摘要： 本文针对山东某铁矿在设计投产阶段遇到产量不达标，铁精粉品位低，磨矿耗能大等问题，研究后发现旋流器的工况不稳定是问题的关键。经过对旋流器给料、底流、溢流产品的粒度、品位分析，发现旋流器分选作业中出现的分级效率低，铁矿物反富集等不正常现，导致上下游相关设备达不到正常生产的要求。针对现场生产情况提出相关解决方案，最终选厂问题得到解决，生产情况趋向稳定，达到设计指标。
关键词： 旋流器 粒度 品位 分级效率
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
中图分类号:P57 文献标识码：A 文章编号：
1 概述
随着资源的不断消耗，近年来入选矿石“贫、细、杂”的特点越来越突出。这一现象导致选厂中的磨矿分级作业在选厂能耗以及作业中占到更大的比重。磨矿分级作业工作状态的好与坏，直接关系到选别指标和经济效益[1]。
首先，它决定了整个选厂总能耗的40%~60%，矿物嵌布粒度越细，要求磨矿粒度越细，磨矿能耗越高。
其二，磨矿分级作业决定了入选物料细度及其单体解离程度，直接影响了分选作业可能达到的金属矿物品位和选别指标。
其三，磨矿分级作业决定了入选物料的粒度组成，分级作业要求的合格细度是分选作业的必要条件[2]。旋流器以其结构简单、操作方便、生产能力大、分离效率高、占地面积小、无传动部件和易于实现自动控制的优点在选厂得到了广泛的应用[3]。而限于入料粒度的要求，一般是将旋流器作为二段磨矿分级的高效设备。
将旋流器应用于选矿厂的分级作业中在许多矿山得到了应用，鞍钢集团齐大山铁矿采用美国克雷布斯φ660mm水力旋流器48台，两段磨矿均采用水力旋流器分级，生产中也面临分级效率低等问题，经过调试溢流管、沉砂嘴的大小，以及严格控制进料浓度(40~45%)，取得较好的分级效果[4]。本钢歪头山铁矿原采用螺旋分级机作为主要的分级设备，较低的分级效率(30%左右)，造成分级细度不够，分级界面不准确，存在严重的过磨现象，采用旋流器代替螺旋分级机后，提高了分级质效率，减少了矿物的过磨及泥化现象，提高了金属回收率，同时降低球磨机负荷，提高了球磨机磨矿效果。
山东某铁矿年设计生产能力为原矿处理量99万t，铁精粉30万t，精矿品位65%以上，原矿性质见表1，生产采用阶段磨矿，阶段选别流程，见图1。设计一段磨矿细度-200目占60%，采用螺旋分级机分级，一段磁选粗选，磁场强度0.15T;二段磨矿-200目占85%，采用旋流器分级二段磁选精选，磁场强度0.18T。
表1 原矿多元素化学分析
|
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 |
|
该矿石的成因类型属于沉积变质型铁矿，按照矿物的共生组合属于石英型磁铁矿矿石。原矿含铁品位25.88%，其中磁性铁含量21.24%、磁性铁占有率82.07%;矿石中S、P含量和碱度系数较低，属低硫、低磷酸性矿石。矿石中的主要金属矿物为磁铁矿，含少量赤铁矿，见有微量黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿、斑铜矿等。脉石矿物主要为石英，其次为云母、角闪石、长石，含少量绿泥石、石榴石、绿帘石等。这些伴生的脉石矿物容易泥化，影响精矿品位。
2 投产后遇到的问题及原因
设计投产以后出现几个比较突出的问题，主要有：1. 选厂处理能力不足，原设计选厂处理量为135t/h，实际选厂分为三个系列运转，每个系列处理量在35~40t/h之间，远没有达到45t/h的设计要求;2. 精矿品位未达到要求，经多次化验分析，精矿品位在64~65%之间，未达到65%以上的要求;3. 磨矿细度-200目90%，要比原设计的二段磨矿细度在85%要细，导致选厂能耗大，生产成本相应增加。
经现场相关工作人员和相关专家反复观察研究，认定在二次磨矿旋流器分级作业中出现问题，导致选厂未达到设计要求。对二段分级旋流器给料，溢流、底流产品粒度、品位的化验分析见表2。
由表2可以看出旋流器给矿中-200目的含量达到72.11%，综合品位达到59.19%;溢流中-200目的含量为80.11%，综合品位为56.14%，而底流中-200目的含量为62.35%，综合品位为63.03%。这说明，粒度分析表明旋流器虽然具有一定的分级效果，便粒度并未达到设计的-200目85%的要求，分级效率仅为63%，约有37%的合格粒级并未通过溢流进入下一步磁选作业，反而通过底流重回到了二段磨矿，造成二段磨矿负荷过大，处理能力不足。
品位分析表明，粗精矿经旋流器分级后，底流中-100目以下粒级综合品位达到65%，已属合格产品，却富集到了底流中，重回二段磨矿作业，而溢流产品的综合品位仅为56.14，远低于底流产品的综合品位(63.13%)，这说明在旋流器作业中发生了比较严重反富集现象，本来应该富集到旋流器溢流中的-200目以下的合格粒级却出现在了底流中，就导致合格粒度重新返回二段球磨，造成合格产品的过磨。
