旋流器与细筛联合筛选理论分析及应用

赵振兴 魏焕民 李雪萍

(河北钢铁集团司家营北区矿山分公司)



旋流器与细筛联合筛选理论分析及应用

赵振兴 魏焕民 李雪萍

(河北钢铁集团司家营北区矿山分公司)

为了弄清楚旋流器和高频细筛串联进行分级工艺中，旋流器和细筛各自起到的作用和分级效率如何分配才能达到整体分级效率最优的效果，通过建立数质量模型、计算和公式推导，得出了整体分级效率与各自效率的计算公式，并在研山铁矿三系列流程调试中进行了验证。通过公式明确了各部分金属量的关系，对设备选型计算和设计具有一定的帮助作用。

旋流器 高频细筛 联合筛选 最优配置

旋流器和细筛作为分级设备在各个选矿厂得到了普遍应用，旋流器占地面积小，处理量大，分级效率较低，使用成本低；细筛处理量低，筛分效率高，使用成本高。如何将两种设备联合使用，发挥他们的优势，现有少量选矿厂进行了尝试，但均无理论依据，设计亦是模糊计算，而选矿厂仅靠经验进行调试，思路不够系统和明确。为此，从理论和研山铁矿三系列现场流程调试问题处理两方面进行细致的研究分析，为设计和选矿厂调试提供参考依据。

1 旋流器与细筛联合筛选理论计算

一般旋流器与细筛联合分选配置为先用旋流器进行分级，旋流器溢流再进入高频细筛进行筛分作业，细筛筛下为合格细粒级进入下一工序，旋流器沉砂和高频细筛筛上作为粗粒级返回。据此对该流程建立模型，通过计算进行分析各处量之间的关系，由于该研究考虑的是流程循环量，故按量效率计算。建立数质量模型见图1。

图1 旋流器与细筛联合筛选数质量模型

根据物质平衡计算公式:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

式中，A为旋流器给矿干量；B为旋流器溢流干量；C为旋流器沉砂干量；D为细筛筛下干量；E为细筛筛上干量；a为旋流器给矿细度；b为旋流器溢流细度；c为旋流器沉砂细度；d为筛下细度；e为筛上细度。

通过计算得出：①旋流器和细筛联合筛选细筛筛下D量的影响因素有旋流器效率、细筛效率、旋流器给矿细度、细筛筛下细度，整体的效率要提高，减小流程循环量，需要提高旋流器效率和高频细筛的效率，降低旋流器给矿细度；②由于筛片寿命平均为4～6个月，每片筛片4 000元以上，生产中以少使用筛子来节省成本；③由以上公式可看出，为了效益最大化，旋流器和细筛的最佳配置应是旋流器作为分级设备，其溢流细度能够达到或接近目标细度要求；而高频细筛作为隔粗设备，把旋流器溢流中少量不合格的粗粒级产品筛选出来，这样细筛的处理能力和效率能达到最大，使细筛使用台数最少；④由于沉砂C和高频细筛筛上D作为循环量返回到流程中，流程循环量减小，旋流器和细筛的总给矿量A也会减少。

旋流器的工作原理为离心沉降，流程中有一些较轻的贫连生体或杂质进入溢流，而较重的单体颗粒进入沉砂，是造成旋流器反富集的主要原因，旋流器加细筛的联合筛分，虽然不能解决反富集，但能够减少旋流器溢流中粗粒级较轻的连生体进入到目标流程，保证细度和品位的要求。

2 旋流器和高频细筛联合筛选应用实例

河北钢铁集团司家营研山铁矿三系列为原生矿流程，其设计处理能力为年处理原矿485万t，2014年10月底建成投产，经过一个月的调试，达到设计指标，现年处理能力达540万t。司家营研山铁矿三系列工艺流程见图2。

2.1 生产调试中遇到的问题

生产中发现旋流器和细筛的分级效率偏低，流程循环量大。其主要问题是：为了提高旋流器的分级效果，旋流器开启台数由4台增开至6台，通过给旋流器给矿泵池补加水降低旋流器的给矿浓度，降至45%左右，并提高旋流器给矿泵的转速，保证旋流器压力稳定在140 kPa左右，旋流器的分级效率由日常考察的10%提高到25%左右，但浓缩磁选泵池液位迅速上升，造成浓缩磁选泵池冒矿的问题。

图2 司家营研山铁矿三系列工艺流程

2.2 通过旋流器和细筛联合筛选理论分析和解决措施

对流程中旋流器和细筛联合筛选取样分析发现，整体效率较低造成了循环量越来越大，旋流器给矿浓度升高，此时为了不无限扩大，旋流器变成了直通器，给矿细度基本和溢流细度、沉砂细度相同，仅通过细筛进行分级作业。

