水力旋流器分级原理

3.4水力旋流器分级原理水力旋流器最早在20世纪30年代末在荷兰出现。水力旋流器是利用回转流进行分级的设备，并也用于浓缩、脱水以致选别。它的构造很简单，如图3-16(a)、(b)所示。主要是由一个空心圆柱体1和圆锥2连接而成。圆柱体的直径代表旋流器的规格，它的尺寸变化范围很大，由50mm到1000non，通常为125~500oun。在圆柱体中心插入一个溢流管5，沿切线方向接有给矿管3，在圆锥体下部留有沉砂口4。矿浆在压力作用下，沿给矿管给入旋流器内，随即在圆筒臃器壁限制下作回转运动。粗颗粒因惯性离心力大而被抛向器壁，并逐渐向下流动由底部排出攻为沉砂。细颗粒向器壁移动舶速度较小，被朝向中心流动的液体带动由中心溢流管排出，成为溢流。水力旋流器是一种高效率的分级、脱泥设备，由于它的构造简单，便于制造，处理量大，在国内外已广泛使用。它的主要缺点是消耗动力较大，且在高压给矿时磨损严重。采用新的耐磨材料，如硬质合金、碳化硅等制作沉砂口和给矿口的耐磨件，可部分地解决这一问题。此外，当用于闭路磨矿的分级时，因其容积小，对矿量波动没有缓冲能力，不如机械分级机工作稳定。3.4.2水力旋流器分级原理为明了矿物颗粒在旋流器内的分离过程，有必要先说明液流的运动特性。矿浆给入旋流器后呈螺旋线状，一面回转一面向中心推移，最后由上下两端排出，如图3-17所示。矿浆的这种流动属于空间运动体系，为此要查明液流的速度分布，须将旋流器内任一点的速度分解为三个互相垂直的方向，即切线方向、径向方向和平行于轴线的方向。盖勒萨尔(D.F.Kel阻Ⅱ，1952年)曾以内径76nun的透明水力旋流器，用光学方法观测加入水中的铝粉运动速度，在给水量约为50L/min条件下，得到了下述三个方向速度的变化规律。3.4.2.1切向速度分布及旋流器内压强变化3.4.2.2径向速度分布及颗粒粒度沿径向排列3.4.2.3轴向速度u.的分布及对分级粒度的影响液体进入旋流器的初期沿轴向的运动方向基本是向下的，但由于下面的流动断面愈来愈小，内层矿浆即转而向上流动。将轴向速度方向的转变点u.=0连接起来，可得到一个空间圆锥面，即图3-21中虚线AB所围成的锥形面。此面称做轴向零速包络面。包络面外的矿浆向下运动，除一部;分因形成回流转入到内层外，多数是由沉砂口排出。内层矿浆则基本向屯由溢流管排出。只是在溢流管口以上的液体因不能从顶部排出而向下回流。如果溢流管插入深度过小，这部分矿浆即构成短路流出，结果一些粗颗粒也被带入溢流中。除这一情况外，进入溢流的基本为零速包络面以内的矿浆。故该包络面的空间位置在很大程度上决定了分级粒度的大小。3.4.3水力旋流器的工艺计算3.4.3.1旋流器的处理能力3.4.3.2旋流器的分离粒度3.4.4旋流器操作技术3.4.4.1影响旋流器工作的因素A旋流器的结构参数因此，在进行粗分级时常选用较大直径旋流器;在细分级时则用小直径旋流器。如果后者处理能力不够用，可以将多台组装在一起使用。旋流器的给矿口和溢流管相当于两个窄口通道，增大其中任何一个断面积均可使矿浆体积处理量接近于成正比增加。但此时溢流粒度将变粗，分级效率也要下降。为了提高分级效率和降低分级粒度，给矿口和溢流管直径应相对于圆柱体取小的比例值。沉砂口是旋流器中最易磨损的部件，常因磨耗而增大了排出口面积，:使沉砂产量增大，浓度降低。但此时对给矿体积影响并不大。沉砂口的大小与溢流管直径配合调整，是改变分级粒度的有效手段。锥角的大小影响矿浆向下流动的阻力和分级自由面的高度。一般来说细分级或脱水用的旋流器采用较小锥角，最小达到10。~15。;粗分级或浓缩用时采用较大锥角，多为20。一45。旋流器的圆柱体高h，对处理能力无大影响，但对分级效率和分级粒度则有一定的关系。增大圆柱体高度与减小锥角的效果大致相同，可以使分级粒度变细并提高分级效率。溢流管的插人深度一般接近于圆柱体高度，但当凶枉体局度超过它的直径较多时，并可降低该值。为了避免矿浆短路流动，溢流管口的下缘应距给矿口有足够距离。B旋流器的操作参数旋流器的操作乍参数包括给矿压力、矿石粒度组成、给矿浓度以及溢流和沉砂的排出方式等。