（矿物加工工程专业论文）提高凡口铅锌矿二段磨矿分级效率研究.pdf

摘要 凡口矿选矿厂的磨矿工艺，几经改革，发展到现在的原矿二段 磨矿、铅粗泡再磨的工艺，从原矿一、二段磨机的一对一配置n - 对配置，再到三对二配置，在节能降耗方面取得了显著的成绩。 为了进步降低磨矿费用，凡口矿决定引进新型旋流器c z 型旋 流器，使二段磨矿处理能力达到2 6 0 0 t d ，为以后改造储备资料。 试验在一段磨矿能力2 9 1 3 甜，相应的溢流浓度和细度分别为 4 1 和6 8 8 3 ( 7 6l ar n 含量) 的基础上在实验室对c z 型高效旋 流器进行参数优化，最终确定采用c z 3 5 0 高效旋流器在现场进行 工业试验，试验证明，采用三台c z 3 5 0 高效旋流器，插入管深度 h = 3 5 9 m m ，溢流管直径d o = 1 0 0 m m ，沉砂嘴直径d 。= 6 0 m m ，同时采 用3 0 钢球取代4 0 钢球作为磨矿介质，可使新生能力由原来的 o 7 8 5 t h m 3 增加到1 0 6 8 t h m 3 ，二段磨矿处理能力达到2 6 5 5 4 t d ， 相应的浓度3 8 6 1 ，溢流细度达到8 5 4 一7 61 tr l l ，达到工业生产 要求的处理量、细度和浓度。 关键词磨矿分级，高效旋流器，分级效率，处理能力，优化。 a b s t r a c t f a n k o um i n e r a l p r o c e s s i n gg r i n d i n g c r a f t t h r o u g h s e v e r a l r e f o r - m a t i o n sd e v e l o pt oc u r r e n tc r a f tt h a ti sr u n o f - m i n et w os e g m e m g r i n d i n ga n dl e a dr o u g h e rb u b b l eg r i n d i n g o n ea n dt w os e g m e n t g r i n d i n gm i l l f o rr u n o f - m i n ei n s t a l lf r o mo n eb yo n et ot w or i g h t n e s s e so n l yo n et h e nt w ot h r e er i g h tn e s s e st w o i nt h ea s p e c t so f e c o n o m i z i n ge n e r g y a n d d e c l i n i n gc o n s u m e ，i t o b t a i n g r e a t a c h i e v e m e n t t or e d u e c et h ec h a r g eo ft h em i n e r a lg r i n d i n gm o r e ，w e d e c i d et oi n t r o d u c en e wt y p eh y d r oc y c l o n e 一c zh y d r oc y c l o n e a n d g e t t i n gt h ea b i l i t y2 6 0 0 t do f t h es e c o n ds e g m e n tg r i n d i n g t h er e s e a r c h c a t lb eu s e dt os u p p l yan e e do fr e c o n s t r u c t i n g e x p e r i m e n to n f o u n d a t i o nf o rf i r s t s e g m e n tg r i n d i n ga b i l i t y 2 9 1 3 t d ，h o m ol o g os l yo v e r f l o wd e n s i t ya n dp i r a t i c a ls i z ei s4 1 a n d 6 8 8 3 ( t h ec o n t a i no f 一7 6 1 9 m ) t h ep a r a m e t e ro fe f f i c i e n t l yc zh y d r o c y c l o n ei s m a v e na ne x p e r i m e n ti nl a b o r a t o r y a c c o r d i n gt ot h er e s u l t o fe x p e r i m e n t w es e l e c tc z 3 5 0e f f i c i e n t l y h y d r oc y c l o n e i n c o m m e r c i a lt e s t w ef o u n dt h a ta d o p t i n gt h r e