jjf-130大型机械搅拌式浮选机研究与设计

1、 矿冶第 17 卷 第 4 期2008 年 12 月 Vol. 17, No. 4M INING & M ET ALLURGYDecember2008文章编号: 1005- 7854( 2008) 04- 0081- 04JJF- 130 大型机械搅拌式浮选机研究与设计 沈政昌, 卢世杰, 陈东, 杨丽君, 史帅星( 北京矿冶研究总院, 北京 100044)摘 要: 本文叙述了大型浮选机的发展, 高效节能、大型化、自动化程度高的浮选设备已成为国内外发展趋势。分析了 JJF- 130 大型自吸式浮选机研制过程中要解决的关键技术, 详细阐述了在设计过程中整机的主要结构和参数的选择, 以及槽体、叶轮

2、、定子分散罩、泡沫槽等关键部件的结构和参数选择。通过浮选动力学试验和矿浆试验验证了浮选机整机性能, 在试验期间设备运行平稳, 泡沫层稳定, 没有翻花、沉槽现象, 泡沫层厚度可根据工业要求进行调节, 液位自动控制系统工作正常, 控制精度满足工艺要求, 浮选效果优于国外某品牌同类型同容积浮选机。 关键词: 浮选机; 槽体; 叶轮; 定子; 工业试验 中图分类号: TD456 文献标识码: ARESEARCH AND DESIGN OF JJF- 130 FLOT AT ION MACHINESH EN Zheng-chang , L U Shi-ji e, CH EN Dong, YA N G L

3、 i-j un, SHI Shuai-x ing( Beij ing Gener al Research Institute of M ining and Metallurgy, Beij ing 100044, China)ABSTRACT: High eff iciency , energy sav ing, large, a hig h degree of automation of the flot at ion devices at home and abroad has become the development t rend. T he key technology of th

4、e JJF- 130 is analyzed, including the cell, impeller, stator, foam launder1 Throug h the flot ation dynam ics test and pulp test , the f lotat ion machine performance is verified1 During the t rial, the operation of equipment is smooth, the foam layer is stable, the foam thickness can be adjusted in

5、 accordance w it h industry requirements, the level automatic control system is g ood, the control accuracy meet the technological requirements, the flotat ion performance of the machine is be-tter than that of the foreign flotation machine1KEY WORDS: flot at ion m achine; cell; impeller; stator;ind

6、ustrial test格为 28 m 3。JJF - 130 型浮选机是我院目前试制的最大的自吸气机械搅拌式浮选机。JJF- 130 型浮选机工业试验在铜都铜业集团公司冬瓜山选矿厂进 行,试验取得了满意的结果。 在矿物加工领域浮选机是选别矿物原料最重要 的选别设备之一。随着矿产资源日趋贫乏、复杂以 及科学技术的迅猛发展和国际市场的激烈竞争, 选厂的规模日益扩大, 高效节能、大型化、自动化程度高的选矿设备已成为最近几年国内外的研究重点, 很多都在国内外的选矿实践中得到推广应用并取得 了较好的效果。JJF 型浮选机是北京矿冶研究总院于 20 世纪 80 年代研制的自吸气式机械搅拌浮选设备, 广泛

7、应用于有色金属、黑色金属及非金属矿山企业的选别作业, 设备性能可靠, 已投入生产的最大规 1浮选机的结构和工作原理JJF- 130m3 大型机械搅拌式浮选机是在以往中、小型浮选机, 特别是在JJF- 16、JJF - 20、JJF - 24、JJF - 28 等浮选机研究和应用的基础上, 针对超大型浮选机流体动力学的特殊规律, 分析了超大型浮选机槽内不同粒级矿物与气泡的碰撞、粘附、脱落 的过程及影响这些过程的原因和如何防止浮选过程 短路、提高气体分散度并保证气泡与矿浆均匀混合 收稿日期: 2008- 04- 30作者简介: 沈政昌, 教授, 主要从事选矿设备的研究工作。 82 #矿冶等问题后研

8、制成功的。图 1 给出了JJF- 130 型浮选机的结构图, 核心部分由假底、导流筒、叶轮、定 子、分散罩、推泡锥、主轴、轴承体和槽体等组成。 形, 有利于粗重矿粒向槽中心移动以便返回叶轮区再循环, 减少矿浆短路现象。并且在浮选槽内增加折流板, 提高矿浆表面的稳定性, 防止矿浆在槽内打转, 保证浮选的有利环境。 212 泡沫槽设计在浮选机的设计过程中, 要考虑到泡沫的特性, 设计一个良好的泡沫溢流设备, 直接关系到浮选目的矿物的工艺指标。对于大型浮选机要考虑到泡沫 输送距离、泡沫水平方向的流动速度以及泡沫整体 的均匀运动。 相对于中小型浮选机, 大型浮选机的体积、泡沫表面积相对来说都较大, 并

