礦漿預處理設備的應用進展

礦漿預處理設備的應用進展張福亞【摘要】礦漿預處理是浮選之前必不可少的作業(yè),對實現(xiàn)目的礦物的充分礦化、分散，與浮選藥劑的充分反應，提高浮選指標有重要意義.礦漿攪拌槽應用范圍最為廣泛,近年來其結構改進后也更加節(jié)能高效;葉輪攪拌式混合器和礦漿準備器起源較早，但是由于易造成環(huán)境污染、藥劑混合效果差等原因逐漸淡出市場;霧化跌落箱和管道混合器主要應用在選煤領域，具有節(jié)能、操作簡單等優(yōu)點，應用較廣泛，但是跌落箱龐大的體積以及管道混合器混合時間短、作用不充分等劣勢也制約了其發(fā)展;礦漿改質機由于可以高效分散藥劑和混合礦漿，使其成為近年來的研究熱點,應用領域也由非金屬礦逐漸向金屬礦拓展，具有廣闊的前景.指出缺少礦漿預處理器攪拌效果的直接評價方法,現(xiàn)有攪拌器專用性差，今后可以從藥劑分散程度、礦漿和藥劑的混合程度或者藥劑吸附的狀態(tài)等方面對攪拌槽的效果提出更直接的判斷.不同的礦石，需要的攪拌條件不同，需進行有針對性的改進.【期刊名稱】《金屬礦山》【年(卷)，期】2019(000)001【總頁數(shù)】6頁(P1-6)【關鍵詞】浮選;礦漿預處理;分散;攪拌;調漿【作者】張福亞【作者單位】北京礦冶科技集團有限公司，北京100160【正文語種】中文【中圖分類】TD923+.2隨著〃貧、細、雜”難選礦石比例的增加［1,2］，提高選礦設備效率的重要性更加凸顯。由于礦物顆粒自身的性質，如物相組成、表面性能、化學元素及礦漿流變性能等無法在浮選過程中改變。并且，如果只利用浮選機進行調漿，往往需要較高的轉速，而隨著浮選設備的大型化，轉速增加會顯著增加葉輪定子的磨損［3］,此外，浮選機葉輪轉速過高會造成藥劑在礦物表面解吸和礦物在氣泡表面的脫附［4］o因此，在浮選作業(yè)前加設礦漿預處理設備，實現(xiàn)目的礦物的充分礦化、分散及與浮選藥劑的反應完全，對提高浮選指標具有重要意義［5］。因此浮選前對礦漿進行預處理是浮選工藝流程中必不可少的環(huán)節(jié)，是浮選機獲得良好的技術經(jīng)濟指標的先決條件。礦漿預處理工藝的作用主要有以下4個方面：①將浮選藥劑充分分散，很多選礦藥劑不溶或微溶于水，只有將其充分分散成大量的微小液滴，才能將其均勻混合到礦漿中；②提供合適的流場環(huán)境，促進藥劑和礦漿在其中的分散和混合；③為浮選藥劑在礦物表面吸附提供足夠的作用時間；④通過向預處理設備中補加水為后續(xù)浮選作業(yè)提供合適的礦漿濃度。所以，必須通過在浮選前使用礦漿預處理設備實現(xiàn)調漿作用。本文詳細介紹了在礦漿預處理設備方面近些年國內外的研究與應用進展。1調漿攪拌槽調漿攪拌槽是金屬礦山選礦工藝中最常用的調漿設備，在混合藥劑和礦漿以及調節(jié)礦漿濃度方面起著重要的作用［6］。其發(fā)展歷史最為久遠，技術也比較成熟。在國內外市場上一直占主導地位的BK系列攪拌槽由北京礦冶研究總院自主研發(fā)，見圖1。其特點在于導流筒底部呈錐形。錐形下方有豎直均布的導流板。在錐形結構的導向作用下，軸向流沿錐向排出，排出更加順暢。在豎直分配板的作用下，吸入的礦漿沿槽體底部均勻循環(huán)排出，由于流速較高，能夠強烈地沖擊槽體底部和邊緣的顆粒，有效防止底部沉槽［7］。此外，近些年進步較快、市場推廣較為廣泛的主要還有長沙礦冶研究院研制的CK攪拌槽，見圖2。其獨特的下掠式傘狀葉輪配有裙式導流筒［8］,傘形葉輪在運轉過程中產(chǎn)生向下的分壓，提高了對礦漿的抽吸能力，吸入的礦漿通過裙式導流體下部的噴射體噴出，較高的流速進一步提高了礦漿循環(huán)能力。但由于導流筒較短，導致槽內中上層礦漿循環(huán)能力不足，易引起礦漿短路。近年來，調漿攪拌槽在選廠得到了廣泛的應用，并且隨著仿真技術和放大理論的不斷成熟，調漿攪拌槽在性能和大型化方面都有了很大的提升。但是，由于攪拌槽為了保證循環(huán)能力通常采用軸流型葉輪，所以都存在著剪切能力不足，對于難溶性的藥劑很難有效分散的弊端。在油類藥劑作為捕收劑的選廠中，其弊端顯得更為突出。2葉輪攪拌式混合器葉輪攪拌式混合器起源于20世紀80年代，是一種較為傳統(tǒng)的預處理設備，常見的結構見圖3。礦漿從槽體底部經(jīng)錐形筒被抽吸至位于槽體上部的葉輪定子混合器內，藥劑經(jīng)頂部的加藥嘴進入后向下噴射，從而實現(xiàn)藥劑與礦漿的混合［9］。代表產(chǎn)品有中煤科工唐山分院的①1600礦漿預處理器系列和鶴崗礦務局研發(fā)的XY系列礦漿預處理器［10］。其優(yōu)點在于結構簡單，維修方便，礦化速度快、效果好，往往1臺設備能夠替代3臺同規(guī)格的攪拌槽［11］。