ec z 3 5 0e f f i c i e n t l yh y d r o c y c l o n e t h ed e p t ho fi n s e r tp i p eh _ 3 5 9 m m t h ed i a m e t e ro f o v e r f l o w p i p ed 0 = l o o m mt h e d i a m e t e ro fu n d e r f l o wp i p ed u = 6 0 m m ，巾3 0 m m b a l lt a k i n gp l a c eo ft h e 由4 0 r a mb a l la sg r i n d i n g n e w - b o r na b i l i t yo f g r i n d i n gm i l l i si m p r o v e df r o m0 7 8 5t h m 3t o1 0 6 8t h m 3 t h e s e c o n ds e g m e n tg r i n d i n ga b i l i t yi s2 6 5 5 4 t d t h eh o m o l o g o u sd e n s i t yi s 3 8 6 1 t h ep a r t i a l ss i z eo fo v e r f l o wi s8 5 4 一7 6 p m a l lo ft h e s e a t t a i nt h er e q u e s to f c o m m e r c i a lt e s t k e yw o r d s g r i n d i n ga n dc l a s s i f i c a t i o n ，e f f i c i e n t l yh y d r o c y c l o n e ，t h ee f f i c i e n t l yo fc l a s s i f i c a t i o n ，p r o d u c t i o na b i l i t y , e x c e l l e n tt u r n i l 硕七学位论文 第一章文献综述 1 1 磨矿分级的意义 第一章文献综述 磨矿分级作业是选矿厂的一道十分重要的作业。首先，能耗和钢耗占据 了选厂成本的显著位置，一般情况下，磨矿能耗占整个选厂能耗的4 0 6 0 ， 磨矿细度越细，能耗越高。此外，更重要的一点在于磨矿分级作业必须为分选 作业提供细度或解离度合格、粒群分布合理的物料。所谓粒群分布合理指的是 现有选矿方法不能有效回收的粒级分布。浮选时过粗的矿粒( 大于0 1 毫米) 和极细的矿粒( 小于0 0 0 6 毫米) 都浮得不好，回收率较低。 由于磨矿的高能耗和显著影响选别指标，磨矿分级的研究一直是选矿工作 者一个备受关注的课题，其目的在于节能降耗，降低选矿成本，提高选厂的经 济效益。 1 2 磨矿分级设备2 8 3 在选矿工业中，磨矿设备一般同分级设备组合，形成闭路磨矿，以便及时 地将合格粒级分离出来，防止物料过磨、浪费能源与材料。分级设备的选择， 在实际应用中是一个非常重要的问题，直接影响着工艺指标的好坏及经济效益 的高低。分级机的选择有下列影响因素：( 1 ) 工艺粒度要求；( 2 ) 分级粒度上限 与下限；( 3 ) 能源成本；( 4 ) 基本投资与生产成本；( 5 ) 环保制约条件；( 6 ) 与磨 矿机配置的合理性等等。然而，影响分级效率的因素很多，受物料颗粒大小、 密度、形状、固体浓度、介质粘度等影响，使粒度分离误差大，粗颗粒物料进 入分级产品，细颗粒物料进入分级返砂，造成分级效率低下、部分物料的过磨 以及能源与材料的浪费。因而，新的分级方法及设备的研制与开发仍是一个令 重要的研究领域，有些方面己成为跨学科研究的热点。 分级设备大体可分为机械分级机、细筛、水力旋流器、水力分级机和风力 分级机。 机械分级机包括螺旋分级机、耙式分级机和浮槽式分级机。目前，在选矿 工业中耙式分级机和浮槽式分级机基本上被淘汰，而螺旋分级机虽然还在使 硕士学位论文 第一章文献综述 用，但用量已逐渐减少。 水力分级机主要指圆锥分级机和槽型分级机，这类分级设备在现代选矿厂 应用较少。 目前风力分级机和各种干式分级设备在各种金属矿选矿厂中已极少使用。 螺旋分级机是一种老式分级设备，过去曾在选矿工业中广泛使用，但由于 它存在分级效率低、笨重、占地面积大等缺点，在欧美等西方国家逐渐被水力 旋流器代替，现在已很少使用。然而，在国内，由于螺旋分级机工作稳定，容 易操作，现仍在普遍使用。 细筛作为分级设备使用的历史较短，六十年代才开始大量使用。细筛在提 高分级效率、分级精度和选矿技术经济指标方面起到了特殊作用。是继水力旋 流器之后出现的重要分级设备。目前，各国仍在研制各种新型细筛，并努力将 其广泛应用于选矿工业中。 1 3 水力旋流器的发展简史弦川 水力旋流器自1 9 3 9 年被用于工业以来，在选矿、化工等领域得到了广泛的 应用。水力旋流器结构简单、轻便灵活，占地面积少，分级效率高，在选矿工 业中已成为取代机械分级机的较为理想的分级设备。