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矿浆预处理设备的应用进展 张福亚 （北京矿冶科技集团有限公司,北京 100160） 摘要矿浆预处理是浮选之前必不可少的作业， 对实现目的矿物的充分矿化、 分散， 与浮选药剂的充分反应， 提高浮选指标有重要意义。矿浆搅拌槽应用范围最为广泛， 近年来其结构改进后也更加节能高效； 叶轮搅拌式混合 器和矿浆准备器起源较早， 但是由于易造成环境污染、 药剂混合效果差等原因逐渐淡出市场； 雾化跌落箱和管道混 合器主要应用在选煤领域， 具有节能、 操作简单等优点， 应用较广泛， 但是跌落箱庞大的体积以及管道混合器混合时 间短、 作用不充分等劣势也制约了其发展； 矿浆改质机由于可以高效分散药剂和混合矿浆， 使其成为近年来的研究 热点， 应用领域也由非金属矿逐渐向金属矿拓展， 具有广阔的前景。指出缺少矿浆预处理器搅拌效果的直接评价方 法， 现有搅拌器专用性差， 今后可以从药剂分散程度、 矿浆和药剂的混合程度或者药剂吸附的状态等方面对搅拌槽 的效果提出更直接的判断。不同的矿石， 需要的搅拌条件不同， 需进行有针对性的改进。 关键词浮选矿浆预处理分散搅拌调浆 中图分类号TD923.2文献标志码A文章编号1001-1250 （2019） -01-001-06 DOI10.19614/ki.jsks.201901001 Application and Development of Pulp Pre-processing Equipment Zhang Fuya2 （BGRIMM Technology Group， Beijing 100160， China） AbstractIt is an indispensable to pulp pre-process before flotation, for it’ s great importance for purpose minerals min⁃ eralization, dispersion，mixing with reagents, and finally improving flotation index. Specifically, conditioners are most widely used and its continuous optimization makes it more efficient and energy-saving; Impeller agitating type mixer and pulp prepa⁃ ration device origin early but gradually fade away due to their pollution and poor mixing effect; spray-drop cabinet and pipe⁃ line mixer are mainly used in coal purification with their advantage of energy-saving and simple operation， while the giant vol⁃ ume of cabinet and short mixing time in pipeline constraint the application of the two device; Pulp surface modifier becomes a research hotspot due to its high dispersing and mixing efficiency and its application covering both non-metal and metal mine. It is pointed out that there is a lack of direct appraising of mixing effect and current mixer needs