沉降-流態化復合分級機對鉬尾礦分級研究

鄧 鋒 ，王進松

(1. 貴州工程應用技術學院化學工程學院，貴州 畢節 551700；2. 貴州省煤基新材料工程中心，貴州 畢節 551700； 3. 江蘇省徐州市銅山區國土資源局，江蘇 徐州 221100)

沉降-流態化復合分級機對鉬尾礦分級研究

鄧 鋒1,2，王進松3

(1. 貴州工程應用技術學院化學工程學院，貴州 畢節 551700；2. 貴州省煤基新材料工程中心，貴州 畢節 551700； 3. 江蘇省徐州市銅山區國土資源局，江蘇 徐州 221100)

選礦生產中常用的螺旋分級機、水力旋流器和細篩等分級設備存在不易操作、難維修、運行成本高等缺陷。新開發的沉降-流態化復合分級機結合了沉降分級和流化床分級設備的基本結構和分級原理。以某選礦廠鉬尾礦為原料，對其進行了粒度、組成和水力沉降分析，考察上升頂水量、給料速度和礦漿濃度對分級的影響。結果表明，最佳上升頂水量幾乎不隨礦漿給料速度和濃度而變化，取值穩定在120mL/s左右。分級機在礦漿濃度為30%的較低濃度和給料速度為200mL/s的中等給料速度運行時可取得61.52%的最佳綜合分級效率。

沉降-流態化復合分級機；沉降分級；流化床分級；鉬礦

我國礦產資源大多“貧、細、雜、難”，須通過選礦提高礦石中有用組分含量，使其成為合格的工業原料[1]。分級是將含有不同粒度的物料在水或空氣中按沉降速度分成若干粒度級別的過程，是物料按粒度分離的一種形式[2]，已成為重要的選礦準備作業，直接關系到選礦廠的成本控制和分選效果。一方面，如果分級系統不能將合格顆粒排出進入下一工序，將會造成再磨，影響磨機的處理能力，加大能耗和鋼耗。另一方面，也更重要的是，沒有好的分級系統，就不能為后續的選別作業提供解離度或細度合格、粒群分布合理的物料。因此，對于分級機械的研制一直是礦物加工研究的重要內容。

目前的選礦分級作業已經形成了以螺旋分級機、水力旋流器、細篩為主的比較成熟的工藝，國內具有自主產權的這三類設備也已經取得了廣泛的應用[3-5]。但仍存在一些缺陷，如水力旋流器磨損較嚴重、砂泵功耗大、對于操作條件要求比較嚴格；細篩的篩網經常堵孔、維修量大、使用費用高等，凸顯分級設備單一分級方式的不足[6]。為了使分級作業效率更高、成本更低、操作更方便，國內外的研究者除了致力于窄斜流、高頻篩等新型分級機的研制，還進行了復式分級機的開發[6-7]。

國外具有代表性的復式分級機是德國開發的復式流化分級機，該設備具有粗粒和中粒兩個分級室，分別應用上升水流和流化床技術來完成分級[8]。已在多家廠礦進行了應用，分級效率是螺旋分級機的2.2倍，水力旋流器的1.8倍，振動細篩的1.3倍[9-11]。

中國礦業大學也開發了具有自主知識產權的沉降-流態化復合分級機。本文將對此分級機的基本結構和運行過程進行介紹，調節操作參數(上升水流流量、給料速度、礦漿濃度)對某選礦廠鉬尾礦進行分級試驗研究。

1 裝置設計

1.1 沉降-流態化復合分級模型機

自制沉降-流態化復合分級機的基本結構見圖1。主體結構由兩個分級室構成，即設備內部中心圓筒狀的流化床分級室5和環繞流化床分級室的錐狀沉降分級室12，故稱為沉降-流態化復合分級機。

運行時，一定的物料和水首先通過給料管1進入攪拌給料筒2，在攪拌給料筒中形成具有一定濃度的礦漿，然后以一定的速度通過套筒給入到錐狀沉降分級室12。在沉降分級室中，由于不斷有礦漿給入，產生具有一定速度的上升水流，在上升水流的作用下，較細的礦物顆粒上升進入溢流槽4形成溢流，而較粗的顆粒則下沉沿著錐形面進入中心圓管部分，即流化床分級室5。在流化床分級室，通過清水管6給入頂水，形成上升水流，當礦物顆粒的干擾沉降速度大于上升水流速度時，顆粒下沉形成底流排出，反之上升形成溢流與錐段分級的溢流在溢流槽4合流排出，完成分級過程。