尤其是随着制造工业和自 动控制技术的发展，至二十世纪六十年代，在西方工业发达国家的选矿厂中， 水力旋流器差不多完全取代了机械分级机，成为最主要的分级设备。随后，苏 联也大力推广水力旋流器，迄今已在选矿厂取代了相当数量的螺旋分级机，并 取得较好效果。 但到目前为止，旋流器在应用过程中分级效率仍然比较低( 一般只有5 0 左右) 。因此如何进一步提高旋流器分级效率，长期以来一直是人们研究和关 注的焦点。影响旋流器分级效率的因素很多，有结构参数的影响，也有操作参 数的影响。由于影响其工艺性能的因素很多且不易控制，以及其它原因，目前 我国选矿厂仍较少使用水力旋流器。 近些年来，水力旋流器既向大型化发展，也向小型化发展，大型水力旋流 器直径达2 m 以上，处理能力大大增加，但分级粒度较租，不适用于微细粒物 料的分级，而小型水力旋流器则适用于微细物料的分级，最小直径仅1 0 唧， 分级下限为几微米。此外，还出现了一些特殊类型的水力旋流器，如涡轮旋流 器，双旋涡水力旋流器，负压力旋流器，倾斜放置水力旋流器，磁力水力旋流 2 硕士学位论文 第章文献综述 器，圆柱形水力旋流器，三产品水力旋流器，以及具有冲洗装置和补充分级区 的水力旋流器等等。这些水力旋流器可进一步提高分级效果和处理能力，或具 有特定用途。制造水力旋流器所用的材料主要是铸钢、铸铝、钢板等，一般衬 有橡胶衬里；小型水力旋流器则主要用聚氨酯制成，目前已有用更耐磨的碳化 硅作衬里的水力旋流器。为了操作方便，提高处理量。减少占地面积，水力旋 流器一般是成组配置，而小型水力旋流器则总是许多个配置成一组。 图1 1 旋流器结构参数示意图 d 广一给矿管直径d o v 一溢流管直径h o v 一一插入管深度 d 一圆柱体直径h w 一一圆柱体高度 q 锥角 d s 沉砂口直径 1 4 水力旋流器的结构4 m 2 水力旋流器的上部呈圆筒形，下部呈圆锥形。矿浆在0 4 “3 5 大气压从给 、， f沽； 硕士学位论文第一章文献综述 矿管沿切线方向送入，在内部高速旋转。因而产生了很大的离心力。在离心力 和重力的作用下，较粗的颗粒被抛向器壁，作螺旋向下运动，最后由排砂嘴排 出。较细的颗粒及大部分水分，形成旋流，沿中心向上升起，至溢流管流出。 水力旋流器的优点是：构造简单，占地面积小，生产率高。缺点是易磨损，特 别是沉砂咀磨损快，工作不够稳定，使生产指标波动，但这些缺点己可从采用 耐磨材料逐渐加以克服。 影响水力旋流器工作的因素有：旋流器的结构参数和操作参数。 旋流器的结构参数包括圆柱体直径d ，给矿口当量直径d f 、溢流管直径 d o v 、沉砂口直径d s 和锥角q 。在次要方面还有圆柱体高h w 和溢流管插入深 度h o v 。 各结构参数有如下璺益底：2 2 d f + d o v o 5 d 及口，( 卜i ) 或 d f = ( 0 2 0 4 ) d 及d f = ( 0 4 “1 0 ) d o v( 1 2 ) 迸l 星蝈本丛里游沉砂与溢流的体积关系由下面公式确定： 、d o ，7 ( 卜3 ) 式中v s 、v o v 分别为沉砂和溢流体积产量，升分 溢流管直径与沉砂口径之比d o v d s 称作角锥比。试验得出，分级用旋流 器的角锥比以3 4 为适宜。 旋流器的直径d 、给矿口当量直径d f 、和溢流管直径d o v ，是影响处理 量和分级粒度d c r 的主要参数，在各结构参数不变的情况下，矿浆体积处理量 q 与旋流器直径d 的大致关系为 qa：d2(i-4) 随着流量增加，矿浆的向心流速也增大，分级粒度d c r 变粗，则有 d c ro c d l 2( 1 5 ) 因此，在进行粗分级时常选用较大直径旋流器；在细分级时则用小直径旋 流器。如果后者处理能力不够用，可以将多台组装在起使用。使旋流器分离 粒度更细的方法有( 1 ) 增加压力；( 2 ) 减少给矿管直径；( 3 ) 降低给矿浓度；( 4 ) 增加 4 硕士学位论文 第一章文献综述 沉砂咀直径；( 5 ) 减少溢流管直径；( 6 ) 减少水力旋流器直径；( 7 ) 增加水力旋流器 长度；( 8 ) 减少锥体角度。 旋流器的给矿口和溢流管相当于两个窄口通道，增大其中任何一个断面积 均可使矿浆体积处理量接近于成正比增加。但此时溢流粒度将变粗，分级效率 也要下降。为了提高分级效率和降低分级粒度，给矿口和溢流管直径应相对于 圆柱体取小的比例值。 沉砂口是旋流器中最易磨损的部件，常因磨耗而增大了排出口面积，使沉 砂产量增大，浓度降低。但此时对给矿体积影响并不大。沉砂口的大小与溢流 管直径配合调整，是改变分级粒度的有效手段。 锥角的大小影响于矿浆向下流动的阻力和分级自由面的高度。一般来说细 分级或脱水用的旋流器采用较小锥角，最小达到1 0 1 5 。粗分级或浓缩用时 采用较大锥角，多为2 0 “4 5 。 旋流器的圆柱体高低对处理能力无大的影响，但与分级效率和分级粒度有 一定的关系。增大圆柱体高度与减小锥角的效果大致相同，可以使分级粒度变 细并提高分级效率。溢流管的插入深度般接近于圆柱体高度，但当圆柱体高 度超过它的直径较多时，可降低该值。