通过数质量流程图分析，明确了各部分矿浆量的关系。在此流程调整中，旋流器加筛子的流程为了提高整体分级效率，应该提高旋流器和细筛各自的效率。具体解决措施为：通过降低旋流器给矿浓度，多开旋流器，提高旋流器溢流细度。发生浓缩泵池冒矿，就需要考虑浓缩工艺能力的问题。现有浓缩磁选机设备能力为420～640 t/h，厂房占地面积有限，计划使用占地面积较小的旋流器代替浓缩磁选，即流程改造为：浓缩磁选给矿打入浓缩旋流器，旋流器溢流进入浓缩磁选机，旋流器沉砂和浓缩磁选精矿合并进入2段球磨机。

2.3 现场试验

4月16日，把浓缩磁选泵电机由315 kW更换成400 kW，泵型号为200-ZJ-A75，但处理量仍不够，浓缩磁选泵运转了2台(设计1开1备)，现场进行了初试验，验证旋流器和筛子串联流程受局限的根本原因。

现场工艺进行了调整：三系列2段旋流器由4台开至6台，并给2段旋流器给矿泵池进行补加水，降低到合适的旋流器给料浓度，2段旋流器压力维持在120 kPa，浓缩磁选泵池矿浆量较大，浓缩磁选泵运转2台，1台给入浓缩旋流器，压力90 kPa，另外1台给入浓缩磁选，旋流器溢流给入浓缩磁选机，浓缩磁选机精矿和旋流器沉砂进入2段球磨。调整后分别于12：00、17：00、23：00进行了取样，调整后试验数据及调整后细筛生产数据分别见表1、表2。

表1 调整后试验数据

由表1可知，2段旋流器的分级效率逐渐提高，而且生产平稳，台时量逐渐增加；由于浓缩磁选泵的问题，旋流器给矿浓度未降低到合适浓度40%～45%，稍微偏高。

表2 调整后细筛生产数据 %

由表2可知，通过调整后细筛的给矿浓度降低，细筛的给矿细度降低，细筛的筛分效率达到了75.80%，是自三系列生产以来的最高水平。对浓缩旋流器和浓缩磁选机精矿取样，取样数据见表3，设计及之前流程考察数据对比见表4。

表3 浓缩旋流器和浓缩磁选精矿生产数据 %

由表3可知，旋流器沉砂浓度达到82.80%，浓缩磁选机精矿浓度达到73.36%，均满足或高于2段球磨需要的磨矿浓度73%，2磨磨矿浓度有了调整空间。

表4 设计及之前流程考察数据对比结果 %

注：原设计细筛筛下-0.074 mm粒级含量为80%～90%，总体量效率为38.93%。

由表4可知，试验总体效率超过了设计值和之前的流程考察数据，说明此次试验是成功的，能够有效减少2段旋流器和筛子分级效果不好而影响循环量的问题，提高了三系列的处理能力。

2.4 下一步调整方向。

旋流器溢流和高频细筛联合筛选，有以下优点：

(1)运营成本较少。旋流器溢流进入细筛，减少了细筛给矿中粗粒的杂质或铁器、钢球等杂质进入细筛，避免对筛面的划损。研山铁矿三系列自2014年10月运行以来，筛片破损较少，使用国产筛片寿命达到近2 a，目前筛片未大量更换。

(2)能够保证细度和品位的要求。避免了单独使用旋流器因反富集需要提高溢流细度目标的要求，及单独使用细筛台数巨大的要求。

现场试验通过提高旋流器和筛子的效率提高了整体效率，但试验旋流器溢流细度仅为-0.074 mm 65%，远小于目标细度-0.074 mm 85%。因此选择合适的旋流器或者通过调整旋流器溢流管、沉砂嘴尺寸以提高旋流器溢流细度，是下一步需要开展的工作。届时高频细筛的使用台数则会减少很多，费用将降低。

3 结 语

通过计算和流程调试中的实践操作，对旋流器和细筛串联的分级效率关系进行了细致的论证。解决了设计过程中无详细设计、流程计算和调试过程中思路不清晰的问题。通过研究得出结论：旋流器和细筛联合筛选考虑到投资最小和效益最大化，选型思路为旋流器作为主要分级设备，溢流细度能够达到或接近目标细度要求；而高频细筛作为隔粗设备，把旋流器溢流中少量不合格粗粒级产品筛选出来，这样高频细筛的使用台数最小，设备投入较少，而总体分级效率最高。

Theoretical Analysis and Applications of Unite Screening with Hydrocyclone and Fine Screen

Zhao Zhenxing Wei Huanmin Li Xueping

(Hebei Iron and Steel Group, Sijiaying North District Mining Branch)

To find out the function of cyclone and fine sieve respectively in cyclone and fine sieve in series to screening process and how to distribute classification efficiency in order to reach whole optimum classification efficiency, by establish several quality model, through the calculation and formula derivation, the overall classification efficiency and their respective efficiency calculation formula were obtained, the formula was verified in three series process debugging of Yanshan Iron Mine. Relationship among each part of metal amount was unequivocal by formula, results has a certain help in equipment type selection calculation and design.

Hydrocyclone， High frequency fine screen， Unite screening， Optimal configuration

2016-09-26)

赵振兴(1986—)，男，副主任，工程师，063700 河北省唐山市滦县响堂镇。