螺旋选矿设备工作原理及制造应用

螺旋选矿设备工作原理及制造应用为了说明螺旋选矿设备(包括螺旋溜槽)的工作原理，先熟悉一下有关螺旋槽小的几何特性。现在通用的螺旋槽的断面形状、螺距和螺旋半径均是不变的。槽面是以其横断面为动线，绕垂直轴线按固定的螺旋角旋转得到的轨迹。在槽面上某一点的纵向倾角口正切，可以用螺距与该点回转一周的周长之比表示。液流在螺旋槽面上的运动主要由槽面的几何特性决定。前苏联阿尼金在对螺旋槽面上的液流进行了模拟考查后得出:(1)在槽面的径向半径处，水层的厚度和平均流速很不一样。愈向外缘，水层厚度愈大，流动亦愈快。给入的水量增大，湿周亦向外扩展，而对靠近内缘的流动特性影响不大，如图5-31(a)、(b)所示。随着流速的变化，液流在螺旋槽内表现有两种流态:靠近内缘的液流接近于层流，而靠近外缘呈现为紊流。据测定，靠近螺旋槽的内缘液流厚度最小，为2~3nun。中间靠外处厚度最大，为7~16non。在水层最厚处流动速度最大，达到1.5~2m/s。流速分布同样是离槽底愈高，流速愈大。(2)液流在螺旋槽内存在着两种不同方向的循环运动。其一是沿螺旋槽纵向的回转运动;其二是在螺旋槽的内外缘之间的横向循环运动，这一运动又称作二次环流，如图5-32下图所示。两种流动的综合结果，使上下层液流的流动轨迹有所不同，如图5-32上图所示。改变槽的横断面形状，对下层液流的运动特性没有明显的影响。布棋在研究螺旋槽内液流的运动时，提出了二次环流的见解。根据他的计算，在螺旋槽某指定半径处，液流的纵向流速沿高度的分布为一抛曲线，而在槽的横向二次环流的速度分布为一复杂的曲线，如图5-33所示。由于液流在螺旋槽的横向有循环运动，故在槽的内圈(图5-32的区域A)液流表现有上升的分速度，而在外圈(区域B中)则有下降的分速度。矿粒在螺旋槽面上除受流体动力推动运动外，还受有重力、惯性离心力和摩擦力的作用。因而颗粒的运动特性与水流的运动并不相同。为了说明颗粒的运动情况，我们先滩分析一下颗粒的受力性质和作用方式:流体的动!压力推动矿粒沿槽的纵向运动，并在运动中发生松散和分层。由于液流速度沿深度分布的差异，悬浮在上层的矿泥及分层后的轻矿物颗粒具有很大的纵向运动速度，因而派生出相当高的离心加速度。而位于下层的重矿物颗粒沿纵向运动的速度则较低，离心加速度亦较小。从而引起轻、重矿物在螺旋槽的横向展开分带。属于流体动力因素的次要方面还有液流作横向循环的法向(垂直于槽底)分速度和紊动脉动速度。它们也在推动矿物粒群悬浮松散，并有助于轻矿物颗粒向槽外排送。但同时这也是造成微细重矿物颗粒损失的原因之一。影响螺旋选矿设备工作的因素影响螺旋选矿设备工作的因素可从螺旋的结构参数和操作条件两方面来讨论仑。属于螺旋槽结构参数的有螺旋直径、槽的横断面形状、螺距和螺旋圈数等。螺旋的直径代表螺旋选矿设备规格并决定着其他结构数值的基本参数。研究表明，处理1~2nun的粗粒级原料，以采用大直径(lOOOnun以上)螺旋为有效;处理小于0.Saun的细粒级应采用较小直径的螺旋。在选别0.075~1nun的原料时，采用直径为500、750和lOOOmmtn的螺旋选矿设备均可以收到较好的效果。螺旋槽曾经采用过的断面形状有圆弧形、抛物线形、长轴为水平的椭圆弧形、长轴为垂直的椭圆弧形、倾斜的直线形等。研究表明，在处理小于2aun的原料时，以长短轴尺寸之比为2:1的椭圆形断面效果最好(见图5-37(e))，且长轴的一半应等于螺旋直径的1/3。在处理一0.2mm的微细原料时，以采用抛物线断面为宜。螺距的相对大小通常以螺距与螺旋直径之比表示。这一参数影响槽矿浆在槽内的流动速度和厚度。处理粒度为2~0.2nun原料的螺旋选矿设备，其螺距要比处理一0.2nun原料的螺旋溜槽小些。螺距过小时不易形成精矿带。试验表明，对于工业型的螺旋选矿设备螺距与直径之比以采用0.4~0.6为适宜，相应的外缘纵向倾角为7。一11。。