为了避免矿浆短路流动，溢流管口的下 缘应距给矿口有足够距离。 旋流器的操作参数包括给矿压力、矿石粒度组成、给矿浓度以及溢流和沉 砂的排出方式等。 ， 给矿压力是影响旋流器处理能力的重要参数，并在较小程度上影响分级粒 度。此外，给矿压力还关系到分级效率和沉砂的浓度。提高给矿压力，矿浆的 流速增大，粘度的影响减小，分级效果可以得到改善，沉砂浓度也会提高。但 是带来的问题是沉砂口磨损增大，其他易耗件更换也频繁。所以在处理粗粒原 料时，只要有可能总是采用低压力( 0 5 1 千克厘米2 ) 操作；而在处理泥矿 及细粒原料时，则应采用高压力( 1 0 千克厘米2 ) 给矿 给矿粒度组成和给矿浓度对分级效率和产物浓度有重要影响。在给矿压力 足够高时，给矿浓度主要影响于溢流浓度，而对沉砂影响较小但给矿浓度对 分级效率却影响较大，分级粒度愈细，给矿浓度应愈低。 用于分级的旋流器最佳工作状态应是沉砂呈伞状喷出，伞的中心保留有不 大的空气吸入孔。空气在向上流动的同时带动内层矿浆由溢流管排出因而有利 于提高分级效率。此时的伞面夹角不宜过大，以刚能散开为宜。近期旋流器流 场研究的结果表明：旋流器的空气柱在旋流器分级过程中非常不稳定，对旋流 器内流场有着严重的破坏作用，是影响旋流器分级效率的重要因素之一 s 硕士学位论文 第一章文献综述 1 5c z 型高效旋流器的特点啦! c z 型高效旋流器是国家七五期间为提高我国铁矿分级效率而研制的分 级设备，c z 旋流器有如下特点： 1 给矿口外弧线采用双圆弧设计，分级效率显著优于切线设计，略优于 渐开线设计； 2 双圆弧设计的入矿流线显著减轻了矿流进入圆柱段时对筒体的磨损， 使流线保持稳定； 3 内衬、溢流管、沉砂咀采用中国与乌克兰合作研制的c n u 高级耐磨 材料，简体使用寿命5 1 0 年，沉砂咀、溢流管的磨损速率分别为o 5 l m n g 月、o 2 5 o 5 m m 月，为铸石、聚氨脂等耐磨材料的1 3 1 6 ，在较长时间内旋 流器的变化参数甚微，使与之闭路的系统工作稳定，始终保持在最佳工作状态， 此外，由于材料耐磨，旋流器的运行费用有所下降： 4 c n n 采用模压整体烧结成型，形状标准，接口平滑，使分级物料的运 动轨迹平滑，保持较高的分级效率； 5 长柱、4 5 。锥角设计，增大了有效的分级空间，使颗粒有足够的时间 进行有序排列，减少了短路流，长期的工业实践表明，c z 型旋流器的溢流粒 度较细，沉砂中合格粒级含量较少，分级效率高出普通旋流器l o 2 0 ： 6 4 5 。锥角设计，提高了沉砂量的稳定性。在一定范围内入矿浓度的波 动、沉砂咀的磨损对沉砂的浓度、粒度影响较小。 1 6 凡口矿选矿厂的磨矿分级工艺 凡口矿选矿厂的磨矿工艺，几经改革，发展到现在的原矿二段磨矿、铅粗 泡再磨的工艺，从原矿一、二段磨机的一对一配置n - 对一配置，到三对二配 置，在节能降耗方面取得了显著的成绩。为了进一步降低磨矿费用，在一段具 有处理量从2 0 5 0 t d 提高到2 9 0 0 t d 的条件下，决定引进分级效率高的新型旋 流器c z 型旋流器，使二段磨矿处理能力从2 0 5 0 t d 提高到2 6 0 0 t d 。 一九九六年以前，凡口矿有关单位对原矿二段磨矿分级作了几次查定工 作，每次考查报告无一例外地提出了分级效率低的问题，如八八年的分级效率 仅为2 1 6 3 ，但一直忙于选别工艺的攻关，未对磨矿分级工艺、设备作详细 的研究，尽管如此，科研处及选矿厂对旋流器沉砂嘴的材质还是做了大量的工 作，这一看似虽小，实则影响到磨矿分级状况的工作得到了有关领导的重视， 6 硕士学位论文 第一章文献综述 曾试用过各种材料的沉砂嘴，如橡胶、氮化硅、聚氨酯、氧化铝、铸石，但始 终未能根本解决沉砂嘴的磨损问题，一九九五年，由长沙矿冶研究院研制的碳 化硅沉砂嘴经六个月的工业运行，取得了理想的结果，六个月使用表明，月磨 损量约为0 5m m ，“”远低于铸石和聚氨酯，从根本上解决了沉砂嘴的磨损问 题。经过对提高原矿二段磨矿分级效率的初步研究工作，取得了较好的指标， 分级效率远高于八八、九四年的指标。 本课题的主要目标就是选用由长沙矿冶研究院研制的c z 型高效旋流器， 通过一系列的试验室试验及工业试验，寻找合适的分级设备参数及磨矿分级的 工艺条件，提高二段分级效率，降低入磨合格粒级含量，探索提高二段磨矿处 理能力的潜力。 7 堡主堂垡堡奎 篁三兰堕! 堕芝坌丝王茎墨签! 堡 第二章原矿磨矿分级工艺及指标 2 1 凡口矿矿石性质以3 凡口铅锌矿矿石属于中低温热液裂隙充填交代矿床，主要矿物是黄铁矿、 闪锌矿、方铅矿，次要矿物有自铁矿、磁黄铁矿、铅矾、白铅矿、毒砂、淡红 银矿、辉银矿、车轮矿、黄铜矿和菱锌矿等，方铅矿含铅8 6 5 7 、硫1 3 0 2 ， 闪锌矿含锌6 3 。6 2 、铁3 2 5 、硫3 1 3 9 ，黄铁矿含铁4 5 9 8 、硫5 3 7 7 ， 此外还伴生有银、镉、镓、汞等稀有金属。金属矿物约占矿石总量6 0 ，脉石 矿物为石英、方解石、白云石、绢云母和绿泥石等，矿石的化学成分分析结果 见表2 一l 。 