浅析我国大型浮选机工业选型中几个问题.pdf

2 0 1 3 年增刊有色金属 选矿部分 1 9 9 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 3 ．Z 1 ．0 5 0 浅析我国大型浮选机工业选型中几个问题 史帅星，张跃军，韩登峰，谭明 北京矿冶研究总院，北京1 0 0 1 6 0 摘要浮选设备作为选矿厂的主体设备之一，其选型的好坏直接影响选矿技术经济指标。近年来，浮选机选型技术 无法满足浮选机大型化技术发展要求，制约了大型浮选机工程化进度。传统选型方法未充分考虑试验用浮选机搅拌雷诺数、 充气速率测试、转速等流体动力学特性对浮选机选型的影响。结合大型浮选机特性阐述大型浮选机选型过程中的几个问题， 指出应研制开发与工业应用浮选机机型相同的小型试验浮选机，并采用该型号的浮选机进行小型试验或者连选试验，在优化 工艺药剂条件的同时，强化浮选机操作参数条件试验，才能为大型浮选机选型提供准确的数据支撑。 关键词大型浮选机；工业选型 中图分类号T D 4 5 6文献标志码A文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 1 3 S 0 - 0 1 9 9 0 3 随着全球经济发展对矿物原料质量、数量要求 的不断增长和矿产资源日趋贫杂，选矿厂的规模日 益扩大，采用高效节能、大型化、自动化程度高的 浮选设备，可显著提高选矿处理能力和技术指标， 降低能量消耗，获得更高的经济效益，增强企业的 竞争能力。大型浮选设备的研究开发已成为国际潮 流。国外的浮选设备已实现了大型化、高效化、多 样化和自动化，浮选机单槽容积达到3 0 0m 3 也已 经投入工业实践。大型浮选机以其高效率和低能 耗，在国内外得到广泛应用，极大地提高了资源综 合利用率，取得了较好效果。 大型浮选机带来高效益的同时，也产生了一系 列的问题。虽然工作原理与小型浮选机相似，但在 机械结构、矿浆停留时问分布、泡沫出流方式、液 位控制技术、作业台数和作业配置方式等方面存在 着较大的差别。多方面的不同决定了大型浮选机的 选型与小型浮选机选型不能按同一种方法处理。浮 选槽内矿浆停留时间分布是浮选机选型最主要的参 数之一。2 0 0 2 年D ．L e l i n s k i ，J ．A l l e n ，L ．R e d d e n ， A ．W e b e r 等人以D o r r O l i v e r1 4 8m 3 ；W E M C O 1 6 0m 3 ，和O u t o k u m p u1 6 0m 3 为研究对象[ 1 ] ，分 析了矿浆在浮选机内的停留时间分布，认为浮选机 内存在死区。2 0 0 7 年沈政昌分析了K Y F 一1 6 0 浮选 机浮选动力环境，利用矿浆试验和C F D 仿真技术 研究了浮选机流体动力学运行状态，分析了大型浮 选机的放大方法[ 2 ] 。2 0 0 9 年杨丽君等提出了一种 大型浮选机的评价方法[ 3 ] ，认为1 台1 6 0m 3 浮选 机容积与7 台1 6m 3 浮选机的选矿指标相当，为参 照小型浮选机实践数据进行大型浮选机的选型提出 了一种方法。 这些研究的结果表明，小型浮选机与大型浮选 机存在明显的区别，两者的选型既具有一定的相关 性，又有显著的不同。需要探索一种针对大型浮选 机的选型方法来满足选厂设计和生产的需要。 1浮选机工业选型的现状 1 ．1 常规浮选机的选型程序 常规的浮选机选型思路一般分三步走选取代 表性矿物进行小型试验，确定基本的选矿工艺条 件；进行扩大连选试验，优化选别工艺条件；根据 浮选时间经验放大系数，确定工业型浮选机的容积 和数量。一部分的选矿项目由于相关类似工业实 践，而省去了第二项内容中的连选扩大试验，直接 由小型浮选试验根据相关经验确定工业选型方案。 1 ．2 常规浮选机选型的存在的不足 常规的选矿试验重点关注两方面的因素矿石 性质 如矿物的组成、粒度分布、形状、矿物的可 浮性 和浮选环境 药剂用量、p H 值、浮选时间、 矿浆浓度和温度等 。