摘要： 本文針對山東某鐵礦在設計投產階段遇到產量不達標，鐵精粉品位低，磨礦耗能大等問題，研究后發現旋流器的工況不穩定是問題的關鍵。經過對旋流器給料、底流、溢流產品的粒度、品位分析，發現旋流器分選作業中出現的分級效率低，鐵礦物反富集等不正?，F，導致上下游相關設備達不到正常生產的要求。針對現場生產情況提出相關解決方案，最終選廠問題得到解決，生產情況趨向穩定，達到設計指標。
關鍵詞： 旋流器 粒度 品位 分級效率
Abstract: this paper put into production in shandong some iron ore design phase output is not meet the standard, iron essence pink low grade, grinding energy consumption, research found that the operation condition of the hydrocyclone is instability is the key to the problem. "After the vortex is feeding, bottom flow, overflow product size, grade analysis, found the hydrocyclone separation assignments appear the grading efficiency is low, the content such as iron ore enrichment is not normal, lead to upstream and downstream related equipment can not reach the normal production requirements. According to the field production related solutions are put forward, finally the mill problems can be solved, the production situation trend stability and achieved the design index.
Keywords: rotary flow particle size grade the classification efficiency
中圖分類號:P57 文獻標識碼：A 文章編號：
1 概述
隨著資源的不斷消耗，近年來入選礦石“貧、細、雜”的特點越來越突出。這一現象導致選廠中的磨礦分級作業在選廠能耗以及作業中占到更大的比重。磨礦分級作業工作狀態的好與壞，直接關系到選別指標和經濟效益[1]。
首先，它決定了整個選廠總能耗的40%~60%，礦物嵌布粒度越細，要求磨礦粒度越細，磨礦能耗越高。
其二，磨礦分級作業決定了入選物料細度及其單體解離程度，直接影響了分選作業可能達到的金屬礦物品位和選別指標。
其三，磨礦分級作業決定了入選物料的粒度組成，分級作業要求的合格細度是分選作業的必要條件[2]。旋流器以其結構簡單、操作方便、生產能力大、分離效率高、占地面積小、無傳動部件和易于實現自動控制的優點在選廠得到了廣泛的應用[3]。而限于入料粒度的要求，一般是將旋流器作為二段磨礦分級的高效設備。
將旋流器應用于選礦廠的分級作業中在許多礦山得到了應用，鞍鋼集團齊大山鐵礦采用美國克雷布斯φ660mm水力旋流器48臺，兩段磨礦均采用水力旋流器分級，生產中也面臨分級效率低等問題，經過調試溢流管、沉砂嘴的大小，以及嚴格控制進料濃度(40~45%)，取得較好的分級效果[4]。本鋼歪頭山鐵礦原采用螺旋分級機作為主要的分級設備，較低的分級效率(30%左右)，造成分級細度不夠，分級界面不準確，存在嚴重的過磨現象，采用旋流器代替螺旋分級機后，提高了分級質效率，減少了礦物的過磨及泥化現象，提高了金屬回收率，同時降低球磨機負荷，提高了球磨機磨礦效果。
山東某鐵礦年設計生產能力為原礦處理量99萬t，鐵精粉30萬t，精礦品位65%以上，原礦性質見表1，生產采用階段磨礦，階段選別流程，見圖1。設計一段磨礦細度-200目占60%，采用螺旋分級機分級，一段磁選粗選，磁場強度0.15T;二段磨礦-200目占85%，采用旋流器分級二段磁選精選，磁場強度0.18T。