周洪濤等［12］通過將浮選藥劑從進氣管隨空氣一起加入，在風力作用下實現(xiàn)了藥劑更好地分散。同時將底部垂直給料方式改為側面切向給料，并且在槽體內部增設水平柵板，強化了底部礦漿的循環(huán)和粗重顆粒的懸浮。王志剛等［13］通過降低葉輪的離底高度實現(xiàn)了液面的平穩(wěn)?？傮w上，葉輪攪拌式混合器在結構上有所完善，但是其規(guī)格小且放大技術不成熟、霧化造成的環(huán)境污染等問題仍是制約其大規(guī)模推廣的重要因素。3霧化-跌落箱霧化-跌落箱，也叫重力流態(tài)式礦漿預處理器，是一種無動力預處理設備［14］。在霧化裝置方面，早期的起霧盤因為噴嘴較小，存在易被異物堵塞、霧化效果不穩(wěn)定、維修困難等原因而逐漸被淘汰。唐山森普工程設計有限公司研發(fā)的PAD-2000型重力流態(tài)式礦漿預處理霧化-跌落箱的結構如圖4所示，其采用高壓氣流引射霧化器作為霧化裝置［15］，利用壓縮空氣在噴射室內體積迅速膨脹形成的〃爆炸”沖擊和射流高速沖擊的雙重作用霧化礦漿［16,17］。北京國華科技有限公司研發(fā)的FCA-2500霧化-跌落箱也采用風力噴射式霧化器［18］，如圖5所示。風力霧化裝置的外形結構與水噴射霧化器的結構類似，由原來的高速水流改為高速氣流，氣流吸入藥劑在混合腔混合后直接噴出，取消了水噴射霧化器尾端的混合管，從而能夠使霧化藥滴更大面積地分散開；在槽體結構方面，PAD型的箱體上部有礦漿均分器，通過兩次溢流將其無死角地均勻分配給最上層的流態(tài)混合單元［19］。FCA-2500的箱體結構由圓形改成了方形，避免了以往圓形槽體礦漿流動時半徑變化造成的水層厚度變化進而影響分選效果［20］。給料箱與槽體內部環(huán)形溢流槽相連實現(xiàn)了均勻向槽體內部給料。左右兩側對應的滑板在設計時垂直方向上存在一定的高度差，分為上滑板和下滑板，提高了上滑板盡頭兩側煤梁跌落時的相互沖擊強度［21］。盡管霧化-跌落箱在市場上應用較為廣泛，但是其仍然存在很多弊端。如箱體體積龐大，內部結構復雜，安裝時需要較高的起吊高度，且由于采用上部進礦、底部排礦的方式，所以配置需要一定高差。因此要求占用單獨廠房和特定的廠房高度，增加了選礦廠基建投資和日常維護量。4管道混合器管道式混合器，又稱射流式預礦化器。代表產(chǎn)品為中煤科工集團唐山分院生產(chǎn)的XJM-S系列和唐山國華科技生產(chǎn)的PS系列煤漿預處理器。XJM-S工作原理為礦漿通過渣漿泵以較高流速打入到壓力室，然后從噴射嘴噴出，由于流速較高，產(chǎn)生負壓，進而將藥劑吸入并與礦漿在吸入室內混合，漿液通過喉管時紊流強度高，強化了藥劑和礦漿的混合［17］，最后經(jīng)擴散管噴出，見圖6。PS系列［22］結構由水力霧化器和管路混合器2部分組成，見圖7,高速水流流經(jīng)霧化器噴射室時形成負壓將捕收劑吸入，然后射流形成霧化藥滴后進入礦漿管路［23］。管路混合器內部安置一定的混合單元，每一混合單元由一定數(shù)量的固定葉片按規(guī)定角度交叉組成［24］，礦漿流經(jīng)其中時處于高度紊流狀態(tài)，期間礦漿和葉片發(fā)生多次碰撞，達到混合和礦化的目的［25］。管道礦化器具有體積小、無旋轉機構、占地面積小等優(yōu)勢［26］。但是由于管路混合器長度有限，導致混合時間較短。并且在管路中粗細顆粒的作用時間相同，造成礦泥吸附較多的藥劑，不僅增加藥耗，還影響了藥劑的選擇性。所以，管道混合器的混合效果不是很理想。5礦漿改質機改質機是當前比較熱門的礦漿預處理設備。其通過外加高剪切力場的方法，使礦物表面受到充分摩擦，剔除表面氧化層。其高剪切力場能夠將藥劑充分分散，同時還能夠對細粒顆粒產(chǎn)生活化和均質作用，進而提高了礦物表面的疏水性［27］。其基本結構為槽體內帶有多層水平隔板，葉輪位于相鄰的兩塊隔板之間［28］。礦漿改質機分為臥式改質機和立式改質機，結構分別見圖8和圖9。藥劑與礦漿從槽體上部給入到改質機，經(jīng)過渦輪型高速葉輪的剪切作用和多段式分室調漿作用，藥劑和礦漿在槽體內迅速分散并互相碰撞、吸附。由于其優(yōu)越的性能，近些年改質機成為礦漿預處理設備研究領域的熱點，日本的M-COL2100型表面改質機霧化裝置采用效果最好的風動式霧化器取代了原來的圓盤式霧化器［29］。北京三礦通科技有限公司采用了后掠式梳齒狀葉輪，增強了葉輪與礦漿的接觸面積，從而提高了剪切效果。山東寶頓機械（專利號：CN205216667U）研發(fā)的改質機在水平擋板的基礎上又增設了豎直擋板，固定在槽體內壁呈環(huán)狀均布，從而降低了槽內礦漿的切向流，提高了紊流效果。