离心机是利用矿粒群在旋转运动弱紊流薄膜中的运动差异实现不同密度矿粒间选择性分离的一种固-固分离设备,用于从某些矿山尾矿中分离回收微细粒级有用矿物,可获得理想的分离指标[1]。但传统离心机工作时间断给、排矿的分选特点,导致设备故障率很高、设备单位面积处理能力较低,无法满足现场生产需要,成为制约离心机广泛应用于工业生产的重要技术难题。
为解决上述难题,研制了1台工业用SLon-?1600mm×900mm水射流连续式离心选矿机。SLon连续式离心机工作时连续给、排矿,设备分选过程大大简化。跟传统离心机相比,设备处理能力大大提高。SLon连续式离心机安装在鞍钢东鞍山烧结厂选矿车间抛弃的难选铁矿石试验回收车间进行工业试验,取得了较好的分选指标,设备运行稳定。以下介绍SLon-?1600mm×900mm连续式离心机的工作原理及主要技术参数,并结合SLon离心机在东鞍山难选铁矿石试验回收车间获得的工业试验结果,分析射流喷角和射流压力对水射流连续卸料效果的影响,以及水射流连续卸料条件下射流频率和离心转速对离心分离效果的影响,展望SLon连续式离心机的应用前景。
1　SLon连续式离心机简介
(1)SLon连续式离心机结构及工作原理SLon连续式离心机工作时,转鼓卧式旋转,矿浆经给矿装置给至旋转离心转鼓的内表面上,矿浆中不同密度矿粒在弱紊流流膜和离心力场联合作用下发生选择性分离。大密度矿粒受离心沉降作用大于其受流膜法向脉动扩散作用,快速沉降至旋转流膜的底部,在持续稳定的离心力场作用下成薄层压实状精矿层,并随转鼓一起作旋转运动;小密度矿粒受离心沉降作用小于其受流膜法向脉动扩散作用,随流膜表层液流一起沿转鼓坡降排出成为尾矿。水射流装置置于转鼓内腔上部并作有规则运动,其喷嘴喷射能量高度聚集的水射流束流,持续冲击离心转鼓内壁上所附精矿层。在水射流强的冲击压力作用下,压实精矿层表层发生流变,矿粒之间集结力大大降低(这种集结力本质上由离心力场对精矿层的压实作用而产生),在水射流持续冲击和重力作用下落入精矿收集装置得到精矿产品。
2　影响SLon连续式离心机分离指标的因素分析
已有的离心选矿理论与实践已证实,离心分离的流态基础为弱紊流薄膜结构。离心机选矿即利用流膜对不同密度颗粒的高度选择性分离功能,实现给矿中不同密度矿粒之间互相分离之目的。因此,构建并保持具有高度选择性分离功能的弱紊流流态十分重要。影响离心机弱紊流流膜结构的因素可分3大类,即给矿性质、转鼓性质和射流性质。
(1)给矿性质。主要是指给矿体积、给矿浓度、给矿初始速度、矿石性质等。
(2)转鼓性质。主要是指转鼓直径、宽度、锥角、锥数以及表面粗糙度等。
(3)射流性质。主要包括射流喷角、射流压力及射流频率等。
三大性质中,给矿性质和转鼓性质为决定离心分离指标的内在因素;而射流性质的主要功能是实现离心力场中连续卸料,但可影响甚至完全破坏离心分离过程,为决定分离指标的外在因素。简而言之,SLon水射流连续式离心机选矿是在给矿性质和转鼓性质优化组合下,实现选择性离心分离过程,然后在射流性质作用下实现连续卸料。
水射流性质影响分选指标的因素很多,但在射流能量满足的前提下,其主要的影响因素为射流喷角、射流压力和射流频率。射流喷角、射流压力和除射流频率之外的其余因素共同决定水射流卸料过程是否连续,而射流频率决定在连续卸料前提下能否获得好的分离结果。
