一種尾礦葉輪刮板式浮選機的綜合控制開發

羅繼軍

（陜西國防工業職業技術學院 陜西 西安 710300）

1 引言

目前在礦業選礦中最常用的選礦-提純方法有以下四個方法：①重力選礦法（簡稱重選法）；②浮游選礦法（簡稱浮選法）；③磁選法；④化學選礦與化學提純。其中，重選是根據相對密度（或密度）不同的礦物在介質（水、空氣或重介質)中運動速度和運動軌跡的不同，而達到分選的方法。礦物分為強磁性礦物、弱磁性礦物和非磁性礦物。磁選是根據礦石中礦物選性差異，在不均勻磁場中實現礦物分離的選礦方法。化學選礦是利用化學作用將礦石中的有用成分提取出來，或將礦石或礦物中的有害雜質除去的方法，這種方法可以起到機械選礦方法難以達到的效果，但成本相對較高。浮選設備包括浮選機和浮選輔助設備(攪拌槽和給藥機等)，通過攪拌和充氣，使欲浮目的礦物附著于氣泡上形成礦化泡沫層，泡沫用刮板刮出或以自溢的方式溢出，即得泡沫產品，而非泡沫產品則自槽底排出，效率高，對環境較為友好，故較為常用。

浮選設備包括浮選機和浮選輔助設備(攪拌槽和給藥機等)，浮選機是浮選工藝中重要的設備，決定著浮選進程和主要工藝指標。其工作原理是通過攪拌和充氣，使欲浮目的礦物附著于氣泡上形成礦化泡沫層，泡沫用刮板刮出或以自溢的方式溢出，即得泡沫產品，而非泡沫產品則自槽底排出。浮選技術經濟指標的好壞，與所用浮選機的性能密切相關。故浮選機是礦業生產中精礦主要提純，形成高精度礦物產品的主要機械，浮選機由三相異步電動機啟動后，帶動主動輪，并通過葉輪開始旋轉，由葉輪旋轉所產生的離心，在浮選機腔室底部產生工作負壓[1]。其工作方法是一方面將原料和相關藥劑混合，經預處理使兩者充分混合后送入浮選機的第一室的槽底下，在槽底部由葉輪旋轉在腔式中產生負壓，使得在第一室槽底下和槽中的混合物分別由第一腔室中葉輪的下吸口和上吸口進入混合區。在原料進入混合區的同時，帶動空氣沿導氣套筒進入混合區，使三者在混合區內進行充分混合，而另一方面通過攪拌使混合物中產生氣泡并將氣泡粉碎，在定子和擾流板的作用下，使混合物均勻地散布于浮選機槽體截面，同時使其不斷向上移動進入分離區。在分離區中，通過富集過程，是混合物表面形成泡沫層，通過刮泡機構的重復進給運動將其排出，產生精煤泡沫[2]。

2 結構設計與工作過程

2.1 結構總成

本文通過借鑒設計一種尾礦葉輪刮板式浮選機，工作過程大致為以下步驟：（1）將原料和相關藥劑混合，經預處理使兩者充分混合后送入浮選機的第一室的槽底下，在槽底部由葉輪旋轉在腔式中產生負壓，使得在第一室槽底下和槽中的混合物分別由第一腔室中葉輪的下吸口和上吸口進入混合區。在原料進入混合區的同時，帶動空氣沿導氣套筒進入混合區，使三者在混合區內進行充分混合[3]。通過浮選機葉輪旋轉產生離心力，使混合物進入礦化區。通過攪拌使混合物中產生氣泡并將氣泡粉碎，在定子和擾流板的作用下，使混合物均勻地散布于浮選機槽體截面，同時使其不斷向上移動進入分離區。在分離區中，通過富集過程，使混合物表面形成泡沫層，通過刮泡機構的重復進給運動將其排出，產生精煤泡沫。（2）在腔室槽底上面未被吸入的混合物中的煤渣將再次經歷吸入，混合、礦化和分離等過程，進入新的浮選循環。在腔室槽底下未吸入的混合物，將通過預先設計的礦箱進入浮選機第二室的槽底下，完成浮選工作[4]。