中國礦業(yè)大學的BGT系列改質機［30］,采用剪切盤和水平擋板相結合的形式，強化了每一段的紊流效果，促進了藥劑和礦物的作用。6礦漿準備器礦漿準備器也是發(fā)展歷史較為悠久的礦漿預處理設備，主要用在選煤領域［31］。礦漿以射流形式沿切線方向給入，在環(huán)形槽內混合后進入扇形分礦器，與霧化器噴射下來的藥劑作用［32］，未與礦物作用的藥劑還可以從藥劑回收管回收再利用。平頂山煤炭設計研究院設計的礦漿準備器藥劑分散混勻效果較好，但是由于分礦器的排礦端容易堵塞且很難清理，導致其在市場上應用越來越少，逐漸被淘汰。山西太原煤氣化股份有限公司還研發(fā)了雙盤螺旋礦漿準備器（專利號：CN102357349），其槽體內部上端有給料均衡器，均衡器出口有螺旋渦流錐，礦漿經(jīng)過螺旋渦流錐后排放到上層圓盤，與頂部霧化器噴射的藥劑作用，再跌落至下層圓盤。整個過程經(jīng)過1次螺旋混合和2次跌落，達到了礦漿與藥劑作用的目的。但是其紊流強度不夠、藥劑分散效果差等因素也制約了其在市場上的推廣。7總結礦漿預處理設備是浮選工藝中必不可少的設備。合適的預處理設備能夠顯著提高后續(xù)浮選作業(yè)指標。早期的設備調漿時間短、藥劑和礦漿混合不均勻，近年來，預處理設備有了很大的發(fā)展，在能耗、調漿效果和設備結構等方面相對于早期機型都有了很大的提升。（1） 藥劑分散裝置由高能耗、高污染的圓盤式霧化器改進為低能耗、易操作的風動式噴射器。（2） 預處理設備類型方面逐漸淘汰了早期結構復雜、操作困難的設備，轉型為結構簡單、維護方便的設備。然而，當前的預處理設備也存在著諸多不足。（1） 攪拌效果的直接評價方法欠缺。目前只能通過浮選指標的好壞來評價攪拌的效果。而沒有直接對攪拌槽攪拌性能和攪拌時間的判斷。所以，后續(xù)的研究可以從藥劑分散程度、礦漿和藥劑的混合程度或者藥劑吸附的狀態(tài)等方面對攪拌槽的攪拌效果提出更直接的判斷。（2） 現(xiàn)有的攪拌槽專用性差。不同的礦石，需要不同的攪拌條件。比如，應用脂肪酸類藥劑的調漿攪拌槽很難對脂肪酸很好的分散；對于鋰輝石等礦石需要強剪切攪拌從而實現(xiàn)工藝上的選擇性溶蝕等等，都需要對攪拌槽進行針對性的改進。所以針對特殊工藝設計出專用攪拌槽也是今后的一個發(fā)展方向。參考文獻【相關文獻】[1]邱冠周，伍喜慶，王毓華，等.近年浮選進展[J].金屬礦山，2006(1):41-52.QiuGuanzhou,WuXiqing,WangYuhua,etal.Advanceinflota-tioninrecentyears[J].MetalMine,2006(1):41-52.[2]李振，劉炯天，閆小康，等.浮選過程中攪拌調漿特性研究[J].中國礦業(yè)大學學報，2011(1):133-139.LiZhen,LiuJiongtian,YanXiaokang,etal.Researchonthechar-acteristicsofstirredpulp-mixingintheflotationprocess[J].JournalofChinaUniversityofMining&Technology,2011(1):133-139.李振，劉炯天，曹亦俊，等.浮選調漿技術評析[門.礦山機械，2009(23):98-103.LiZhen,LiuJiongtian,CaoYijun,etal.Thereviewofpulp-mixingtechniqueofflotation[J].Mining&ProcessingEquipment,2009(23):98-103.[4]曾克文.浮選槽內礦漿紊流強度對浮選影響的理論及應用研究[D].長沙：中南大學，2001.ZengKewen.TheoryandApplicationStudyontheEffectofPulpTurbulenceDegreeinFlotationCellonFlotation[D].Changsha:CentralSouthUniversity,2001.[5]董干國，王青芬，陳強，等.調漿攪拌槽研究與應用[J].有色金屬：選礦部分，2013(S1):230-235.DongGanguo,WangQingfen,ChenQiang,etal.Researchandap-plicationofstirredpulp-mixingtank[J].NonferrousMetals:MineralProcessingSection,2013(S1):230-235.[6]曲廣心，張永正.增加中礦再磨系統(tǒng)提高浮選指標的生產(chǎn)實踐[J].