给矿压力是影响旋流器处理能力的重要参数，并在较小程度上影响分级粒度。此外给矿压力还关系到分级效率和沉砂的浓度。提高给矿压力，矿浆的流速增大，黏度的影响减小，分级效果可以得到改善，沉砂浓度也会提高。但是带来的问题是沉砂口磨损增大，其他易耗件更换也频繁。所以在处理粗粒原料时，只要有可能总是愿意采用低压力(0.05~O.1MPa)操作;而在处理矿泥及细粒原料时，则应采用高压力(O.1~0.3MPa)给矿。给矿粒度组成和给矿浓度对分级效率和产物浓度有重要影响。在给矿压力足够高时，给矿浓度主要影响溢流浓度，而对沉砂影响较小。但给矿浓度对分级效率却影响较大，分级粒度愈细，给矿浓度应愈低。例如我国的锡矿重选厂由试验得出，当分级粒度为0.075mm时，给矿浓度以10%~20%为宜;分级粒度为0.019nun时，浓度应取5%~10%。处理含泥量大或微细原料时并应采用较高给矿压力或以小直径旋流器多台并联工作。用于分级的旋流器最佳工作状，应是沉砂呈伞状喷出，伞的中心保留有不大的空气吸入孔。空气在向上流动的同时带动内层矿浆由溢流管排出。因而有利于提高分级效率;此时的伞面夹角不宜过大，以刚能散开为宜。旋流器用于浓缩时沉砂可取绳状排出，这样的沉砂浓度最高。而在用于脱水时，可令沉砂以最大角度的伞状排出，这样的沉砂浓度最低。相应可获得含固体量最多的溢流。旋流器工作参数的选择，多数情况是参照类似选厂的经验数据进行。C水力旋流器的配置和操作调整在选矿厂旋流器可以代替机械分级机与磨矿机组成闭路工作，亦可代替水力分级机或分泥斗进行选别前的分级和脱泥。水力旋流器还可与浓密机配合.T作-丽失脱出部分固体沉砂，以减轻浓密机负荷。不同用途的旋流器结构参数和作业条件差别很大。我国的系列规格直径由100arrn到500oan不等，主要供分级作业使用，特殊用途的旋流器多是自行设计制造。旋流器的安装方法多是垂直放置，但实际上亦可卧置、斜置或倒置。倒置的旋流器沉砂中细粒级减少，分级效率还有所提高。三种给矿方式中，第一种最为理想，但多数选厂难以有这种工作条件，第三种足人为造成第一种条件，照样可以保持压头稳定，但只能在低压给矿时使用，因为设置稳压箱的厂房难得有很大高差。第二种给矿方式可有效地利用动力，管路少，便于维护，只要有适当的给矿控制装置，经济技术效果比第三种优越。旋流器工作起来磨损是很厉害的，因此常需加耐磨衬里。所用材质有橡胶、辉绿岩铸铸石及硬质陶瓷等。在沉砂口、溢流管的筒内段及给矿口等易磨损部分还需制成可更换件。为了保持沉砂口直径尽量少变，亦可将沉砂口制成可变的结构，图3-23(a)是其中的一种，它采用厚的耐磨橡胶制成，在橡胶与外壁间留有空隙，内中充满高压液体。借助于手动或机械力推动液体可以补偿因磨损而增大的沉砂口径。这项调控还可自动地进行，如图3-23(b)所示，在旋流器中心插入一个测定真空度的探测管，当沉砂口增大时，中央空气柱的真空度降低，由探测管反映到检测系统通过执行机构增加机械推力，即可紧缩沉砂口的大小。使用旋流器暑应掌握的要点是:(1)根据分离粒度和处理的矿浆量，选择好旋流器的结构参数(各部尺寸)。(2)选择适当的旋流器给矿方式。(3)稳定旋流器的给矿压力。因为给矿压力直接影响旋流器的处理量和分级粒度，给矿压力越大，矿浆流速越高，旋流器的处理量就越大，同时矿浆在旋流器中旋转速度和离心力也越大，分级粒度也越细。确定分级粒度以后，就要求一定的压力与之相适应，压力过大则沉砂中混入的细粒增多，压力过小则溢流中混入的粗粒增多，这都会降低分级效率。(4)生意旋流器沉砂口直径的变化。流砂口增大时，则沉砂量增大，浓度降低，沉砂中细粒增多，溢流量减小，溢流变细;反之，如沉砂口减小，则沉砂浓度增高，溢流中粗粒增多，溢流量增大。沉砂口是最易磨损的，因此常用衬胶域其他耐磨材料的方法减缓磨损。(5)给矿浓度要适当。浓度大小直接彭响尸品的浓度和粒度。给矿浓度太低时，分级效率高但干矿处理量下降;给矿浓度太高时，矿浆的黏度增大，分级效率下降。一般分级粒度越细，给矿浓度应越低。旋流器给矿要用筛子隔除草渣、木屑等杂物，防止堵塞。