specially designed. Research should be focused on the degree of reagent dispersion, mixing with minerals， or absorbing on minerals surface to ⁃ uate mixing effect directly. Besides， different types of minerals need different mixing environment and mixers should be modi⁃ fied correspondingly. KeywordsFlotation， Pulp pretreatment， Disperse， Stirring， Surge tank 收稿日期2018-10-28 作者简介张福亚 （1989） ， 男， 工程师。 金属矿山 METAL MINE 随着 “贫、 细、 杂” 难选矿石比例的增加 ［1， 2］， 提高 选矿设备效率的重要性更加凸显。由于矿物颗粒自 身的性质， 如物相组成、 表面性能、 化学元素及矿浆 流变性能等无法在浮选过程中改变。并且， 如果只 利用浮选机进行调浆， 往往需要较高的转速， 而随着 浮选设备的大型化， 转速增加会显著增加叶轮定子 的磨损 ［3］， 此外， 浮选机叶轮转速过高会造成药剂在 矿物表面解吸和矿物在气泡表面的脱附 ［4］。因此， 在 浮选作业前加设矿浆预处理设备， 实现目的矿物的 充分矿化、 分散及与浮选药剂的反应完全， 对提高浮 选指标具有重要意义 ［5］。因此浮选前对矿浆进行预 处理是浮选工艺流程中必不可少的环节， 是浮选机 获得良好的技术经济指标的先决条件。矿浆预处理 工艺的作用主要有以下4个方面 ①将浮选药剂充分 分散， 很多选矿药剂不溶或微溶于水， 只有将其充分 分散成大量的微小液滴， 才能将其均匀混合到矿浆 Series No. 511 January 2019 总第 511 期 2019 年第 1 期 专题综述 1 ChaoXing 中； ②提供合适的流场环境， 促进药剂和矿浆在其中 的分散和混合； ③为浮选药剂在矿物表面吸附提供 足够的作用时间； ④通过向预处理设备中补加水为 后续浮选作业提供合适的矿浆浓度。 所以， 必须通过在浮选前使用矿浆预处理设备 实现调浆作用。本文详细介绍了在矿浆预处理设备 方面近些年国内外的研究与应用进展。 1调浆搅拌槽 调浆搅拌槽是金属矿山选矿工艺中最常用的调 浆设备， 在混合药剂和矿浆以及调节矿浆浓度方面 起着重要的作用 ［6］。其发展历史最为久远， 技术也比 较成熟。在国内外市场上一直占主导地位的BK系 列搅拌槽由北京矿冶研究总院自主研发， 见图1。其 特点在于导流筒底部呈锥形。锥形下方有竖直均布 的导流板。在锥形结构的导向作用下， 轴向流沿锥 向排出， 排出更加顺畅。在竖直分配板的作用下， 吸入的矿浆沿槽体底部均匀循环排出， 由于流速较 高， 能够强烈地冲击槽体底部和边缘的颗粒， 有效 防止底部沉槽［7］。此外， 近些年进步较快、 市场推 广较为广泛的主要还有长沙矿冶研究院研制的CK 搅拌槽， 见图2。其独特的下掠式伞状叶轮配有裙 式导流筒［8］， 伞形叶轮在运转过程中产生向下的分 压， 提高了对矿浆的抽吸能力， 吸入的矿浆通过裙式 导流体下部的喷射体喷出， 较高的流速进一步提高 了矿浆循环能力。但由于导流筒较短， 导致槽内中 上层矿浆循环能力不足， 易引起矿浆短路。 近年来， 调浆搅拌槽在选厂得到了广泛的应用， 并且随着仿真技术和放大理论的不断成熟， 调浆搅 拌槽在性能和大型化方面都有了很大的提升。但 是， 由于搅拌槽为了保证循环能力通常采用轴流型 叶轮， 所以都存在着剪切能力不足， 对于难溶性的药 剂很难有效分散的弊端。在油类药剂作为捕收剂的 选厂中， 其弊端显得更为突出。 2叶轮搅拌式混合器 叶轮搅拌式混合器起源于20世纪80年代， 是一 种较为传统的预处理设备， 常见的结构见图3。