旋流器與細(xì)篩聯(lián)合篩選理論分析及應(yīng)用

趙振興 魏煥民 李雪萍

(河北鋼鐵集團(tuán)司家營北區(qū)礦山分公司)

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旋流器與細(xì)篩聯(lián)合篩選理論分析及應(yīng)用

趙振興 魏煥民 李雪萍

(河北鋼鐵集團(tuán)司家營北區(qū)礦山分公司)

為了弄清楚旋流器和高頻細(xì)篩串聯(lián)進(jìn)行分級工藝中，旋流器和細(xì)篩各自起到的作用和分級效率如何分配才能達(dá)到整體分級效率最優(yōu)的效果，通過建立數(shù)質(zhì)量模型、計(jì)算和公式推導(dǎo)，得出了整體分級效率與各自效率的計(jì)算公式，并在研山鐵礦三系列流程調(diào)試中進(jìn)行了驗(yàn)證。通過公式明確了各部分金屬量的關(guān)系，對設(shè)備選型計(jì)算和設(shè)計(jì)具有一定的幫助作用。

旋流器 高頻細(xì)篩 聯(lián)合篩選 最優(yōu)配置

旋流器和細(xì)篩作為分級設(shè)備在各個選礦廠得到了普遍應(yīng)用，旋流器占地面積小，處理量大，分級效率較低，使用成本低；細(xì)篩處理量低，篩分效率高，使用成本高。如何將兩種設(shè)備聯(lián)合使用，發(fā)揮他們的優(yōu)勢，現(xiàn)有少量選礦廠進(jìn)行了嘗試，但均無理論依據(jù)，設(shè)計(jì)亦是模糊計(jì)算，而選礦廠僅靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)試，思路不夠系統(tǒng)和明確。為此，從理論和研山鐵礦三系列現(xiàn)場流程調(diào)試問題處理兩方面進(jìn)行細(xì)致的研究分析，為設(shè)計(jì)和選礦廠調(diào)試提供參考依據(jù)。

1 旋流器與細(xì)篩聯(lián)合篩選理論計(jì)算

一般旋流器與細(xì)篩聯(lián)合分選配置為先用旋流器進(jìn)行分級，旋流器溢流再進(jìn)入高頻細(xì)篩進(jìn)行篩分作業(yè)，細(xì)篩篩下為合格細(xì)粒級進(jìn)入下一工序，旋流器沉砂和高頻細(xì)篩篩上作為粗粒級返回。據(jù)此對該流程建立模型，通過計(jì)算進(jìn)行分析各處量之間的關(guān)系，由于該研究考慮的是流程循環(huán)量，故按量效率計(jì)算。建立數(shù)質(zhì)量模型見圖1。

圖1 旋流器與細(xì)篩聯(lián)合篩選數(shù)質(zhì)量模型

根據(jù)物質(zhì)平衡計(jì)算公式:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

式中，A為旋流器給礦干量；B為旋流器溢流干量；C為旋流器沉砂干量；D為細(xì)篩篩下干量；E為細(xì)篩篩上干量；a為旋流器給礦細(xì)度；b為旋流器溢流細(xì)度；c為旋流器沉砂細(xì)度；d為篩下細(xì)度；e為篩上細(xì)度。

通過計(jì)算得出：①旋流器和細(xì)篩聯(lián)合篩選細(xì)篩篩下D量的影響因素有旋流器效率、細(xì)篩效率、旋流器給礦細(xì)度、細(xì)篩篩下細(xì)度，整體的效率要提高，減小流程循環(huán)量，需要提高旋流器效率和高頻細(xì)篩的效率，降低旋流器給礦細(xì)度；②由于篩片壽命平均為4～6個月，每片篩片4 000元以上，生產(chǎn)中以少使用篩子來節(jié)省成本；③由以上公式可看出，為了效益最大化，旋流器和細(xì)篩的最佳配置應(yīng)是旋流器作為分級設(shè)備，其溢流細(xì)度能夠達(dá)到或接近目標(biāo)細(xì)度要求；而高頻細(xì)篩作為隔粗設(shè)備，把旋流器溢流中少量不合格的粗粒級產(chǎn)品篩選出來，這樣細(xì)篩的處理能力和效率能達(dá)到最大，使細(xì)篩使用臺數(shù)最少；④由于沉砂C和高頻細(xì)篩篩上D作為循環(huán)量返回到流程中，流程循環(huán)量減小，旋流器和細(xì)篩的總給礦量A也會減少。