对于螺旋溜槽来说，上述比值则应为0.5~0.6，相应外缘纵向倾角是9。一11。螺旋槽的长度和圈数取决于矿石分层和分带所需运行的距离。试验查明，对于水流来说由内缘运行到外缘沿槽所行经的距离约为一圈半。但对于矿粒来说则远大于此数。螺旋槽的有效长度由圈数和直径共同决定。在同样的长度下，增加圈数比增大直径可收到更好的选别效果一殷处理易选的砂矿螺旋槽有4圈已足够用，处理难选矿石可增加到5~6圈。处理粒度为0.07~0.2mm钨矿石时螺旋圈数对工艺指标的影响见图5-38。在操作条件方面影响螺旋选矿设备工作的因素有给矿体积、给矿浓度、冲洗水量以及矿石本身的性质等。给矿体积和合矿浓度是最重要的影响因素。它们又同时决定着固体处理量。试验表明，当给矿体积不变时，重矿物的回收率是随着浓度的增加呈曲线关;系变化(见图5-39中曲线1)。浓度过低时，固体颗粒成一薄层沿槽底运动，不再发生分带;浓度过高，矿浆流动变慢，亦将影响床层的有效柱松散和分层。在这两种情况下，重矿物的回收率均要下降。实践表明，螺旋选矿设备可有较宽的给矿浓度范围，在固体重量占10%~35%时J寸分选指标影响不大。如果保持固体给矿量不变而增大给矿浓度，则给矿矿浆体积将减小。这时浓度对回收率的影响有如图5-39中曲线2所示变化关系。保持给矿浓度不变而改变给矿体积，其对选别指标的影响与浓度变化的影响基本相同。适宜的给矿体积随设备规格和矿石性质不同而不同，通常需要由试验确定。在螺旋槽内缘喷注冲洗水有助于提高精矿的质量，在用量适当时对回收率的影响并不大。在调节水量时以能清楚地观察到精矿带为合适。一台单槽螺旋选矿设备的耗水量约在0.05~0.2L/s范围内。原料的性质包括给矿的粒度，轻、重矿物的比重差，颗粒形状以及重矿物的含量等。给矿允许的最大粒度与螺旋槽直径有关。对于工业型的1000mm螺旋选矿设备来说，轻矿物的给矿度上限可达12mm。但其中的重矿物颗粒则不宜超过2nrrn。对于500nun的螺旋选矿设备重矿物的粒度上限为1mm。有效回收粒度范围随螺旋直径的减小而减小，一一般工业型设备为2~0.075mm。矿物比重差愈大，分选效果愈婿。颗粒的形状对分选效果有重要影响。当有用矿物为扁平形而脉石接近圆形时，分选最易于进行。反之则分选困难。试验表明，原料中重矿物含量对分选效率有较大的影响。图5-40表示四种不同比例的入工混合请试料在不同的螺距与直径之比的螺旋槽中选别结果对比。由图可见，当矿石中重矿物含量少时(图中曲线1)，宜采用螺距与直径比值较小的螺旋槽选别;而当重矿物含量高时，则应采用比值较大的螺旋槽选别。螺旋选矿设备的处理能力主要决定于螺旋槽的直径，其次还有入选原料的粒度、密度和矿浆浓度。螺旋选矿设备的制造和应用螺旋选矿设备出珊以后，在美洲国家被大量地用予选别铁矿石(红矿)。早期的汉弗莱选矿设备用铸钞铁制造。后又改用合金铸造或铸铁加耐磨衬里。西欧国家和澳大利亚近期生沪的螺旋选矿设备采用玻璃钢制造。英国在制造时将两个螺旋槽组装在一个中心轴上，生产能力提高了一倍。前苏联将欧美国家的螺旋选矿设备直径约为600nlrn放大到直径750~1200mm，用于选别品位低的有色金属和稀有金属矿石。我国自1955年开始研制螺旋选矿设备，最早用旧轮胎制成直径750、900、1000和1200nrrn规格，用于选别砂锡矿石。以后又制成不同规格的水泥质和铸铁螺旋选矿设备。并最早地制成了双头、三头和四头陶瓷螺旋选矿设备，曾广泛地应用于选别含钛、含锆的砂矿，获得了良好的分选效果。只是因为后来矿石性质发生了变化，使用量减少丁国严的螺旋选矿设备的技术规格和性能。螺旋选矿设备结构简单，无运动部件，容易制造，占地面积小，单位处理量高，操作维护也较简便，工艺指标较好，故问世以来各国均乐于采用，该种设备适于处理含泥少的矿砂，给料粒度以2~O.1mm为佳，在处理含泥高的脉矿磨矿产品时，应进行脱泥或分级，否则将降低精矿质量和回收率。粒度下限一般可到0.04mm以下。