通常存在三个方面的缺失 1 浮选机搅拌转速没有作为必要的参数进行 全方面试验； 2 浮选机充气速率没有作为必要的参数进行 收稿日期2 0 1 3 1 0 2 5 作者简介史帅星 1 9 7 7 一 ，男，河南汝州人，硕士，高级工程师，从事矿物加工设备及工程转化方面的研究。 万方数据 2 ∞有色金属 选矿部分 2 0 1 3 年增刊 全方面试验； 3 没有考虑小型试验浮选机是否与工业型浮 选机的匹配。 2 0 0 2 年曾克文研究了搅拌雷诺数对浮选机选 矿性能的影响[ 4 ] ，以包头钢铁公司铁精矿反浮选脱 氟和中州铝业公司的正浮选铝土矿为试验工艺流 程，固定选矿工艺参数不变，分别改变不同的浮选 机转速，在1 2 L 浮选机中对实际矿石浮选试验。研 究结果表明当矿浆紊流强度 叶轮搅拌雷诺数 较 低时，随紊流强度增加，萤石泡沫精矿的产率、回 收率逐渐增加，当紊流强度达到0 ．3 2 x 1 0 6 时，浮选 指标最佳，紊流强度增加时，萤石品位和回收率都 下降，降低了反浮选脱氟效果。用郑州中州铝厂铝 土矿进行正浮选过程紊流强度对浮选影响的试验， 结果类似萤石浮选，浮选最佳值出现在中等紊流强 度0 ．2 9 x 1 0 6 。实际矿石浮选试验表明，紊流强度过 大对粗颗粒浮选不利。紊流强度对浮选有双重作 用，紊流强度低时，有利于泡沫稳定，矿粒不易从 气泡上脱落，但太低，不利于矿粒与气泡发生碰撞 黏附和矿粒悬浮。紊流强度高时，有利于矿粒与气 泡发生碰撞粘附和矿粒悬浮，但太高，易造成矿粒 从气泡上脱附，所以选取最佳的紊流条件是浮选的 关键。 空气是浮选机最廉价同时也是最重要的药剂之 一。充气速率大小会影响浮选机选别性能的好坏。 对于外加充气机械搅拌浮选机 例如K Y F 型浮选 机 ，如果待选矿石的充气量不能确定，一方面可 能导致配套风机选型过大，增加了选厂能量的消 耗，而且大风机在小流量下工作不利于风机的使 用；反过来风机选型过小，影响浮选机的正常生 产，浮选机的选矿效果不能完全发挥。而对于自吸 气浮选机 B F 或者J J F 型浮选机 ，如果待选矿石 对充气量特别敏感，浮选过程将变得难以操作。 现如今使用的小型试验浮选机，是2 0 世纪5 0 7 0 年代占据国内矿山主流机型的前苏联A 型浮选 机而相应发展起来的，是为当时的生产服务的。进 入2 0 世纪8 0 年代，A 型浮选机大部分被B G R I M M 系列浮选机取代，但2 0 多年过去了，小型浮选试 验的浮选机型并没有根据现实情况能发生很大变 化。B G R I M M 同规格小型试验浮选机没有得到普遍 使用。 以上所述的不利因素，与浮选技术的发展程度 愈来愈不适应，需要即时改进，才能促进选矿技术 进一步提高。 2 大型浮选机选型时的考虑 2 0 0 8 年3 2 台K Y F 一1 6 0 在中国黄金集团乌奴格 吐山矿一期项目投入运行，2 0 0 9 年1 8 台K Y F 一2 0 0 在德兴铜矿大山选厂投入运行，2 0 1 2 年7 月1 6 台 K Y F 一3 2 0 浮选机中国黄金集团乌奴格吐山矿二期 项目成功使用。这些高效节能、大型化、自动化程 度高的大型浮选机的应用，不仅推动了选矿技术的 进步，同时也带来了较大的经济效益。但在项目之 初的设备选型由于数据支撑的缺失存在较大的难 度。通过这几年的工程实践，我们认为大型浮选机 在选型时应考虑以下主要内容 2 ．1 短路情况 小型浮选机的矿浆短路情况存在，常年的选矿 实践对每个作业浮选机数量有不少于6 槽的限制。 W E M C O1 6 0m 3 浮选机在7 ％左右死区，D o r r O l i v e r1 4 8m 3 浮选机存在3 5 ％2 皇右死区，O u t o k u m p u 1 6 0r n 3 浮选机存在4 5 ％左右死区E 川。该数据虽然 存在争议，但在一定程度反映了浮选机短路的存在。 虽然短路隋况的存在，但大型浮选机由于通过 的矿浆量大，单槽的泡沫产率大，为了流程能够平 衡和便于控制，大型浮选机关于限定槽数的概念也 在开始变化，目前粗一扫选浮选槽少于6 槽的大型 选矿厂已有不少实例。单槽和双槽的配置也已经出 现。