9、且泡沫的输送距离相对较长; 局部泡沫停滞也是设计过程要考虑到的一个问题, 如果中部泡沫停滞, 靠近泡沫槽边缘的泡沫就易于流动, 并且溢流出去的泡沫都是新生的白色泡沫, 对指标会有一定的影响。 本次设计充分考虑了上述问题, 在设计中采用了周边溢流方式和锥形推泡器加速泡沫的流动。采 用周边溢流方式利用矿浆的自然流动方向, 加速泡沫的溢流, 提高浮选速度; 矿浆流在向上流动过程中, 碰到锥形推泡器会改变流向, 向上流变成了水平流, 这样就加速了泡沫的水平流动, 缩短了泡沫的驻留时间, 并且锥形推泡器和泡沫槽会降低泡沫表面积, 相应增加泡沫层的厚度, 有利于泡沫的二次富集, 提高泡沫的品位。 213

10、叶轮设计叶轮是机械搅拌式浮选机最主要的部件之一, 它担负着搅拌矿浆、循环矿浆、自吸空气和分散空气 的作用。JJF- 130 浮选机的叶轮为: 星形叶轮, 径向倒角叶片。 确定叶轮结构参数是一个复杂的过程, 需要进行大量的试验才能逐步取得合理的参数。在给定槽 容积的情况下, 转子机构一般将决定所必需的吸气能力和矿浆循环能力。在给定功率情况下, 转子纵横比( 长度/ 直径) 将影响转子的吸气能力和矿浆循环能力。如果纵横比太小, 空气吸入量将超过循环量, 而如果比率太大, 则相反。系统的水力学试验断定, 从空气吸入和矿浆循环的观点来看, 转子的纵横比接近 110 是最佳的。 为了找出JJF- 130

11、 型浮选机合理的叶轮结构参数, 进行了试验。试验中保持吸气量和叶轮直径不变, 改变叶轮线速度。最终确定了JJF- 130 型浮选机的叶轮结构参数。 214 定子设计图 1 JJF- 130 型浮选机结构简图Fig1 1 JJF - 130 flotation machine str ucture浮选机的工作原理是: 叶轮旋转时, 使叶轮附近的矿浆产生液体漩涡, 这个漩涡的气液界面向上扩展到竖筒的内壁, 向下穿过叶轮的中心延伸到导流管, 在漩涡中心形成负压区, 其负压大小主要取决叶轮转速和叶轮浸没深度。由于竖筒与周围的大气相 通, 漩涡产生的负压使空气吸入竖筒和叶轮中心, 完成了吸气作用。与此同

12、时, 矿浆从槽子底部通过导流管向上进入叶轮叶片之间的空间, 与吸入到叶轮中心的空气混合。三相混合物以较大的切向及径向 动量离开径向叶轮叶片, 通过定子上的通道时, 切向部分转变为径向, 同时产生一个局部湍流场, 使空气与矿浆进一步混合。三相混合物离开定子后进入浮 选区, 浮选分离过程就在该区内完成, 矿化气泡上升 到泡沫区, 剩下的矿浆向下返回到槽底进入再循环。2浮选机结构参数的设计研究JJF- 130m3 大型浮选机的研制的关键问题在于设计可达到和满足所需流体动力学状态的叶轮- 定子系统和槽体结构, 因此设计重点应放在槽体、泡沫槽、叶轮和定子上。 211槽体设计目前, 国内外大型机械搅拌式浮

13、选设备都采用圆柱形槽体, 其对称性可提高充气的分散度和矿浆表面的平稳度, 可改善浮选机的效率。为避免槽底矿砂堆积, JJF- 130 型浮选机将槽底设计为锥底 83 #沈政昌等: JJF- 130 大型机械搅拌式浮选机研究与设计 浮选槽内吸气- 搅拌区需要较强的混合, 矿浆处于紊流状态, 雷诺数一般大于 104, 而分离区和泡沫区又需要相对稳定, 因此定子必须能够将叶轮产生的切向旋转的矿浆流转化为径向矿浆流, 防止矿浆在浮选槽中打旋, 促进稳定的泡沫层的形成, 并有助于矿浆在槽内进行再循环。其次, 在叶轮周围和定子间产生一个强烈的剪力环形区, 促进细小气泡的形成。本设计中采用了悬挂式鼠笼定子,

14、 安装在叶轮上方, 由螺栓固定在竖筒底部。 定子设计中考虑的两个主要因素是: ( a) 定子与槽体的距离; ( b) 定子通道面积的大小。 在叶轮机构运转中, 三相流体离开定子, 带有较大的动量径向地撞击到槽壁上, 因此槽壁的位置将影响到三相流体的运动。在给定转速和浸没深度条 件下, 距离太小, 会引起吸气量和循环量二者减小, 槽边也可能出现翻花; 距离太大, 通过定子的三相矿浆又甩不到槽边, 气泡分散度不好。定子上通道面积对吸气量和液面稳定性有一定影响, 通道面积过小, 甩出矿流所受到的阻力增大, 将引起吸气量减小。通道面积过大, 虽然吸气量显著增加, 但液面不稳。 良好的浮选环境。分散罩的