黃金，2003(9):36-38.QuGuangxin,ZhangYongzheng.Addingmiddlingregrindingsys-tem,boostingflotationindex[J].Gold,2003(9):36-38.陳強，張建輝，董干國，等.不同導流筒結構的調漿攪拌槽流場分析[J].有色金屬：選礦部分，2014(6):75-79.ChenQiang,ZhangJianhui,DongGanguo,etal.Flowfieldanaly-sisofstirredpulp-mixingtankwithdifferentdrafttubes[J].Nonfer-rousMetals:MineralProcessingSection,2014(6):75-79.伍惠，易鳳英，明磊.CK系列高效攪拌槽及其在工業(yè)中的應用[J].湖南有色金屬，1998:8-10.WuHui,YiFengying,MingLei.TheCK-seriesofhighefficiencyagitatingtanksandapplication[J].HunanNonferrousMetals,1998(4):8-10.[9]煤炭研究院唐山分院礦漿預處理器課題組仲1600礦漿預處理器[J].選煤技術，1984(5):2-7.PulpPreprocessorResearchGroupofTangshanBranchofCoalRe-searchInstitute.^1600pulppreprocessor[J].CoalPreparationTechnology,1984(5):2-7.[10]俞宏珍.XY-3.5礦漿預處理器在選煤廠的應用[」].礦山機械，2005(5):120-121.YuHongzhen.ApplicationofXY-3.5pulppreprocessorincoalpreparationplant[J].Mining&ProcessingEquipment,2005(5):120-121.[11]楊玉華，曾付洋，石郡，等.對XY型礦漿預處理器工作情況簡要分析[J].煤質技術，2008(4):60-61.YangYuhua,ZengFuyang,ShiJun,etal.Analysisontheperfor-manceofXY-seriesoreslurrypreprocessor[J].CoalQualityTech-nology,2008(4):60-61.[12]周宏濤，郭建軍，和瑞杰，等.XY型礦漿預處理器的改進研究[J].煤炭加工與綜合利用，2016(9):30-32.ZhouHongtao,GuoJianjun,HeRuijie,etal.Researchonthede-velopmentofXYtypepulppreprocessor[J].CoalProcessing&ComprehensiveUtilization,2016(9):30-32.[13]王志剛，李鵬.XY-3型礦漿預處理器的優(yōu)化設計[J].科技創(chuàng)新與生產(chǎn)力，2016(11):86-88.WangZhigang,LiPeng.OptimaldesignofXYoreslurrypre-pro-cessor[J].Sci-techInnovation&Productivity,2016(11):86-88.[14]張晴，楊明.FCA-3200型霧化跌落式煤漿預處理器在陳四樓選煤廠的應用[J].煤炭與化工，2018(7):69-71.ZhangQing,YangMing.ApplicationofFCA-3200atomizeddroptypecoalslurrypretreatmentdeviceinChensilouCoalPreparationPlan[tJ].CoalandChemicalIndustry,2018(7):69-71.[15]王文元.重力流態(tài)式礦漿預處理器在馬頭洗選廠的應用[J].選煤技術，2017(6):50-54.WangWenyuan.Applicationofthegravity-flowpulppreprocessoratMatouCoalPreparationPlant[J].CoalPreparationTechnology,2017(6):50-54.[16]李宏宇，李建昌，孫越，等.平口噴嘴的真空射流霧化模擬分析[J].