表1 原礦多元素化學分析
|
成分 |
TFe |
SFe |
FeO |
K2O |
Na2O |
CaO |
MgO |
MnO |
|
含量 |
25.88 |
23.52 |
12.98 |
0.82 |
0.896 |
2.624 |
2.534 |
0.082 |
|
成分 |
Al2O3 |
SiO2 |
P2O5 |
S |
Cu |
Co |
LOI |
|
|
含量 |
5.80 |
48.25 |
0.064 |
0.56 |
-- |
0.0012 |
1.93 |
|
該礦石的成因類型屬于沉積變質型鐵礦，按照礦物的共生組合屬于石英型磁鐵礦礦石。原礦含鐵品位25.88%，其中磁性鐵含量21.24%、磁性鐵占有率82.07%;礦石中S、P含量和堿度系數較低，屬低硫、低磷酸性礦石。礦石中的主要金屬礦物為磁鐵礦，含少量赤鐵礦，見有微量黃鐵礦、磁黃鐵礦、黃銅礦、斑銅礦等。脈石礦物主要為石英，其次為云母、角閃石、長石，含少量綠泥石、石榴石、綠簾石等。這些伴生的脈石礦物容易泥化，影響精礦品位。
2 投產后遇到的問題及原因
設計投產以后出現幾個比較突出的問題，主要有：1. 選廠處理能力不足，原設計選廠處理量為135t/h，實際選廠分為三個系列運轉，每個系列處理量在35~40t/h之間，遠沒有達到45t/h的設計要求;2. 精礦品位未達到要求，經多次化驗分析，精礦品位在64~65%之間，未達到65%以上的要求;3. 磨礦細度-200目90%，要比原設計的二段磨礦細度在85%要細，導致選廠能耗大，生產成本相應增加。
經現場相關工作人員和相關專家反復觀察研究，認定在二次磨礦旋流器分級作業中出現問題，導致選廠未達到設計要求。對二段分級旋流器給料，溢流、底流產品粒度、品位的化驗分析見表2。
由表2可以看出旋流器給礦中-200目的含量達到72.11%，綜合品位達到59.19%;溢流中-200目的含量為80.11%，綜合品位為56.14%，而底流中-200目的含量為62.35%，綜合品位為63.03%。這說明，粒度分析表明旋流器雖然具有一定的分級效果，便粒度并未達到設計的-200目85%的要求，分級效率僅為63%，約有37%的合格粒級并未通過溢流進入下一步磁選作業，反而通過底流重回到了二段磨礦，造成二段磨礦負荷過大，處理能力不足。
品位分析表明，粗精礦經旋流器分級后，底流中-100目以下粒級綜合品位達到65%，已屬合格產品，卻富集到了底流中，重回二段磨礦作業，而溢流產品的綜合品位僅為56.14，遠低于底流產品的綜合品位(63.13%)，這說明在旋流器作業中發生了比較嚴重反富集現象，本來應該富集到旋流器溢流中的-200目以下的合格粒級卻出現在了底流中，就導致合格粒度重新返回二段球磨，造成合格產品的過磨。
表2 旋流器給料、底流、溢流分析
產品
（產率） |
粒級，目 |
產率，% |
鐵品位，% |
鐵分布率，% |
|
粒級 |
負累積 |
粒級 |
負累積 |
粒級 |
負累積 |
旋流器給礦
（100%） |
+100 |
4.25 |
100 |
20.09 |
59.19 |
1.44 |
99.99 |
|
-100 +200 |
23.64 |
95.75 |
59.47 |
60.93 |
23.75 |
98.55 |
|
-200 +325 |
23.55 |
72.11 |
63.14 |
61.40 |
25.12 |
74.8 |
|
-325 |
48.56 |
48.56 |
60.56 |
60.56 |
49.68 |
49.68 |
|
合計 |
100 |
|
59.19 |
|
100 |
|
旋流器底流
（43.63） |
+100 |
7.16 |
100 |
17.35 |
63.13 |
1.97 |
100 |
|
-100 +200 |
30.49 |
92.84 |
64 |
66.66 |
30.91 |
98.03 |
|
-200 +325 |
32.92 |
62.35 |
68.2 |
67.96 |
35.56 |
67.12 |
|
-325 |
29.43 |
29.43 |
67.7 |
67.7 |
31.56 |
31.56 |
|
合計 |