主要矿物方铅矿物、闪锌矿和黄铁矿成矿时间顺序是黄铁矿、闪锌矿、最 后才是方铅矿，由于方铅矿成矿期晚，形成过程受空间限制，粒度极细，大部 分在0 1 0 0 1 r m 之间，呈细粒或细脉状分散充填于黄铁矿、闪锌矿的间隙中， 与黄铁矿、闪锌矿共生密切，特别是一部分黄铁矿在铅锌成矿期形成，粒度极 细，在0 0 2 “0 1 m m 之间，与方铅矿、闪锌矿共生更是密切，在选别铅、锌过 程中采用细磨才能使矿物单体解离。 2 2 原矿磨矿分级现状及改革 凡口矿原矿磨矿采用两段磨矿，如图2 - 1 所示，工作方式为两种，第一种 方式为两个系列同时运行，三台一段磨机向两台二段磨机供矿，这时两个系列 的处理量为4 1 0 0 吨日，该方式每年的工作日为1 3 7 天，第二种方式为一个系 列运行，两台一段磨机向一台二段磨机供矿，此时的处理量为2 0 5 0 吨日，该 方式每年的工作日为3 3 0 天，这两种工作方式交替运行，使选厂块矿的处理量 9 硕士学位论文第二章原矿磨矿分级工艺及指标 为9 6 万吨年，平均日处理量为2 9 0 7 吨。一段由两台2 7 米木3 6 米球磨机与 两台由2 4 米螺旋分级机各自闭路，溢流经由3 5 0 旋流器预先分级及检查分级， 旋 原矿1 0 2 1 型! ! ! ! 塑 原矿i 0 2 5 t d ( t 3 6 7 t d ) 堡! ! ! ! ! ! 1 7 8 1 0 2 5 t d ( 1 3 6 7 t d ) 、( 6 8 3 t d ) ， 2 0 5 0 t d l # 磨机一 螺旋分缓机： f 一刁 l j j ( 1 3 6 7 t d ) 高教旋流器一 7 # 磨硎 l u 图2 1 原矿磨矿分级工艺流程 注：实线表示一个系列运行，虚线和实线表示两个系列并行，括号中的 数据表示两个主系列运行时各自矿量。 表2 2磨机的基本参数 i o 硕士学位论文 第二章原矿磨矿分级工艺及指标 流器的溢流送入选别作业，沉砂进入一台球磨进行二段磨矿，排矿与上述旋流 器构成闭路，每系列的原矿处理量2 0 5 0 吨天，工艺要求入选细度8 5 7 6pi l l ， 三台磨机的装机功率1 2 0 0 k w ，旋流器运行装机功率9 0 k w 。磨机的基本参数见 表2 屹。 2 3 磨矿分级指标 凡口矿曾对磨矿分级作了几次查定，九六年十月，为了准确了解二段磨矿 分级的数据，了解更换碳化硅沉砂咀以后分级状态的变化，并找出这项研究工 作的准确基点，选矿厂技术科组织了严格的流程查定，较为客观地反映了目前 二段磨矿及旋流器的工作状态，现将三次具有代表性的查定数据列于表2 3 2 6 2 7 2 8 】 表2 - 3原矿二段磨矿分级历次查定结果 在分析数据之前，定义一个反映磨矿系统- 7 6um 新生能力的q f 值，q 的含 义如下： q = ( x 一7 4 - x t 7 4 ) q x v i( 2 1 ) 硕七学位论文 第二二章原矿磨矿分级工艺及指标 式中：x 7 4 _ 最终分级产品- 7 61 m 含量。： x 7 4 一破碎产品7 6 pm 含量。； z v i 三台磨机的总容积，m 3 ； q 一系统处理能力，t i l 。 表3 可以看出，按时间前后q 。依次为1 0 9 、1 0 8 和1 1 7 ，9 4 年与8 9 年相 似，9 6 年为最高，整个系统的工作状态以9 6 年为最好，这主要表现在：一 段总溢流较细；最终磨矿粒度变细；处理能力上升到2 1 6 1 t d 。 二段磨矿分级指标在表3 中反映的十分详细，分级效率逐年上升，依次为 2 1 6 3 、3 5 3 8 和4 5 5 6 ，经凡口矿科技人员的努力，9 6 年更换了碳化硅沉 砂咀，使二段磨矿分级指标达到良好的状态，细度上升到7 6um 含量8 8 ， 循环负荷下降到7 7 0 3 ，返砂中合格粒级含量下降到5 0 3 ，所有这些变化 均表明，随着分级效率的提高，磨矿指标会显著改善。 2 4 旋流器的工作参数及状况 一九九六年八月，长沙矿冶研究院及凡口矿选矿厂对原矿二段旋流器的结 构参数、磨损情况作了现场测定，得出数据如下： 旋流器内径：d = 3 5 0i n n l ，d m a x = 3 7 5n l n l ； 柱体高度：h d = 3 8 0n l l t l ； 入矿方式：切线给入； 入矿口尺寸：4 7m m 9 4 ( w l a ) n l r n ，当量直径d 产7 5 4i t i i t i ： 锥角：a = 2 0 。； 溢流口径：d 0 = 7 5m m ，沉砂口直径3 5 m m ( 碳化硅) ； 内衬厚度：6 = 3 5m i l l ( 铸石) ； 内衬拼装方式：圆周五块。 磨损情况：沉砂嘴与锥的接口有一个半径1 5 2 0 m m 的台阶，锥的下部 磨损严重：在入矿圆柱处有数道深浅不一的沟槽，最深达3 0 m m ，宽4 5 m m 。 旋流器工作时，泵池的液面很低，也不发生一会儿液面上升，一会儿抽空的喘 气现象，看来泵的扬量、扬程富余量较大，在这种状态下工作的吵泵，产生气 蚀的可能性较大，极易造成叶轮和内衬的磨损。 