矿浆 从槽体底部经锥形筒被抽吸至位于槽体上部的叶轮 定子混合器内， 药剂经顶部的加药嘴进入后向下喷 射， 从而实现药剂与矿浆的混合 ［9］。代表产品有中煤 科工唐山分院的Φ1600矿浆预处理器系列和鹤岗矿 务局研发的XY系列矿浆预处理器 ［10］。其优点在于结 构简单， 维修方便， 矿化速度快、 效果好， 往往1台设备 能够替代3台同规格的搅拌槽 ［11］。周洪涛等［12］通过将 浮选药剂从进气管随空气一起加入， 在风力作用下 实现了药剂更好地分散。同时将底部垂直给料方式 改为侧面切向给料， 并且在槽体内部增设水平栅板， 强化了底部矿浆的循环和粗重颗粒的悬浮。王志刚 等 ［13］通过降低叶轮的离底高度实现了液面的平稳。 总体上， 叶轮搅拌式混合器在结构上有所完善， 但是 其规格小且放大技术不成熟、 雾化造成的环境污染等 问题仍是制约其大规模推广的重要因素。 3雾化-跌落箱 雾化-跌落箱， 也叫重力流态式矿浆预处理器， 是 2019年第1期总第511期金属矿山 2 ChaoXing 张福亚 矿浆预处理设备的应用进展 一种无动力预处理设备 ［14］。在雾化装置方面， 早期 的起雾盘因为喷嘴较小， 存在易被异物堵塞、 雾化效 果不稳定、 维修困难等原因而逐渐被淘汰。唐山森 普工程设计有限公司研发的PAD-2000型重力流态式 矿浆预处理雾化-跌落箱的结构如图4所示， 其采用 高压气流引射雾化器作为雾化装置 ［15］， 利用压缩空 气在喷射室内体积迅速膨胀形成的 “爆炸” 冲击和射 流高速冲击的双重作用雾化矿浆 ［16， 17］。北京国华科 技有限公司研发的FCA-2500雾化-跌落箱也采用风 力喷射式雾化器 ［18］， 如图5所示。风力雾化装置的外 形结构与水喷射雾化器的结构类似， 由原来的高速 水流改为高速气流， 气流吸入药剂在混合腔混合后 直接喷出， 取消了水喷射雾化器尾端的混合管， 从而能 够使雾化药滴更大面积地分散开； 在槽体结构方面， PAD型的箱体上部有矿浆均分器， 通过两次溢流将其 无死角地均匀分配给最上层的流态混合单元［ 19 ］。 FCA-2500的箱体结构由圆形改成了方形， 避免了以 往圆形槽体矿浆流动时半径变化造成的水层厚度变 化进而影响分选效果 ［20］。给料箱与槽体内部环形溢 流槽相连实现了均匀向槽体内部给料。左右两侧对 应的滑板在设计时垂直方向上存在一定的高度差， 分为上滑板和下滑板， 提高了上滑板尽头两侧煤梁 跌落时的相互冲击强度 ［21］。 尽管雾化-跌落箱在市场上应用较为广泛， 但是 其仍然存在很多弊端。如箱体体积庞大， 内部结构 复杂， 安装时需要较高的起吊高度， 且由于采用上部 进矿、 底部排矿的方式， 所以配置需要一定高差。因 此要求占用单独厂房和特定的厂房高度， 增加了选 矿厂基建投资和日常维护量。 4管道混合器 管道式混合器， 又称射流式预矿化器。代表产 品为中煤科工集团唐山分院生产的XJM-S系列和唐 山国华科技生产的PS系列煤浆预处理器。XJM-S工 作原理为矿浆通过渣浆泵以较高流速打入到压力 室， 然后从喷射嘴喷出， 由于流速较高， 产生负压， 进 而将药剂吸入并与矿浆在吸入室内混合， 浆液通过 喉管时紊流强度高， 强化了药剂和矿浆的混合 ［17］， 最 后经扩散管喷出， 见图6。PS系列 ［22］结构由水力雾化 器和管路混合器2部分组成， 见图7， 高速水流流经雾 化器喷射室时形成负压将捕收剂吸入， 然后射流形 成雾化药滴后进入矿浆管路 ［23］。管路混合器内部安 置一定的混合单元， 每一混合单元由一定数量的固 定叶片按规定角度交叉组成 ［24］， 矿浆流经其中时处 于高度紊流状态， 期间矿浆和叶片发生多次碰撞， 达 到混合和矿化的目的 ［25］。 管道矿化器具有体积小、 无旋转机构、 占地面积 小等优势 ［26］。但是由于管路混合器长度有限， 导致 混合时间较短。并且在管路中粗细颗粒的作用时间 相同， 造成矿泥吸附较多的药剂， 不仅增加药耗， 还 影响了药剂的选择性。所以， 管道混合器的混合效 果不是很理想。 5矿浆改质机 改质机是当前比较热门的矿浆预处理设备。