所以在确定每系列浮选槽的槽数时，应视浮选 机的规格、浮选时间等因素不同，参照类似企业实 例选定。 2 ．2 浮选时间 工业选型用的浮选时间需要考虑放大系数和浮 选机内矿浆停留时间两方面因素 2 ．2 ．1 放大系数 根据小型试验确定的浮选时间，对于采用容积 小于3 0m 3 的浮选机，时间放大系数在1 ．5 ～2 ．5 。 而大型浮选机由于短路的情况应该有所放大，其值 视不同矿物而定，一般应不小于3 。 2 ．2 ．2 浮选机内矿浆停留时间 矿浆时间动态计算小型浮选机浮选时间一般为 一个作业总容积除以作业第一槽的给矿体积量。而 作为大型浮选机尤其超大型浮选机，一个浮选作业 有单槽或者两槽组成，每个浮选槽泡沫产率较大。 对于双槽的作业来说，其第二槽的给矿体积量应该 减去第一槽的泡沫量，而不能按照作业第一次槽的 给矿体积量计算。大型浮选机矿浆时间动态计算模 万方数据 2 0 1 3 年增刊史帅星等浅析我国大型浮选机工业选型中几个问题 2 0 1 型如图1 所示。假设，某一台浮选机的给 矿浆量为 Q i Q ／i l - Q 。“ 1 式中Q ，广一某台浮选机的给料体积流量， m 3 ／m i n ； 一 q , - i 前一台浮选机的给料体积流量， m 3 ／m i n ； Q 州前一台浮选机的泡沫体积流量， m S ／m i n o 图1 矿浆停留时间动态计算模型 该浮选作业的矿浆实际停留时间计算公式 式中．卜叶轮搅拌雷诺数，系列设计中为常数； 伊～叶轮直径； n 一叶轮转速； 形～槽宽； ￡一槽长； r 矿浆黏度； 旷矿浆密度。 由上式可以看出，叶轮转速在浮选机设计的中 重要性，需要根据矿浆密度和黏度分别考虑。这在 大型浮选机选型试验中必须进行。 另外从充气速率方面考虑，大型选矿厂如果采 用大型的外加充气浮选机，需要采用的风机容量更 大，如果不能精确配置，将产生较大的影响。 2 ．5 小型试验浮选机尽量与大型浮选机型号匹配 浮选机的型号不同，其流体动力学条件会完全 不一样。根据小型试验数据指导其它型号工业浮选 机的选型就容易导致工业应用指标低于设计指标。 仁鲁 苦⋯万V e 2 3 结论 式中y 。一单台浮选机有效容积，m 3 。 该模型充分考虑到大型浮选设备泡沫产量大、 每台浮选机均有泡沫排出的生产实际，应用系统论 的方法，建立全新的浮选机矿浆停留时间动态计算 模型，改变了传统的浮选时间计算方式，实现短回 路浮选。 2 ．3 配置方式 大型浮选机 容积5 0m 3 以下的，含5 0m 3 可采用水平配置或者阶梯配置，而对于更大容积的 浮选机一般采用阶梯布置方式，便于流程的控制。 2 ．4 搅拌速率和充气速率 整个系列的浮选设备叶轮设计一般根据浮选槽 内叶轮平均搅拌雷诺数相等的原则设计，槽内叶轮 平均搅拌雷诺数计算公式 扛意鼯 为了能够进行更好的浮选机选型，尤其是矿大 型浮选机的选型，应该研制开发与工业应用浮选机 机型相同的小型试验浮选机，并采用该型号的浮选 机进行小型试验或者连选试验，在优化工艺药剂条 件的同时，应该强化浮选机操作参数条件试验，才 能为大型浮选机的选型提供准确的数据支撑。 参考文献 [ 1 ] L e l i n s k iD ，A l l e nJ ，R e d d e nL ，e ta 1 ．A n a l y s i so ft h e r e s i d e n c et i m ed i s t r i b u t i o ni nl a r g e fl o t a t i o nm a c h i n e s [ JJ ． M i n e r a l sE n g i n e e r i n g ，2 0 0 2 ，1 54 9 9 5 0 5 ． [ 2 ] 沈政昌．大型充气机械搅拌式浮选机的研制[ D ] ．北京 北京科技大学，2 0 0 7 ． [ 3 ] 杨丽君．大浮选机效果评价研究[ J ] ．现代矿业，2 0 0 9 9 8 9 9 1 ． [ 4 ] 曾克文．浮选槽内矿浆紊流强度对浮选影响的理论及应 用研究[ D ] ．长沙中南大学，2 0 0 2 ． 万方数据