旋流器的入口压力为1 6 a t m 。 硕士学位论文 第二章原矿磨矿分级工艺及指标 2 5 磨矿分级工艺中存在的问题 2 5 1 分级问题 分级效率：虽然目前的分级效率已达到4 5 5 6 ，但依然较低，难以达到 2 6 0 0 t d 的要求。 返砂中合格粒级含量仍高达5 0 3 ，也就是说，有一半己解离的合格单体 矿物返回磨机，这既增加了能耗，又使矿物产生过粉碎，制约了处理能力的提 高，并且对选别指标有不利影响。 旋流器锥体下部磨损较快，形成台阶产生流线的突变，使分级状况受到破 坏。 旋流器的结构参数，匹配关系未能达到最佳值。 泵的扬程、扬量富余量较大，泵与旋流器应重新匹配。 2 5 2 磨矿问题 从工艺上看，磨矿问题较少，磨矿浓度在7 5 以上，较为理想，但有一 个问题值得注意，就是补加球的直径，目前二段磨矿补加球为4 0m i l l ，根据计 算，这一值偏大，计算公式如下 2 9 3 ； f f 九；、i 2 5 4 代入有关参数，补加球最大直径为3 0 7m m 2 6 提高处理能力的方法 ( 2 2 ) 影响磨机处理量的因素很多，现将可以变更的主要因素分述如下：磨矿 浓度： 在矿浆能自由流动的情况下，磨矿浓度越高，颗粒与球介质碰撞的几 率越高，磨矿越高。 循环负荷的有效增加，对磨矿起积极作用，所谓有效增加，是指不合 格颗粒的增加，如果合格颗粒增加，对磨矿起消极作用，会导致磨矿回路的恶 性循环，其次，对凡口矿而言，循环负荷的提高，会提高旋流器的入矿浓度， 对分级效率的提高会起消极作用。为了达到一定的q 值，循环负荷越大，磨机 硕士学位论文第二章原矿磨矿分级工艺及指标 的新增一7 4 | im 的幅度a x 可以越小，这样磨矿行为发生在磨矿曲线的前半段， 而这部分的生成速度较快，但另一方面磨机排矿变粗，旋流器入矿粒度变粗， 浓度增加，这增加了溢流浓细度合格的难度，反过来制约了q 值的增加。因此， 循环负荷存在一个最佳值，使磨矿处理量最高。 沉砂( 返砂) 中合格粒级含量：这一含量直接影响磨矿速度，合格粒 级含量越高，磨矿速度越慢，这一因素对处理量、过粉碎的影响始终是单方向 的，因此，只有降低合格粒级含量，才能有效提高磨矿效率。 球介质的直径：二段磨矿的细度达到了一7 6um 8 5 以上，属细粒磨矿， 此时研磨作用是解离的主要因素，表面积越大，研磨作用越强烈，磨矿效果越 好。二段磨矿采用0 4 0 的钢球，每吨球表面积1 9 2 3m 2 ，若采用0 3 0 的钢球， 每吨球的表面积2 5 6 4 m 2 ，增加3 3 。钢球个数由3 8 2 7 增加到9 0 7 3 个，磨矿 效率将显著改善，但是，由于表面积增加，钢耗肯定会增加，小球价格也会上 升，这是必须考虑的两点因素。 上述4 点中，、实质是分级效率的高低及分级性能的稳定，分级效 率的高低由旋流器的结构、参数保证，分级性能的稳定则涉及到内衬材质的磨 损性能、砂泵与旋流器的匹配。 2 7 本课题的理论基础 2 7 i 磨矿动力学 磨矿动力学是本课题的理论基础，分级效率是衡量分级性能的基本数据。 离心力放大原理是从试验室c z l 0 0 放大到c z 3 5 0 或c z 5 0 0 - i - 作压力选定的理论 基础，而几何相似放大则是结构参数放大的依据。 磨矿是介质与颗粒相互接触，在研磨力、碰撞力的作用下，颗粒被解离 的过程，这一过程可用下式表示 3 。 r t - r e 计( 2 3 ) 式中：r t 从磨矿开始经过时间t 后某一指定粒级的筛上含量， r o 磨矿开始时某一指定粒级的筛上含量，； t 一磨矿延续时间，分 k 、m 与矿石性质、磨矿工艺相关的常数 1 4 硕士学位论文 第二章原矿磨矿分级工艺及指标 如果用筛下含量取代上式则有： r i = 1 一r p ( 2 4 ) 将式( 3 ) 求导数： _ d r , ；l o n g “广( 2 5 ) d t 式( 5 ) 中dr t d t 即为某一粒级筛下产物在时刻t 时的生成速度，由 式( 5 ) 可以看出：随着时间的增加，生成速度下降；r 0 值越高，即不合 格粒级含量越高，在相同时间t ，生成速度越高，表2 4 给出了m = 0 8 ，r = 0 1 5 时各种r 0 值下r t 随时间的变化关系： 表2 - 4k = 0 1 5 ，m = 0 8 ，不同鼬的磨矿细度凡与t 的关系 从表4 可以看出，从左到右，随着合格粒级含量增加，相同磨矿时间间 隔新生粒级量减少，当1 0 0 r o = 3 0 ，6 0 时，从起始到1 分钟细度变化分别 为9 7 5 和5 5 7 ，前者是后者的1 7 5 倍，这说明，合格粒级含量的高低严重 影响新成速度的大小；自上至下，随着磨矿时间的增加，相同时间间隔新生能 力下降，当1 r o = 3 0 时，从t = o 至t = l ，1 分钟间隔，及从t = 7 到网，2 分 钟间隙，每分钟新生量的变化值分别为9 7 5 和2 5 2 ，前者是后者的3 8 7 倍， 这说明，在磨矿曲线的前半段，生成速度快得多。 