其 通过外加高剪切力场的方法， 使矿物表面受到充分 摩擦， 剔除表面氧化层。其高剪切力场能够将药剂 充分分散， 同时还能够对细粒颗粒产生活化和均质 作用， 进而提高了矿物表面的疏水性 ［27］。其基本结 构为槽体内带有多层水平隔板， 叶轮位于相邻的两 块隔板之间 ［28］。矿浆改质机分为卧式改质机和立式 改质机， 结构分别见图8和图9。药剂与矿浆从槽体 2019年第1期 3 ChaoXing 上部给入到改质机， 经过涡轮型高速叶轮的剪切作 用和多段式分室调浆作用， 药剂和矿浆在槽体内迅 速分散并互相碰撞、 吸附。由于其优越的性能， 近些 年改质机成为矿浆预处理设备研究领域的热点， 日 本的M -COL2100型表面改质机雾化装置采用效果最 好的风动式雾化器取代了原来的圆盘式雾化器 ［29］。 北京三矿通科技有限公司采用了后掠式梳齿状叶 轮， 增强了叶轮与矿浆的接触面积， 从而提高了剪切 效果。山东宝顿机械 （专利号 CN205216667U） 研发 的改质机在水平挡板的基础上又增设了竖直挡板， 固定在槽体内壁呈环状均布， 从而降低了槽内矿浆 的切向流， 提高了紊流效果。中国矿业大学的BGT 系列改质机 ［30］， 采用剪切盘和水平挡板相结合的形 式， 强化了每一段的紊流效果， 促进了药剂和矿物的 作用。 6矿浆准备器 矿浆准备器也是发展历史较为悠久的矿浆预处 理设备， 主要用在选煤领域 ［31］。矿浆以射流形式沿 切线方向给入， 在环形槽内混合后进入扇形分矿器， 与雾化器喷射下来的药剂作用 ［32］， 未与矿物作用的 药剂还可以从药剂回收管回收再利用。平顶山煤炭 设计研究院设计的矿浆准备器药剂分散混匀效果较 好， 但是由于分矿器的排矿端容易堵塞且很难清理， 导致其在市场上应用越来越少， 逐渐被淘汰。山西 太原煤气化股份有限公司还研发了双盘螺旋矿浆准 备器 （专利号 CN102357349） ， 其槽体内部上端有给 料均衡器， 均衡器出口有螺旋涡流锥， 矿浆经过螺旋 涡流锥后排放到上层圆盘， 与顶部雾化器喷射的药 剂作用， 再跌落至下层圆盘。整个过程经过1次螺旋 混合和2次跌落， 达到了矿浆与药剂作用的目的。但 是其紊流强度不够、 药剂分散效果差等因素也制约 了其在市场上的推广。 7总结 矿浆预处理设备是浮选工艺中必不可少的设 备。合适的预处理设备能够显著提高后续浮选作业 指标。早期的设备调浆时间短、 药剂和矿浆混合不 均匀， 近年来， 预处理设备有了很大的发展， 在能耗、 调浆效果和设备结构等方面相对于早期机型都有了 很大的提升。 （1） 药剂分散装置由高能耗、 高污染的圆盘式雾 化器改进为低能耗、 易操作的风动式喷射器。 （2） 预处理设备类型方面逐渐淘汰了早期结构 复杂、 操作困难的设备， 转型为结构简单、 维护方便 的设备。 然而， 当前的预处理设备也存在着诸多不足。 （1） 搅拌效果的直接评价方法欠缺。目前只能 通过浮选指标的好坏来评价搅拌的效果。而没有直 接对搅拌槽搅拌性能和搅拌时间的判断。所以， 后 续的研究可以从药剂分散程度、 矿浆和药剂的混合 程度或者药剂吸附的状态等方面对搅拌槽的搅拌效 果提出更直接的判断。 （2） 现有的搅拌槽专用性差。不同的矿石， 需要 不同的搅拌条件。比如， 应用脂肪酸类药剂的调浆搅 拌槽很难对脂肪酸很好的分散； 对于锂辉石等矿石需 要强剪切搅拌从而实现工艺上的选择性溶蚀等等， 都 需要对搅拌槽进行针对性的改进。所以针对特殊工 艺设计出专用搅拌槽也是今后的一个发展方向。 2019年第1期总第511期金属矿山 4 ChaoXing ［1］ ［2］ ［3］ ［4］ ［5］ ［6］ ［7］ ［8］ ［9］ ［10］ ［11］ ［12］ ［13］ ［14］ ［15］ ［16］ ［17］ ［18］ ［19］ ［20］ ［21］ 参 考 文 献 邱冠周， 伍喜庆， 王毓华， 等.近年浮选进展 ［J］ .金属矿山， 2006 （1） 41-52. 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