試驗用分級機模型機的主體部分由有機玻璃制成，以達到便于觀察內部流動情況的目的。模型中給水使用的是水管給水，以閥門控制流量，給料及排料均使用渣漿泵。

1.2 上升頂水試驗模型

自制上升頂水試驗模型見圖2。水流量通過流量計1調節，對位于布水板2 A-A面上的物料作用，可以產生粒度組成不同的溢流。通過溢流的粒度組成分析礦物顆粒的水力學特性，并以此確定分級機上升頂水量選定的大致范圍。

1-給料管；2-攪拌給料筒；3-紊流板；4-溢流槽；5-流化床分級室；6-清水管；7-底流排料管；8-污水排放口；9-第二清水管；10-不銹鋼燒結網濾盤；11-支撐架；12-錐狀沉降分級室圖1 沉降-流化復合分級機基本結構

圖2 上升水流試驗模型機

2 實驗部分

2.1 研究方法

目前選礦生產過程中使用較多的評價分級效果的指標為綜合分級效率η(式(1))，本文也予以采用[12]。

(1)

式中：α為給料中小于規定粒度的粒子含量；β為細粒級產物中小于規定粒度的粒子含量；γ為分級后細粒級產物產率。

2.2 實驗設計

首先對原料進行粒度分析和元素分析，初步評價可分級性。再進行水力分析，得出以74μm作為目標分級粒度的上升頂水量取值范圍。然后調節給料速度和礦漿濃度進行分級試驗，分析沉降-流態化模型分級機的最佳工藝參數和性能。

3 結果與討論

3.1 原料性質

試料采自河南某礦業公司鉬礦選礦廠尾礦，其粒度組成和各粒級主要金屬元素含量見表1?？梢?，礦物顆粒+180μm和-45μm含量均超過30%，中間粒級含量僅為34.14%，以74μm為目標分級粒度時附近粒度的顆粒含量不多，較易分級。但主要金屬元素的含量隨著粒度的減小總體呈上升的趨勢，真密度也隨之上升，尤其-45μm各金屬元素含量最高，真密度達到了3.49g/cm3，會對分級產生不利影響。

3.2 上升頂水量試驗

分別調上升頂水量為75mL/s 、100mL/s 、125mL/s、150mL/s、175mL/s 、200mL/s進行試驗，結果見表2。

表1 原料性質

表2 上升頂水試驗結果

根據表2，繪制各上升頂水量下的分配曲線圖，見圖3。由圖3可見，各分配曲線均較為平緩，說明單純利用上升水流法的分級效率不高。根據分配率50%時所對應的粒度即為分配粒度這一標準[12]，求出對應的分配粒度，并列于表3?？芍繕朔旨壛６葹?4μm時，上升頂水量應在120mL/s左右。

圖3 分配曲線圖

表3 上升頂水量與分配粒度對應表

上升水流(mL·s-1)75100125150175200分配粒度(μm)456282115130150

3.3 給料速度實驗

調節礦漿濃度為30%，給料速度分別為50mL/s、200mL/s、400mL/s、600mL/s。結合上升頂水實驗結果，在上升頂水量120mL/s附近分別選取100mL/s、110mL/s、120mL/s、130mL/s、140mL/s、150mL/s。試驗結果見表4，根據表4數據得圖4。

可見，各給料速度工況下的最高綜合分級效率所對應的上升頂水量(即最佳水流量)均在120mL/s左右，是一個較穩定的操作參數。說明錐段沉降分級室對最佳頂水量的影響不大，主要取決于中心圓筒段流化床分級室分級情況。由此也可見兩個分級室的分級過程相對獨立，并無較大的互相擾動。

表4 給料速度試驗結果

3.4 礦漿濃度試驗

選定給料速度為200mL/s。分別調節礦漿濃度為30%、45%、60%進行試驗。上升頂水量依舊選定為100mL/s、110mL/s、120mL/s、130mL/s、140mL/s、150mL/s。試驗結果如表5所示，根據數據作圖,見圖5。