15、作用就是稳定矿浆液面, 维持一个相对静止的分离区, 完成矿浆由强烈混合区过渡到相对静止的分离区, 从而使矿化气泡能比较均匀的上升到泡沫区。分散罩固定在定子的上 沿,锥度为 90b。 3矿浆液位测量控制系统的研究JJF- 130 型浮选机是目前国内容积最大的自吸机械搅拌式浮选机, 由于采用自流式泡沫槽, 所以对其矿浆液面更要严格要求, 必须配置相应的自动控制装置, 才能满足生产工艺要求, 提高选矿指标。液位控制系统由液位变送器、控制器、气动执行机构、排矿阀等部分组成。浮选槽液面的高低由液位变送器检测后转换为 4 20mA 标准信号, 送控制器显示出液位值, 并与设定值进行比较, 根据差值的方向和

16、大小, 输出相应的控制信号, 送至气动执行机 构, 调节排矿阀门作相应的变化, 使矿浆液面维持在设定值。 4工业试验在设计出浮选机后, 通过浮选机动力学性能试验和最终的矿浆试验, 对结构和参数进行有针对性调整, 使其达到最优, 最终设计出定型产品。 411 浮选动力学试验在进行动力学试验之前, 分别在三种叶轮转速( 100、105、111r/ min) 和四种叶轮浸没深度条件下进行功率和吸气量的测定, 并根据表面现象确定最佳转速和浸没深度, 最后在该条件下进行动力学试验。试验数据见表 1、2122。 浮选槽内的流体动力动比较复杂, 影响的因素较多, 流体通过定子通道的径向速度难以依据理论计算来

17、确定, 因此定子至槽壁的距离以及定子通道面积的大小, 就有待于通过试验, 从吸气量、循环量、液面稳定性等各方面兼顾考虑, 适当的确定其数值。 215分散罩设计130m3 浮选机叶轮安装位置较高, 浸没深度较浅, 矿浆甩出后容易引起矿浆表面的波动, 不能保证表 1 不同转速、不同浸没深度的吸气量及功率T able 1 Suction gas quantity and power with different rotating speeds, different immersion depths吸气量/ ( m3#m- 2#min- 1) 及功率/ kW浸没深度/ mm510460410360转速

18、/ ( r#min- 1)吸气量功率吸气量功率吸气量功率吸气量功率100105110017811041125821 1961 812201911151136791 4941 2114110511211149761 5901 81111112113111627412881410411表 2 矿浆中动力学试验数据T able 2 Dynamic test data in pulp从表 1、2 数据可得出如下基本结论: 根据空气分散情况判断, 以 105r/ min、浸没深度 510mm 为最佳条件; 浮选机主轴实际消耗功率均未超过125kW, 达到了设计要求; 浮选机空气分散比较均匀; 设备运转平

19、稳可靠, 未出现异常。 412 矿浆试验序号1234吸气量/ ( m3#m- 2#min- 1)空气分散度电机功率/ kW017831501041 2018631611001301953145981 511043128961 8 空气保有量/ %121 6131 5141 80151 50 84 #矿冶本试验在铜硫分离浮选段第三槽进行, 以JJF- 130 浮选机代替原冬瓜山铜矿采用的国外某品牌同类型同容积的浮选机, 并考察 JJF- 130 浮选机的单槽浮选效果, 与国外某品牌同类型同容积浮选机的浮选指标进行了比较。由于两种浮选机考核时, 原矿性质变化太大, 原、精、尾矿的品位和目的矿物的回

20、收率可比性较差, 因此本试验通过计算两种浮选机的浮选效率来比较两种浮选设备的浮选效果。 JJF- 130 浮选机从 2006 年 10 月投产应用, 经过流程调试、设备调试阶段后, 进入工业试验阶段。结果表明, 在相同的浮选作业中, JJF- 130 浮选机与国外某品牌浮选机相比, 在原矿品位相当的情况下, 精矿品位高 0122% , 尾矿品位低 0107%, 回收率高 3182% , 浮选效率高 3170% , 浮选机浮选性能优 于国外某品牌浮选机。 5结语JJF- 130 型浮选机可广泛应用于有色、黑色及非金属矿物的选别。该设备的研制成功丰富了我国 的超大型选矿设备的研究, 将极大地促进我

21、国的选矿科技进步。试验期间设备运行平稳, 泡沫层稳定, 没有翻花、沉槽现象, 泡沫层厚度可根据工业要求进行调节, 液位自动控制系统工作正常, 控制精度满足工艺要求, 浮选效果优于国外某品牌同类型同容积浮选机。 参考文献:112 福尔斯特瑙 M C1 浮选 M 1 北京: 冶金工业19821122 北京矿冶研究总院1JJF - 130 浮选机工业试验研究报告 R1 北京: 北京矿冶研究总院, 20071,( 上接第 76 页)4结论( 1) 改性粉煤灰确有较高的吸附活性, 可作为废参考文献:112 于鑫, 刘心悦1 粉煤灰对矿井水中重金属离子的吸附研究 J 1 煤矿环境保护, 1998, 12( 4) : 17- 201122 何水清1 粉煤灰处理废水的机理与应用 J 1 中国资源 综合利用, 2001( 6) : 13- 151132 陈泉水1