2.2 工作過程

首先將粗礦粉與水溶液充分混合后經給礦箱、給礦管送入到設備中，此時液位不斷升高，當液位升高至一定位置時，液位傳感器感應后啟動電機，經三角皮帶帶動，左皮帶罩和右皮帶罩內的從動帶輪開始旋轉，這時給礦箱底部的葉輪開始高速旋轉并產生振動，在底部形成大量豐富且細膩的氣泡，這些氣泡和相對粘稠的礦漿形成黑色的泡沫群，此時刮板附件、刮板傳動裝置和刮板帶罩帶動整個刮板開始逆時針旋轉，旋轉過程中將浮在表面的礦漿泡沫刮出，這些刮出的泡沫就是經過烘干、成型后就成為了精礦的主要原料，其余的礦漿與礦渣經尾礦箱、中礦管繼續回流攪拌，與此同時，外界不斷通過給礦箱、給礦管將新的礦漿注入，繼續進行發生負壓氣泡、攪拌礦漿、刮板輸出精礦漿、余漿回流攪拌的過程，直至將較大的礦粉顆粒和雜質經尾礦管排除，形成粗礦漿，這些粗礦漿經風干、硬化后作為一些粗礦料可以用于一些民用生產中，通過周而復始的運行，經浮選機形成了粗、精兩種礦料基礎，用于不同的工業、民用生產中。

2.3 工作參數選擇

如表1所示，具體結構參數內容為：

表1 尾礦葉輪刮板式浮選機主要參數

（1）有效容積“m3”：浮選機正常工作時，所能裝下的礦漿體積，有效容積越大，處理能力就越強，刮板輸送的精礦漿就越多，但是過大的有效容積會造成設備體積過大，礦漿還未形成豐富的泡沫就被刮出，影響精礦漿的質量，本文所設計的浮選機主要用于小型礦場，有效容積定于20 m3。

（2）處理能力“m3/min”：浮選機在正常工作時，單位時間內通過浮選機的礦漿體積，經與設備的有效容積經過計算為16.8 m3/min，而其處理能力范圍經西門子MM420變頻器調節可調整范圍在5～20 m3/min之間。

（3）葉輪直徑“mm”：葉輪的大小與浮選機的攪拌強度和充氣性能有關，經計算查找手冊為700 mm。

（4）葉輪轉速“r·p·m”：葉輪轉速越高，攪拌強度越大，礦漿與氣泡混合程度越好[5]，但是葉輪的轉速過大，可能導致已經附著在氣泡上的疏水性顆粒被脫落，導致液面和泡沫層的紊動，從何使浮選指標變差，相對折中的轉速為180 r·p·m，由電機帶動減速器調整。

（5）攪拌電機功率“kw”：大規格的浮選機選用大功率的攪拌用電機功率，小規格的浮選機選用小功率攪拌用電機功率，本文選用30 kw三相異步電機。

（6）刮板電機功率“kw”：刮板功率較小，且隨浮選機規格增大而波動不大，一般都為1.5 kw左右[6]。

3 控制系統設計

3.1 整體控制設計

設備整體采用西門子PLC控制系統（西門子公司提出TIA（Totally Integrated Automation）概念，即全集成自動化系統，將PLC技術溶于全部自動化領域。S3、S5系列PLC已逐步退出市場，停止生產，而S7系列PLC發展成為了西門子自動化系統的控制核心，而TDC系統沿用SIMADYN D技術內核，是對S7系列產品的進一步升級，它是西門子自動化系統最尖端，功能最強的可編程控制器），穩定可靠，采用觸摸屏配合MCGS組態軟件進行監控并實時反饋，操作更加方便、運行監控過程更加直觀，在主要位置上安裝熱傳感器、接近開關、速度繼電器等窗安裝之后可以保證準確的定位，在過載、短路、強力矩沖擊等情況下實現自動報警、自動停機甚至自動斷電等保護功能，特別是加裝缺料報警裝置，減低損耗。總控制柜接線如圖1所示[7]。

圖1 電氣柜內部接線圖

3.2 攪拌電機與刮板電機控制

控制系統均采用PLC控制，結合液位傳感器、行程開關、熱繼電器等輸入裝置，考慮過載、顛覆力矩、沖擊載荷等因素，將攪拌電機PLC外部接線，刮板用電機PLC外部接線，將其控制過程分為兩個PLC單獨控制主要考慮到實際運行過程中出現一個故障，另外一個不會受到影響，也可以根據實際情況選用更高等級PLC加擴展模塊（主要包括數字量模塊，模擬量模塊，運動控制模塊和通訊模塊等；另外，CU擴展卡插槽內可擴展存儲卡或電池卡或時鐘電池卡）。

4 結語

浮選機是浮選工藝中重要的設備，決定著浮選進程和主要工藝指標，本文通過借鑒設計一種尾礦葉輪刮板式浮選機，并進行了綜合控制開發，整體采用西門子PLC控制系統，采用觸摸屏配合MCGS組態軟件進行監控并實時反饋，操作更加方便、運行監控過程更加直觀，運行更加安全穩定，具有良好的應用價值。