以上各因素应配合使用,才能得到好的离心分离指标。例如对一定给矿性质而言,较大的给矿体积和较低的给矿浓度,常配以较高的离心转速,才可以获得高品位的精矿;给矿粒度较粗时,常配以较高的射流压力和射流频率等。
3　设备工业条件试验结果及讨论
新研制的SLon-?1600mm×900mm连续式离心机安装在鞍钢东鞍山烧结厂抛弃的难选铁矿石试验回收车间进行工业生产试验。该矿石破碎磨细后采用水力旋流器分成两个级别,其中粗粒部分采用螺旋溜槽分选回收,细粒部分进入强磁选分选。工业试验期间,由于原矿性质波动很大,强磁选粗精矿品位一般在43%Fe～48%Fe之间变化。SLon-?1600mm×900mm连续式离心机用于处理细粒强磁选粗精矿,主要目的是提高最终铁精矿品位。
工业试验时,重点考查了射流喷角和射流压力对水射流连续卸料效果的影响,以及水射流连续卸料情况下射流频率和离心转速对离心分离指标的影响。水射流卸料效果的评价指标采用精矿产率,同时考虑精矿品位;离心分离效果的评价指标采用精矿产率、精矿品位、精矿回收率以及尾矿品位。
1)当水射流的最佳频率为30～40Hz时,此时精矿产率较高(约60%Fe),精矿品位达到最大值,而尾矿品位达到最小值,同时精矿回收率也达到稳定的较大值。可见分离该种物料,有效射流下限和上限频率分别约为30Hz和40Hz。
(2)当射流频率小于30Hz时,频率越小,精矿品位和尾矿品位均越来越接近给矿品位,精矿产率和精矿回收率均较低。这是因为射流频率太小时,转鼓上积累大量的精矿,精矿层厚度分布不均匀,流膜的选择性分离功能很差。因此,精矿品位和尾矿品位均接近给矿品位,相应地精矿产率和精矿回收率不高。
(3)当射流频率大于40Hz时,频率越大,精矿产率、精矿回收率和尾矿品位均越来越高,最终趋于稳定,同时精矿品位越来越低。这时因为射流频率太大时,流膜中大密度矿粒群没有充分的离心沉降时间成为压实精矿层,给到转鼓上的矿浆被快速运动的水射流所卸落,导致精矿产率和回收率均很高,而精矿品位提高却很小。
实际上,当射流频率太小或太大时,离心机内流膜均不再是具有高度选择性的弱紊流流态。在这种情形下,大密度矿粒群均无法从小密度矿粒群中分离出来,将产生精、尾矿不分的现象。　(1)离心机精矿品位随离心转速的增加而增大,然后减小,并在离心转速为(200～210)r/min区间内达到最大值,精矿品位提升幅度最高时超过15个百分点。这一点与间断式离心机精选时离心转速一般在160～180r/min区间内变化是有区别的。然而,在此区间内,精矿产率和精矿回收率却达到最小值,其中精矿产率略低于50.00%,回收率约为60.00%左右。
(2)离心机尾矿随离心转速的增加而持续降低,但在离心转速200～210r/min区间内变化较为缓慢。离心尾矿品位随离心转速的变化规律与间断离心机分选时的特点较为相似。
(3)采用SLon-?1600mm×900mm连续式离心机处理鞍钢东鞍山微细粒级贫赤铁矿石时,主要目的为提升精矿品位,适宜的离心转速应在200～210r/min之间。
4　结　论
(1)简要阐述了影响SLon水射流连续式离心机分选指标的因素,说明了各因素取值时应相互配合,以构建并保持离心机内具有高度选择性分离功能的弱紊流流态为准则这一思想。
(2)新研制的SLon连续式离心机用于从鞍钢东鞍山烧结厂抛弃的难选铁矿石中分离回收微细粒级贫赤铁矿石工业试验,取了较好的分选指标,可有效提高细粒强磁选粗精矿的含铁品位。更多信息查看www.lingyi17.cn