真空科學與技術學報，2013(3):284-288.LiHongyu,LiJianchang,SunYue,etal.Simulationofvacuumjetatomizationwithplain-orificenozzle[J].ChineseJournalofVacuumScienceandTechnology,2013(3):284-288.[17]魏昌杰，宋云霞.XJM-KS系列浮選機礦化器的研究與應用[J].選煤技術，2015(1):27-31.WeiChangjie,SongYunxia.StudyandapplicationofmineralizingdeviceusedonXJM-KSseriesflotationmachine[J].CoalPrepara-tionTechnology,2015(1):27-31.[18]張立華，周國亮，朱金波，等.FCA-2500型霧化-跌落式煤漿預處理器的研究與應用[J].潔凈煤技術，2011,17(3):89-92.ZhangLihua,ZhouGuoliang,ZhuJinbo,etal.StudyonFCA-2500spray-dropcoalslurrypre-processor[J].CleanCoalTechnology,2011,17(3):89-92.[19]樸正武，江明東，宋永平，等.PAD-2000型重力流態(tài)式礦漿預處理器應用效果分析[J].選煤技術，2015(3):40-42.PiaoZhengwu,JiangMingdong,SongYongping,etal.AnalysisofapplicationofPAD-2000gravityflowtypepreprocessor[J].CoalPreparationTechnology,2015(3):40-42.[20]叢建.霧化-跌落式煤漿預處理器應用研究[D].淮南：安徽理工大學，2012.CongJian.StudyonSpray-DropCoalSlurryPre-processor[D].Huai-nani:AnhuiUniversityofScience&Technology,2012.[21]吳大為.洗煤廠浮選工藝節(jié)能的實踐與應用[C].2010年煤炭工業(yè)節(jié)能減排與循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展論壇.北京：《煤炭加工與綜合利用》雜志社，2010:13.WuDawei.Practiceandapplicationofflotationprocessenergysav-ingincoalpreparationplant[C].2010forumonenergysavingandemissionreductionandcirculareconomydevelopmentofcoalin-dustry.Beijing:CoalProcessingandComprehensiveUtilizationMagazine,2010:13.[22]趙樹彥，王微微，于一棟，等.PS系列煤漿預處理器[J].煤質技術，2008(3):53-57.ZhaoShuyan,WangWeiwei,YuYidong,etal.PS-seriescoalslur-rypreprocessor[J].CoalQualityTechnology,2008(3):53-57.[23]王勇，郭崇濤，許俊杰，等.PS-600型煤漿預處理器在臨渙選煤廠的應用[J].潔凈煤技術,2008,14(1):15-18.WangYong,GuoChongtao,XuJunjie,etal.TheapplicationofthestyleofPS-600coalpretreatmentprocessorinLinhuancoalplant[J].CleanCoalTechnology,2008,14(1):15-18.[24]徐鳳，王凱利，代敬龍.PS-400型煤漿預處理器在五溝選煤廠的應用[J].煤，2010,19(10):48-49.XuFeng,WangKaili,DaiJinglong.ApplicationofPS-400typecoalslurrypre-processorinWugoucoalpreparationplant[J].Coal,2010,19(10):48-49.[25]趙樹彥，江明東，鄭中，等.無動力PS型系列浮選入料預處理器的開發(fā)與應用[J].煤質技術，2011(6):61-64.ZhaoShuyan,JiangMingdong,ZhengZhong,etal.Theexploita-tionandapplic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