上述分析准确地描述了不同磨矿状态时磨矿速度的高低，因此，要提高 磨矿效率或增加磨机的处理能力，必须使磨矿行为发生在磨矿曲线的前半 程。入矿中合格粒级含量就尽可能降到最低值，这两点成为本研究的关键所 在。 硕士学位论文 第二章原矿磨矿分级t 艺及指标 2 7 2 分级效率 上述两种提高磨机效率的方法，都不是磨机本身的改进能解决的，而是由 分级设备的工作性能状态来决定的。首先，旋流器的沉砂质量( 或循环负荷) 决定了磨矿行为发生在磨矿曲线的某一段，沉砂质量直接决定了返砂中合格粒 级含量。 衡量分级性能的优劣用分级效率h 】。 a 质效率：溢流中合格粒级的回收率减去溢流中不合格粒级的混入率 黔而( x o 面- x i 丽) ( x - x o ) 1 。4 ( 2 6 )。，( 1 0 0 一工，) ( 一毛) 7 b 量效率：合格粒级在溢流中的回收率 e = 墨堑芸1 0 0 ( 2 7 ) 2 7 3 离心力放大原理 在入矿口外侧，某一颗粒的离心加速度可以用下式表达 a 2 百 ( 2 - 8 ) 式中v 为颗粒速度，r 为旋流器半径，且： v = 2 。，r ：了d ( 2 - 9 )1 式中q 一入口处矿浆流2 z 量，a 。- 入口处面积，且 q = 5 k l d 印( 2 - lo ) a = k 2 d 2 ( 2 11 ) 鼬，z r _ 5 0 * 。 ( 2 - 1 2 ) 1 岛i “ 、- 一7 上式可简化为 。“ a ：k 去 ( 2 - 1 3 ) 离心加速度是决定分离粒度的一个重要参数，不同直径的旋流器，若保持 离心加速度相等，则分离粒度，分级性能基本一致，式( 2 1 3 ) 是从试验室 c z l 0 0 放大到c z 3 5 0 或c z 5 0 0 工作压力选定的理论基础，而几何相似放大则是 结构参数放大的依据。 1 6 硕士学位论文 第三章分级试验及结果分析 第三章分级试验及结果分析 3 1 试验设施及试验内容 3 1 1c z 型高效旋流器 影响旋流器分级效率的因素分为两类： 结构参数：a 溢流管的大小及插入深度；b 沉砂嘴的大小；c 沉砂嘴与 溢流管的匹配关系；d 柱体的高度；e 入矿方式；f 锥角。 工艺条件：a 入矿压力；b 入矿浓度；c 入矿粒度；d 溢流浓细度。 中d ，e 和f 三个因素是c z 型旋流器的特点，而其它因素则是本试验必 须涉及到的。 本次试验采用c z 型旋流器取代普通旋流器，c z 型高效旋流器是国家七五 期间为提高我国铁矿分级效率而研制的分级设备，它从两方面解决了旋流器存 在的根本问题：1 、经反复试验确定了旋流器的入矿口采用渐开线设计，柱体 高度与直径之比为3 4 0 ，锥角4 5 。；2 、内衬采用s i c 整体烧结。渐开线入 矿口设计减缓了曲率的变化，使入矿流线较为稳定，减轻了紊流现象，3 2 4 0 柱径比( 普通型为1 0 ，k r e b s 为1 6 ) 扩大了有效分级空间，允许颗粒有 足够的空间进行有序排列，减轻了短路流的发生，使溢流粒度相应变细，锥角 4 5 。提高了沉砂形成区的上升速度，使二次分级的几率加大，沉砂中合格粒级 含量降低，这导致了分级效率的提高，此外，与2 0 。相比，相同的沉砂产率， 则可配用更大直径的沉砂嘴，减轻了堵塞的可能性，内衬采用s i c 制成，磨损 性能十分优良，可在长时间内保持旋流器的几何参数，形状基本不变，使分级 性能十分稳定，s i c 的使用寿命可为铸石的6 8 倍。 3 1 2 试验系统 试验系统见图3 一l 。试验采用c z 型高效旋流器，内径l o o r 帅。柱径比3 6 ， 锥度4 5 ，入矿口尺寸2 6 x 2 0 ( h x w ) ，当量直径中2 5 7 咖，溢流管和沉砂口尺 寸可以变化，溢流管深度亦可以变化。 婴主堂堡堡苎 笙三童坌堡堕竺墨笙星坌堑 6 卜旋流器 2 一搅拌桶 3 2 寸胶泵 4 一电动机5 、6 一调压阀 7 一压力表 图3 一1 分级试验系统 试验过程中，砂泵没有密封水，可以保持浓度的稳定，粒度分析采用先湿筛 后干筛的办法，干筛时间十分钟。 3 2 分级试验及结果分析 分级试验的试料是现场二段旋流器的给矿。 试验安排如下： 试验一：沉砂嘴对分级性能的影响： 试验二：d u d o 恒值试验； 试验三：溢流管大小对分级性能的影响： 试验四：溢流管插入深试验： 试验五：入矿压力试验： 试验六：浓度试验： - 、立 ，一 试验七：最优条件重复试验 3 2 1 沉砂嘴对分级性能的影响 沉砂嘴的直径，直接影响到产率或循环负荷，影响溢流细度，对沉砂的质 量也有明显的影响。 