表2 旋流器给料、底流、溢流分析
产品
（产率） |
粒级，目 |
产率，% |
铁品位，% |
铁分布率，% |
|
粒级 |
负累积 |
粒级 |
负累积 |
粒级 |
负累积 |
旋流器给矿
（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 |
|
合计 |
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 |
|
合计 |
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 |
|
合计 |
100 |
|
56.14 |
|
100 |
|
以上分析表明，旋流器作业不理想是造成选厂生产所发现的三个主要问题的原因，首先是分级效率不高，造成二段磨矿负荷过大，处理量难以达到设计要求;其次过磨现象严重，造成矿石泥化率高，在精选过程中掺杂泥化的脉石矿物，造成最终精矿品位不达标，同时也导致磨矿细度比原设计高，造成选厂耗能大。因此，调节旋流器作业参数，使其工况状况达到较合理的状态就成为解决选厂目前问题的关键。
3 旋流器工况分析及解决方案
众所周知，虽然水力旋流器结构简单，但影响其工作的因素很多，如旋流器本身的参数内径、给矿口尺寸、溢流口(管)直径、沉砂口直径、溢流管插入深度、柱体高度、锥角大小等，外部参数如矿石性质、给矿压力、矿浆浓度、给矿量等[5]。在旋流器相关参数基本固定的情况下，选厂主要从控制旋流器工作的外部参数入手。
经过现场测定，旋流器给矿压力经常处于0.05MPa以下，而较理想的给矿压力在0.10MPa左右，给矿压力明显不足，导致矿浆在旋流器内部了无法形成比较合理、稳定的流层，造成分级效果差，粒级分布紊乱等现象。
旋流器分级系统给矿浓度波动范围在24~62%之间，波动围大，造成旋流器工况不稳，从而导致分级效果不理想。而底流浓度波动范围在47~67%之间，不仅波动大，而且浓度偏低，导致二段磨矿浓度较低，磨矿效率也受到影响。
生产中发现导致旋流器给矿不稳的原因有：
1) 旋流器给料泵池矿浆来源复杂，包括一段磁选精矿、二段磨矿溢流、回收磁选精矿以及其它冲洗水等，造成泵池浓度不稳定。
2) 现场工人操作水平较低，对泵池出现的抽空现象不加控制，导致旋流器工况不稳定。
3) 给料泵管径太大，造成给料压力较小，导致分级效率不高。
根据以上原因，采取以下解决手段：
1) 调整给料系统，通过减小给料管径，增加液面自动控制系统，防止泵池抽空，将给矿压力控制在0.08~0.10 Mpa之间;同时进料泵安装变频器，进料管安装压力表，实现进料压力的有效控制。泵池设液面自动控制装置，通过补加水等措施保证液面稳定，防止进料泵工作中“喘气现象”的发生，保证平稳给料。
2) 减少不必要的泵池料来源，将回收磁选精矿，卫生冲洗水等导至别处，控制给料浓度在比较合理的范围。
3) 更换旋流器底流口，使旋流器分级效果趋于合理。
4) 培训现场工作人员，对出现的问题及时调整解决。
经过一段时间的生产调试，旋流器的工作最终达到一个比较稳定的状态，粒度分级合理，也避免了原来出现的反富集现象，整个选厂各项指标均达到或超出设计指标，最终精矿品位达到66~67%，原矿处理能力也达到设计要求。
4 结论
选厂在设计投产阶段遇到的各式各样的问题，经过现场工作技术人员的不断努力，最终发现作业条件比较苛刻的旋流器是解决各种问题的关键所在。其中比较重要的因素有以下几点：
1) 供料稳定是关键，杜绝出现抽空的现象，同时要保证旋流器的给料压力和给料浓度。
2) 根据选厂能力，选择合适的旋流器以及配套设施。给料泵以及料浆流量要和旋流器处理能力相配套，才能达到较理想的分级效果。
参考文献
[1] 刘培坤等 新型离心蜗壳分级旋流器在磨矿分级中的应用[J]. 中国矿业，2009，7：410-412
[2] 何勇 FX350/6水力旋流器组在本钢歪头山铁矿的应用[J]. 金属矿山，2007，1：87-88.
[3] 庞学诗 水力旋流器理论与应用[M]. 长沙：中南大学出版社，2005
[4] 高太 徐小革 张国庆 齐大山铁矿选矿分厂二次分级旋流器参数优化研究[J]. 金属矿山，2008，7：58-60
[5] 水力旋流器的发展及其在磨矿分级作业中的应用[J]. 金属矿山，2010，8： 613-618
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文章名称：
山东某铁矿二次分级旋流器应用效果研究
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