旋流器的工作原理為離心沉降，流程中有一些較輕的貧連生體或雜質(zhì)進(jìn)入溢流，而較重的單體顆粒進(jìn)入沉砂，是造成旋流器反富集的主要原因，旋流器加細(xì)篩的聯(lián)合篩分，雖然不能解決反富集，但能夠減少旋流器溢流中粗粒級較輕的連生體進(jìn)入到目標(biāo)流程，保證細(xì)度和品位的要求。

2 旋流器和高頻細(xì)篩聯(lián)合篩選應(yīng)用實(shí)例

河北鋼鐵集團(tuán)司家營研山鐵礦三系列為原生礦流程，其設(shè)計(jì)處理能力為年處理原礦485萬t，2014年10月底建成投產(chǎn)，經(jīng)過一個月的調(diào)試，達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，現(xiàn)年處理能力達(dá)540萬t。司家營研山鐵礦三系列工藝流程見圖2。

2.1 生產(chǎn)調(diào)試中遇到的問題

生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)旋流器和細(xì)篩的分級效率偏低，流程循環(huán)量大。其主要問題是：為了提高旋流器的分級效果，旋流器開啟臺數(shù)由4臺增開至6臺，通過給旋流器給礦泵池補(bǔ)加水降低旋流器的給礦濃度，降至45%左右，并提高旋流器給礦泵的轉(zhuǎn)速，保證旋流器壓力穩(wěn)定在140 kPa左右，旋流器的分級效率由日?？疾斓?0%提高到25%左右，但濃縮磁選泵池液位迅速上升，造成濃縮磁選泵池冒礦的問題。

圖2 司家營研山鐵礦三系列工藝流程

2.2 通過旋流器和細(xì)篩聯(lián)合篩選理論分析和解決措施

對流程中旋流器和細(xì)篩聯(lián)合篩選取樣分析發(fā)現(xiàn)，整體效率較低造成了循環(huán)量越來越大，旋流器給礦濃度升高，此時為了不無限擴(kuò)大，旋流器變成了直通器，給礦細(xì)度基本和溢流細(xì)度、沉砂細(xì)度相同，僅通過細(xì)篩進(jìn)行分級作業(yè)。

通過數(shù)質(zhì)量流程圖分析，明確了各部分礦漿量的關(guān)系。在此流程調(diào)整中，旋流器加篩子的流程為了提高整體分級效率，應(yīng)該提高旋流器和細(xì)篩各自的效率。具體解決措施為：通過降低旋流器給礦濃度，多開旋流器，提高旋流器溢流細(xì)度。發(fā)生濃縮泵池冒礦，就需要考慮濃縮工藝能力的問題?，F(xiàn)有濃縮磁選機(jī)設(shè)備能力為420～640 t/h，廠房占地面積有限，計(jì)劃使用占地面積較小的旋流器代替濃縮磁選，即流程改造為：濃縮磁選給礦打入濃縮旋流器，旋流器溢流進(jìn)入濃縮磁選機(jī)，旋流器沉砂和濃縮磁選精礦合并進(jìn)入2段球磨機(jī)。

2.3 現(xiàn)場試驗(yàn)

4月16日，把濃縮磁選泵電機(jī)由315 kW更換成400 kW，泵型號為200-ZJ-A75，但處理量仍不夠，濃縮磁選泵運(yùn)轉(zhuǎn)了2臺(設(shè)計(jì)1開1備)，現(xiàn)場進(jìn)行了初試驗(yàn)，驗(yàn)證旋流器和篩子串聯(lián)流程受局限的根本原因。

現(xiàn)場工藝進(jìn)行了調(diào)整：三系列2段旋流器由4臺開至6臺，并給2段旋流器給礦泵池進(jìn)行補(bǔ)加水，降低到合適的旋流器給料濃度，2段旋流器壓力維持在120 kPa，濃縮磁選泵池礦漿量較大，濃縮磁選泵運(yùn)轉(zhuǎn)2臺，1臺給入濃縮旋流器，壓力90 kPa，另外1臺給入濃縮磁選，旋流器溢流給入濃縮磁選機(jī)，濃縮磁選機(jī)精礦和旋流器沉砂進(jìn)入2段球磨。調(diào)整后分別于12：00、17：00、23：00進(jìn)行了取樣，調(diào)整后試驗(yàn)數(shù)據(jù)及調(diào)整后細(xì)篩生產(chǎn)數(shù)據(jù)分別見表1、表2。

表1 調(diào)整后試驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表1可知，2段旋流器的分級效率逐漸提高，而且生產(chǎn)平穩(wěn)，臺時量逐漸增加；由于濃縮磁選泵的問題，旋流器給礦濃度未降低到合適濃度40%～45%，稍微偏高。

