11 小給礦量實驗結果Table 11 Test results of small-scale feed

綜合上述三個表格可知，在一定范圍內，給礦量越大，其95%排礦量點距離給礦點越近。

2.2.4 洗滌水量

水是重力選礦的重要介質，對分選過程具有重大影響[10-11]。適量的洗滌水是礦粒有效分選的重要保證[16-17，19]。

實驗固定條件為：給礦深度為5 ㎝，轉鼓轉速672 r/min，礦漿濃度為20%，給礦量中等。洗滌水量分別為1200 和2400 mL/min。結果見表12、13。

表12 1200 mL/min 洗滌水實驗結果Table 12 Test results at 1200 mL/min washing water

表13 2400 mL/min 洗滌水實驗結果Table 13 Test results at 2400 ml/min washing water

由上述表可知，洗滌水量與95%排礦量點距給礦點距離成反比關系。

2.2.5 轉鼓轉速

轉鼓轉速實驗固定條件為給礦深度為5 cm，礦漿濃度為20%，洗滌水量為1900 mL/min，中間給礦量。轉鼓轉速分別設定為（532 和784）r/min，實驗結果見表14、15。

表14 轉速為532 r/min 實驗結果Table14 Test results at 532 r/min speed

表15 轉速為784 r/min 實驗結果Table 15 Test results at 784 r/min speed

由上述結果可知，在一定范圍內，轉鼓轉速越大， 95%排礦量點距離給礦點也越遠。

2.2.6 轉鼓粗糙度

離心選礦機實質上是一種斜面流膜選礦設備，斜面的粗糙度對礦物的分選是有影響的[19]。用特制的粗糙度大的分選轉鼓進行了轉鼓粗糙度實驗[14-18]。固定條件為，給礦深度為5 cm，分選轉鼓轉速為672 r/min，礦漿濃度為20%，洗滌水量為1200 mL/min，給礦量為中等，實驗結果見表16。

表16 石英砂涂層分選轉鼓實驗結果Table16 Test results of quartz sand coating drum

由上表可知，用石英砂涂層的分選轉鼓時[19]，其95%排礦量點距給礦點距離為L=30.8 cm 處，而其他條件相同，用未經石英砂涂層的分選轉鼓時，其L=28.7 cm。

3 結 論

（1）在向分選轉鼓中心給礦時，分選轉鼓不同位置上的排礦量基本上相等的；而從轉鼓側邊給礦時，礦漿不是從分選轉鼓大頭端圓周上均勻排出，而是集中在某一段圓弧上排出，而且給礦深度不一樣，在大頭端圓周的排礦分布也不一樣[20]。

（2）從轉鼓側邊給礦時，隨著實驗條件的不同，95%排礦量點距給礦點的距離也不相同，其距離與分選鼓轉速和分選轉鼓粗糙度成正相關關系，與給礦粒度、給礦濃度和給礦量成反相關關系[21]。