100 |
|
63.13 |
|
100 |
|
旋流器溢流
（56.37） |
+100 |
3.17 |
100 |
15.72 |
56.14 |
0.89 |
100 |
|
-100 +200 |
16.72 |
96.83 |
43.11 |
57.47 |
12.84 |
99.11 |
|
-200 +325 |
20.24 |
80.11 |
61.72 |
60.46 |
22.25 |
86.27 |
|
-325 |
59.87 |
59.87 |
60.04 |
60.04 |
64.02 |
64.02 |
|
合計 |
100 |
|
56.14 |
|
100 |
|
以上分析表明，旋流器作業不理想是造成選廠生產所發現的三個主要問題的原因，首先是分級效率不高，造成二段磨礦負荷過大，處理量難以達到設計要求;其次過磨現象嚴重，造成礦石泥化率高，在精選過程中摻雜泥化的脈石礦物，造成最終精礦品位不達標，同時也導致磨礦細度比原設計高，造成選廠耗能大。因此，調節旋流器作業參數，使其工況狀況達到較合理的狀態就成為解決選廠目前問題的關鍵。
3 旋流器工況分析及解決方案
眾所周知，雖然水力旋流器結構簡單，但影響其工作的因素很多，如旋流器本身的參數內徑、給礦口尺寸、溢流口(管)直徑、沉砂口直徑、溢流管插入深度、柱體高度、錐角大小等，外部參數如礦石性質、給礦壓力、礦漿濃度、給礦量等[5]。在旋流器相關參數基本固定的情況下，選廠主要從控制旋流器工作的外部參數入手。
經過現場測定，旋流器給礦壓力經常處于0.05MPa以下，而較理想的給礦壓力在0.10MPa左右，給礦壓力明顯不足，導致礦漿在旋流器內部了無法形成比較合理、穩定的流層，造成分級效果差，粒級分布紊亂等現象。
旋流器分級系統給礦濃度波動范圍在24~62%之間，波動圍大，造成旋流器工況不穩，從而導致分級效果不理想。而底流濃度波動范圍在47~67%之間，不僅波動大，而且濃度偏低，導致二段磨礦濃度較低，磨礦效率也受到影響。
生產中發現導致旋流器給礦不穩的原因有：
1) 旋流器給料泵池礦漿來源復雜，包括一段磁選精礦、二段磨礦溢流、回收磁選精礦以及其它沖洗水等，造成泵池濃度不穩定。
2) 現場工人操作水平較低，對泵池出現的抽空現象不加控制，導致旋流器工況不穩定。
3) 給料泵管徑太大，造成給料壓力較小，導致分級效率不高。
根據以上原因，采取以下解決手段：
1) 調整給料系統，通過減小給料管徑，增加液面自動控制系統，防止泵池抽空，將給礦壓力控制在0.08~0.10 Mpa之間;同時進料泵安裝變頻器，進料管安裝壓力表，實現進料壓力的有效控制。泵池設液面自動控制裝置，通過補加水等措施保證液面穩定，防止進料泵工作中“喘氣現象”的發生，保證平穩給料。
2) 減少不必要的泵池料來源，將回收磁選精礦，衛生沖洗水等導至別處，控制給料濃度在比較合理的范圍。
3) 更換旋流器底流口，使旋流器分級效果趨于合理。
4) 培訓現場工作人員，對出現的問題及時調整解決。
經過一段時間的生產調試，旋流器的工作最終達到一個比較穩定的狀態，粒度分級合理，也避免了原來出現的反富集現象，整個選廠各項指標均達到或超出設計指標，最終精礦品位達到66~67%，原礦處理能力也達到設計要求。
4 結論
選廠在設計投產階段遇到的各式各樣的問題，經過現場工作技術人員的不斷努力，最終發現作業條件比較苛刻的旋流器是解決各種問題的關鍵所在。其中比較重要的因素有以下幾點：
1) 供料穩定是關鍵，杜絕出現抽空的現象，同時要保證旋流器的給料壓力和給料濃度。
2) 根據選廠能力，選擇合適的旋流器以及配套設施。給料泵以及料漿流量要和旋流器處理能力相配套，才能達到較理想的分級效果。
參考文獻
[1] 劉培坤等 新型離心蝸殼分級旋流器在磨礦分級中的應用[J]. 中國礦業，2009，7：410-412
[2] 何勇 FX350/6水力旋流器組在本鋼歪頭山鐵礦的應用[J]. 金屬礦山，2007，1：87-88.
[3] 龐學詩 水力旋流器理論與應用[M]. 長沙：中南大學出版社，2005
[4] 高太 徐小革 張國慶 齊大山鐵礦選礦分廠二次分級旋流器參數優化研究[J]. 金屬礦山，2008，7：58-60
[5] 水力旋流器的發展及其在磨礦分級作業中的應用[J]. 金屬礦山，2010，8： 613-618