试验条件：入矿压力：p t = 0 0 4 m p a ；入矿浓度：c f = 4 5 表3 1沉砂嘴直径矾对分级性能的影响 编号 瓯 产品产率浓度 - 7 6 u “ 嬖效 量效率 e 循环负荷 备注 编号m 二名称 含量 率e e e c 备注 沉砂 1 8 4 68 2 5 54 8 2 f 一7 9 6溢流 8 1 5 44 0 9 58 5 2 入矿 1 0 0 0 04 5 1 67 8 ，4 沉砂 2 3 5 68 0 8 64 7 6 f 0 81 0 3溢流7 6 4 43 9 6 4 8 8 4 入矿 1 0 0 o o4 5 0 57 8 8 f 一9 1 1 4 f 一1 0 1 2 1 f 一1 1 t 2 6 3 2 8 58 8 “2 9 1 62 2 6 2绳状排矿 4 3 9 68 5 7 63 3 73 0 8 伞状排矿 沉砂2 3 6 48 1 0 24 8 4 溢流7 6 _ 3 63 9 88 8 44 3 4 38 5 5 3 7 1 3 3 0 9 4伞状排矿 入矿1 0 0 0 04 5 2 4 7 8 9 沉砂2 5 4 38 0 5 45 1 2 溢流7 4 5 7 3 8 7 4 9 0 4 4 7 2 28 3 8 l3 9 5 83 4 0 8 伞状排矿 入矿 1 0 0 0 04 4 6 38 0 4 沉砂 3 0 28 0 1 75 0 6 溢流6 9 83 8 4 29 0 04 8 5 68 0 4 33 9 0 54 3 2 5 伞状排矿 入矿 1 0 0 0 04 5 5 98 0 8 沉砂 3 6 1 87 9 6 65 0 6 f 1 21 3 3溢流 6 3 8 23 8 2 49 1 0 5 3 0 77 6 0 33 9 3 15 6 6 7 伞状捧矿 入矿l o o 0 04 7 1 07 6 8 溢流管直径：d o = 3 4 m m ，插入深度：h o = 9 6 m m 控制溢流浓度：c o = 3 8 , - 4 0 试验结果列于表3 - l 3 。从表3 - l 的分析结果表明，沉砂嘴的直径d u 对 分级指标有明显影响： 1 9 硕士学位论文第三章分级试验及结果分析 l 、d 。增加。沉砂产率y 。增加，循环负荷c 大幅度上升，将d 。与y 。 c 的结果分别绘制在d u 2 ，d 3 的坐标上，可以发现，y 。与d 。2 几乎是一条直 线，而c 与d 。3 也成直线关系。沉砂嘴过小时，沉砂呈绳状排出。 2 、随着d 。的增加，溢流细度明显变细，由绳状分级的8 5 2 变化为到 9 l 。 3 、随着d 。的增加，沉砂7 6 1 lm 含量有所增加，但变化甚微。 4 、随着d 。的增加，分级质效率上升很快，量效率下降，综合指标e 在d 。= 1 2 1 时具有极值，( e e ) = 3 95 8 。 5 、最佳条件：d o = 3 4 ，d 。= 1 2 1 ( d 。d o = 0 3 6 1 ) ，p f = o 0 4m p a ，c t = 4 5 ， 8 0 - - 9 6 m m 。 3 2 2d u d 0 恒值试验 在考查了d 。对分级性能的影响后，为了解d u 、d o 对分级性能的交互作用， 进行d 。d o 恒值试验。般而言，当d 。d o 保持不变，随着d u 、d o 的同时增 减，产率变化不会太大。但由于分离点的移动，分级效率，溢流粒度将会发生 变化。 试验条件采用上一试验的最佳条件：p f = o 0 4m p ac 尸- - 4 5 ，h o = 9 6 m m ， d 。d o = 0 3 6 1 ，d 。、d o 同时增减。 试验结果列于表3 2 “。从表3 2 可以看出，尽管d 。d o = o 3 6 1 同为一恒 值，但d 。、d o 的同时增减仍显著影响分级性能，随着d u 、d o 同时增加： 沉砂中- 7 6i im 含量显著增加，由4 8 5 均匀增至5 3 6 ，增加5 0 。 溢流中- 7 6ui n 含量先增后减，当d 。d o = 11 3 0 7 时，7 61 ti n 含量最高， 达到9 1 6 。 除1 1 # 外，沉砂的产率、浓度变化不甚明显，循环负荷变化不明显。 分级效率e 及综合指标e e 在d u d o = 1 1 3 0 7 时，同时具有极大值， 此时，e m a x = 5 3 5 1 ，( e ) m “= 4 3 6 5 优化结果：p f = 0 0 4 m p a ，c r 一4 5 。 硕士学位论文 第三章分级试验及结果分析 表3 - 2d i i ，d o 恒值试验结果 沉砂3 2 3 6 7 9 2 75 2 4 入矿1 0 0 0 04 5 5 58 0 0 3 2 3d o 对分级性能的影响 溢流管直径d o 的大小，即影响溢流细度、浓度，又影响处理量，是旋流 器的主要参数之一 试验条件：p r - - 0 0 4 m p a ，d u = 1l m m ，h o = 9 6 m m ，c 产- - 4 5 ，c 尹3 8 - - 4 0 ， d o 为变化参数。试验结果列于表3 3 3 1j 从表3 - 3 可以看出，随着d o 由 2 5 m m 增大到3 8 m m ，相对增幅5 2 ： 溢流产率增加1 6 9 6 ，细度降低3 ，浓度上升2 3 4 ； 沉砂产率下降1 6 9 6 ，合格粒级含量显著下降，由5 4 2 下降到4 9 6 ， 下降4 ，6 ； 循环负荷由5 1 2 2 5 下降到2 3 1 8 5 ，下降2 8 0 4 ； 2 l 分级效率e 在d o = 2 5