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(shè)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(jié)構(gòu)簡單、占地面積小，處理能力是自動溜槽的數(shù)倍[2]。是一種處理微細粒礦泥的有效設(shè)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(lián)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(diào)節(jié)，生產(chǎn)過程為間斷作業(yè)，不能連續(xù)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(shè)計和制作了一臺小型立式離心選礦機。它由分選轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)速。分選轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(huán)形，外環(huán)直徑為40 cm，內(nèi)環(huán)直徑為30 cm，內(nèi)環(huán)壁高度為6 cm，外環(huán)壁高度為20 cm。特殊設(shè)計的移動接礦槽長度約為分選轉(zhuǎn)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(tǒng)。在備用分選轉(zhuǎn)鼓內(nèi)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(nèi)壁上，等樹脂固化干燥后，將轉(zhuǎn)鼓內(nèi)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(jié)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(diào)漿，根據(jù)實驗所需，對各個分選參數(shù)進行調(diào)整。將移動接礦槽接出的產(chǎn)品過濾、烘干和稱重，并計算其產(chǎn)率。

2 實驗結(jié)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(shè)備，調(diào)節(jié)變頻器使分選轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速為672 r/min，分選轉(zhuǎn)鼓穩(wěn)定運行后，從分選轉(zhuǎn)鼓的中心勻速給入礦漿，待礦漿給入完畢，從分選轉(zhuǎn)鼓的中心加入適量的洗滌水，清洗分選轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁，待分選轉(zhuǎn)鼓上的礦漿排干，停止給入洗滌水。待設(shè)備停止運轉(zhuǎn)后，將移動接礦槽接出的產(chǎn)品過濾、烘干、稱重，并計算產(chǎn)率。改變移動接礦槽的位置進行5 次上述實驗，結(jié)果見表2。

表2 中心給礦實驗結(jié)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(zhuǎn)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(guān)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(zhuǎn)鼓直徑[15]。

2.1.2 轉(zhuǎn)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(shè)備，調(diào)節(jié)變頻器使分選轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速為672 r/min，分選轉(zhuǎn)鼓穩(wěn)定運行后，從分選轉(zhuǎn)鼓距離大頭端深度3 cm 處均勻給入礦漿，從分選轉(zhuǎn)鼓的中心加入適量的洗滌水，清洗分選轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁，待分選轉(zhuǎn)鼓上的礦漿排干，停止給入洗滌水。待設(shè)備停止運轉(zhuǎn)后，將移動接礦槽接出的產(chǎn)品過濾、烘干、稱重，并計算產(chǎn)率。改變移動接礦槽的位置進行5 次實驗，其結(jié)果見表3。

表3 邊上給礦實驗結(jié)果Table 3 Test results of edge feed

由表3 可知，當從轉(zhuǎn)鼓側(cè)邊給礦時，礦漿不是從分選轉(zhuǎn)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(zhuǎn)鼓運動一周時，在圓周的某一段弧長內(nèi)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(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)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(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上運動螺旋線及其最遠端集中排礦點。其實驗結(jié)果見表4 ～ 6。

表4 +45 μm 粒級石英砂實驗結(jié)果Table 4 Test results of +45 μm class quartz

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

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

由上述三個表的數(shù)據(jù)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(guān)，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(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)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(jié)果見表7、8。

表7 給礦濃度為25%實驗結(jié)果Table 7 Test results of 25% density feed

表8 給礦濃度為16.67%實驗結(jié)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(zhuǎn)鼓內(nèi)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(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)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(jié)果見表9 ～ 11。

表9 大給礦量實驗結(jié)果Table 9 Test results of large-scale feed

表10 中給礦量實驗結(jié)果Table 10 Test results of middle-scale feed

表11 小給礦量實驗結(jié)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(nèi)，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(zhì)，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(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)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(jié)果見表12、13。

表12 1200 mL/min 洗滌水實驗結(jié)果Table 12 Test results at 1200 mL/min washing water

表13 2400 mL/min 洗滌水實驗結(jié)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(guān)系。

2.2.5 轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速

轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)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(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速分別設(shè)定為（532 和784）r/min，實驗結(jié)果見表14、15。

表14 轉(zhuǎn)速為532 r/min 實驗結(jié)果Table14 Test results at 532 r/min speed

表15 轉(zhuǎn)速為784 r/min 實驗結(jié)果Table 15 Test results at 784 r/min speed

由上述結(jié)果可知，在一定范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速越大， 95%排礦量點距離給礦點也越遠。

2.2.6 轉(zhuǎn)鼓粗糙度

離心選礦機實質(zhì)上是一種斜面流膜選礦設(shè)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(zhuǎn)鼓進行了轉(zhuǎn)鼓粗糙度實驗[14-18]。固定條件為，給礦深度為5 cm，分選轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)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(jié)果見表16。

表16 石英砂涂層分選轉(zhuǎn)鼓實驗結(jié)果Table16 Test results of quartz sand coating drum

由上表可知，用石英砂涂層的分選轉(zhuǎn)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(jīng)石英砂涂層的分選轉(zhuǎn)鼓時，其L=28.7 cm。

3 結(jié) 論

（1）在向分選轉(zhuǎn)鼓中心給礦時，分選轉(zhuǎn)鼓不同位置上的排礦量基本上相等的；而從轉(zhuǎn)鼓側(cè)邊給礦時，礦漿不是從分選轉(zhuǎn)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(zhuǎn)鼓側(cè)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(zhuǎn)速和分選轉(zhuǎn)鼓粗糙度成正相關(guān)關(guān)系，與給礦粒度、給礦濃度和給礦量成反相關(guān)關(guān)系[21]。