表2 調(diào)整后細(xì)篩生產(chǎn)數(shù)據(jù) %

由表2可知，通過調(diào)整后細(xì)篩的給礦濃度降低，細(xì)篩的給礦細(xì)度降低，細(xì)篩的篩分效率達(dá)到了75.80%，是自三系列生產(chǎn)以來的最高水平。對濃縮旋流器和濃縮磁選機(jī)精礦取樣，取樣數(shù)據(jù)見表3，設(shè)計(jì)及之前流程考察數(shù)據(jù)對比見表4。

表3 濃縮旋流器和濃縮磁選精礦生產(chǎn)數(shù)據(jù) %

由表3可知，旋流器沉砂濃度達(dá)到82.80%，濃縮磁選機(jī)精礦濃度達(dá)到73.36%，均滿足或高于2段球磨需要的磨礦濃度73%，2磨磨礦濃度有了調(diào)整空間。

表4 設(shè)計(jì)及之前流程考察數(shù)據(jù)對比結(jié)果 %

注：原設(shè)計(jì)細(xì)篩篩下-0.074 mm粒級含量為80%～90%，總體量效率為38.93%。

由表4可知，試驗(yàn)總體效率超過了設(shè)計(jì)值和之前的流程考察數(shù)據(jù)，說明此次試驗(yàn)是成功的，能夠有效減少2段旋流器和篩子分級效果不好而影響循環(huán)量的問題，提高了三系列的處理能力。

2.4 下一步調(diào)整方向。

旋流器溢流和高頻細(xì)篩聯(lián)合篩選，有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)運(yùn)營成本較少。旋流器溢流進(jìn)入細(xì)篩，減少了細(xì)篩給礦中粗粒的雜質(zhì)或鐵器、鋼球等雜質(zhì)進(jìn)入細(xì)篩，避免對篩面的劃損。研山鐵礦三系列自2014年10月運(yùn)行以來，篩片破損較少，使用國產(chǎn)篩片壽命達(dá)到近2 a，目前篩片未大量更換。

(2)能夠保證細(xì)度和品位的要求。避免了單獨(dú)使用旋流器因反富集需要提高溢流細(xì)度目標(biāo)的要求，及單獨(dú)使用細(xì)篩臺數(shù)巨大的要求。

現(xiàn)場試驗(yàn)通過提高旋流器和篩子的效率提高了整體效率，但試驗(yàn)旋流器溢流細(xì)度僅為-0.074 mm 65%，遠(yuǎn)小于目標(biāo)細(xì)度-0.074 mm 85%。因此選擇合適的旋流器或者通過調(diào)整旋流器溢流管、沉砂嘴尺寸以提高旋流器溢流細(xì)度，是下一步需要開展的工作。屆時高頻細(xì)篩的使用臺數(shù)則會減少很多，費(fèi)用將降低。

3 結(jié) 語

通過計(jì)算和流程調(diào)試中的實(shí)踐操作，對旋流器和細(xì)篩串聯(lián)的分級效率關(guān)系進(jìn)行了細(xì)致的論證。解決了設(shè)計(jì)過程中無詳細(xì)設(shè)計(jì)、流程計(jì)算和調(diào)試過程中思路不清晰的問題。通過研究得出結(jié)論：旋流器和細(xì)篩聯(lián)合篩選考慮到投資最小和效益最大化，選型思路為旋流器作為主要分級設(shè)備，溢流細(xì)度能夠達(dá)到或接近目標(biāo)細(xì)度要求；而高頻細(xì)篩作為隔粗設(shè)備，把旋流器溢流中少量不合格粗粒級產(chǎn)品篩選出來，這樣高頻細(xì)篩的使用臺數(shù)最小，設(shè)備投入較少，而總體分級效率最高。

Theoretical Analysis and Applications of Unite Screening with Hydrocyclone and Fine Screen

Zhao Zhenxing Wei Huanmin Li Xueping

(Hebei Iron and Steel Group, Sijiaying North District Mining Branch)

To find out the function of cyclone and fine sieve respectively in cyclone and fine sieve in series to screening process and how to distribute classification efficiency in order to reach whole optimum classification efficiency, by establish several quality model, through the calculation and formula derivation, the overall classification efficiency and their respective efficiency calculation formula were obtained, the formula was verified in three series process debugging of Yanshan Iron Mine. Relationship among each part of metal amount was unequivocal by formula, results has a certain help in equipment type selection calculation and design.

Hydrocyclone， High frequency fine screen， Unite screening， Optimal configuration

2016-09-26)

趙振興(1986—)，男，副主任，工程師，063700 河北省唐山市灤縣響堂鎮(zhèn)。