圖4 上升頂水量與給料速度的關系

表5 礦漿濃度試驗結果

礦漿濃度(%)上升水流流量(%)α(%)β(%)γ(%)綜合分級效率(%)3010051．2189．5036．7156．2611051．2186．2040．9957．4112051．2183．9047．0261．5213051．2180．351．5360．0014051．2171．2261．5349．2815051．2165．4569．6439．694510051．2187．3638．8856．2611051．2185．1842．8658．2712051．2181．8347．7358．4913051．2175．2656．2654．1514051．2168．3266．4945．5315051．2162．6575．2834．476010051．2184．5239．6452．8511051．2181．3646．7956．4612051．2178．7150．4655．5413051．2171．5360．3549．0814051．2165．2670．1439．4415051．2160．7178．0929．69

圖5 上升頂水量與礦漿濃度的關系

可以看出，最佳上升頂水量亦未隨礦漿濃度的變化而變化，較為穩定地取值在120mL/s，與給料速度實驗的結果一致。同時可見，在所選濃度范圍內，隨著礦漿濃度的增加，分級機的綜合分級效率降低?？蓮牡V物顆粒的干擾沉降速度分析該結果。

因為沉降-流態化分級機中鉬尾礦顆粒的運動屬于較小顆粒以較小速度的沉降，介質阻力以摩擦阻力為主，顆粒的自由沉降末速可用斯托克斯公式計算[13]，見式(2)。

(2)

而實際分級過程并非單個顆粒在無限介質空間里的自由沉降，而是顆粒成群地在有限空間里的干擾沉降，沉降速度會受到周圍顆粒的影響。當礦漿濃度增加時，也即是增加了粒群中顆粒的數量。由于任一顆粒的運動都將引起周圍的流體運動，而顆粒大量存在且又不易變形，結果流體介質就會受到阻尼而不易流動，相當于增加了流體的黏性μ，從而降低了顆粒的干擾沉降速度。在錐段沉降分級室，干擾沉降速度降低意味著顆粒進入溢流的概率增大，容易“跑粗”而降低分級效率。在中心圓筒段流化床分級室，如上文對給料速度試驗的分析結論，礦漿濃度的增加會導致顆粒間縱向上的相互作用力的增大，對分級不利。

4 結論

1)沉降-流態化復合分級機的主體結構為錐段的沉降分級室和中心圓筒段的流態化分級室，運行時先經沉降分級，再進行流化床分級。

2)最佳上升頂水量不隨給料速度和給料濃度的變化而變化，是一個較為穩定的操作參數。

3)在30%的較低濃度和200mL/s的中速進料時可取得綜合效率為61.52%的良好分級效果。

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Experimental study on compound sedimentation-fluidized hydraulic classifying of molybdenum tailings

DENG Feng1,2, WANG Jinsong3

(1. Chemical Engineering Institute, Guizhou University of Engineering, Bijie 551700, China; 2. Guizhou Engineering Centre of Coal-Based New Materials, Bijie 551700, China; 3. Land Resources Bureau of Tongshan District，Xuzhou 221110, China)

Spiral classifier, hydrocyclone and fine screen are commonly used classification equipments in the mineral processing. But they have some defects, such as difficult to handle and repair, high operating costs, etc. The compound sedimentation-fluidized hydraulic classifier is a newly developed classification equipment, which combines the basic structures and principles of sedimentation classifier and fluidized bed classifier. A molybdenum tailings sample from one concentrator was chose as raw material. Particle size composition, metal elements and hydraulic analysis of this sample were tested. The effects of rising water quantity, feeding velocity and slurry concentration on the classification efficiency were studied. The results show that the optimum rising water quantity had little change with feeding velocity and slurry concentration. It’s a stable value at about 120mL/s. The classifier achieves an optimum synthesis classification efficiency of 61.52% at a lower feed concentration of 30% and a medium feed rate of 200 mL/s.

compound sedimentation-fluidized hydraulic classifier; sedimentation classification; fluidized bed classification; molybdenum ore

2016-10-20

貴州省科學技術基金項目資助(編號：黔科合J字LKB[2013]06號)；貴州工程應用技術學院教學研究與改革課題資助(編號：JG2015017)

鄧鋒(1986-)，男，講師，碩士，中國礦業大學潔凈能源技術與工程專業畢業，從事礦物分離技術研究，E-mail：dfengkd@126.com。

簡介：王進松(1986-)，男，碩士，中國礦業大學礦物加工工程專業，從事礦物加工工藝與設備研究，E-mail：903973019@qq.com。

TD94

A

1004-4051(2017)01-0092-06