GCX型无介质高效擦洗机的研制.pdf

8 4 有色金属 选矿部分2 0 1 9 年第2 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7 1 9 4 9 2 ．2 0 1 9 ．0 2 ．0 1 7 G C X 型无介质高效擦洗机的研制 姚建超1 ’2 ，孙小旭1 ’2 ，何建成1 ’2 ，周宏喜1 ’2 1 ．北京矿7 台科技集团有限公司，北京1 0 0 1 6 0 ； 2 ．北矿机电科技有限责任公司，北京1 0 0 1 6 0 摘要G C X 型无介质高效擦洗机主要用于矿物的擦洗与提纯，根据擦洗机的主要结构及工作原理，对G C X 型无介质 擦洗机的简体、搅拌装置等主要结构形式进行研究，通过对叶轮、筒体的关键参数、传动方式及输入功率匹配等方面进行优化 设计，解决了G C X 型无介质高效擦洗机研制中的关键技术问题。 关键词无介质；擦洗机；擦洗原理；优化设计 中图分类号T D 46 1文献标志码A文章编号16 7 19 4 9 2 2 0 1 9 0 2 0 0 8 40 3 D e v e l o p m e n to fG C XN OM e d i u mS c r u b b e rM a c h i n e Y A 0J i a n c h a 0 1 ～．S U NX i a o x u l ～．H EJ i a n c h e n g l 一．Z H O UH o n g x i l l 2 1 ．1 3 e i j i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n ga n dM e t a l l u r g y ，B e i j i n g1 0 0 1 6 0 ，C h i n a ； 2 ．B G R I M MM a c h i n e r ya n dA u t o m a t i o nT e c h n o l o g yC o ．，L t d ．，B e i j i n g1 0 0 16 0 ，C h i n a A b s t r a c t T h eG C Xn om e d i u mh i g he f f i c i e n c ys c r u b b i n gm a c h i n ei sm a i n l yu s e df o rm i n e r a ls c r u b b i n g a n dp u r i f i c a t i o n ，a c c o r d i n gt ot h em a i ns t r u c t u r ea n dw o r k i n gp r i n c i p l eo fs c r u b b i n gm a c h i n e ，t h eb a r r e la n d s t i r r i n gd e v i c e ’Sm a i ns t r u c t u r eo fG C Xn om e d i u ms c r u b b i n gm a c h i n ea r es t u d i e d ，t h r o u g ho p t i m i z a t i o n d e s i g no ft h ek e yp a r a m e t e r so ft h ei m p e l l e r ，b a r r e l ．t r a n s m i s s i o nm o d ea n dt h ei n p u tp o w e rm a t c h i n g ，t h e G C Xn om e d i u me f f i c i e n ts c r u b b i n gm a c h i n ek e yt e c h n o l o g yp r o b l e m si nd e v e l o p m e n ta r es o l v e d ． K e yw o r d s n om e d i u m ；s c r u b b i n gm a c h i n e ；s c r u b b i n gp r i n c i p l e ；o p t i m i z a t i o nd e s i g n 1 擦洗机的主要工作原理 2 在矿物分选过程中，有用矿物常常被污泥、氧化 物或药剂等杂质覆盖．影响后续的选别效果，需要擦 洗解决这一问题[ 1 ] 。目前通常用搅拌槽或搅拌磨机 作为擦洗装置，缺乏应用效果好的专业设备，G C X 型无介质高效擦洗机研制主要定位于磷矿、石英砂、 硅藻土、萤石等矿物的擦洗与提纯_ 2 j 。 擦洗机主要通过矿物颗粒之间的碰撞、摩擦来 达到物料的擦洗及提纯，设备运转过程中，要增加矿 物颗粒之间的碰撞摩擦的次数及力度来强化擦洗效 果，物料的浓度适当增加可以提高颗粒的碰撞效率， 搅拌装置的转速适当提高可以增加颗粒之间的碰撞 力度。目前选矿厂常用搅拌槽及搅拌磨机来进行擦 洗作业，搅拌槽擦洗效果不佳而搅拌磨机容易改变 矿物粒度且能耗较高，矿物专用的擦洗设备可以显 著提高擦洗效果而又不改变矿物的粒度。 G C X 型擦洗机叶轮及筒体结构形 式设计 2 ．1 叶轮结构形式 根据矿物擦洗的工艺要求，无介质擦洗机的主 要作用是依靠搅拌装置的旋转来带动矿石颗粒与颗 粒之间产生冲击、磨剥等作用，达到擦洗、磨光的目 的r 3 ] 。擦洗时，要使物料保持一定的运动形态，使颗 粒与颗粒之间增加接触来达到擦洗的作用。搅拌装 置是影响擦洗效果优劣的关键因素，常用搅拌装置 的结构形式多种多样 如图l 所示 ，不同结构形式 的搅拌装置提供的输入能量及流场不尽相同。由于 折叶开启涡轮式叶轮拥有较强的对流循环、湍流扩 散、剪切流，适用于低黏度液混合、分散、溶解等多种 场合，且该叶片式搅拌装置结构简单，加工成本低， 在工业现场应为较为广泛，故G C X 型擦洗机选用折 叶开启涡轮式作为搅拌器j 。 基金项目围家自然科学基金资助项目 5 1 6 0 4 0 2 7 ；5 16 7 4 0 3 3 收稿日期2 0 1 8 一l O2 2修回日期2 0 1 9 一0 2 一0 9 作者简介姚建超 1 9 8 9 一 ．男，f 可- 1 1 衡水人，硕士，工程师，主要从事粉磨设备设计优化等方面的研究工作。 万方数据 2 0 1 9 年第2 期姚建超等G C X 型无介质高效擦洗机的研制 8 5 坐汰北 浆式勰鬻秣瑟 占出幽 齿片式黼 锚式 乩咖 框式螺带式螺杆式 图1常见搅拌装置结构形式 F i g ．1 C o m m o ns t r u c t u r eo fs t i r r i n gd e v i c e s 2 ．2 搅拌装置结构形式 矿物的擦洗需要强烈的紊流作用，因此在高效 擦洗机的搅拌主轴上设置了四层叶轮，且相邻两层 叶轮的旋转方向相反。当搅拌装置旋转时上部叶轮 将上层物料向下推进，下部叶轮将下层物料向上推 进，增加了矿物之间的相互碰撞、摩擦概率，如图2 所示，物料在上下叶轮之间产生高速碰撞、摩擦，提 高了擦洗强度，最大程度发挥了搅拌装置的擦洗 作用。 2 ．3 简体结构形式 为了增加矿物之间的碰撞概率和物料的紊流程 度，筒体外形设计为正八边形，有效减弱圆形筒体存 在的缺点和弊端，保证足够的搅拌强度。筒体底部 周边设计成一定的坡度，最大程度减小物料沉积，保 证物料的均匀性。 为了使物料得到充分搅拌并避免产生死角以及 物料短路等现象，如图2 所示将两个简体通过隔板 隔开，以减少相互干扰；并在隔板底部开设流通口， 以延长物料的流通路径，增加物料的驻留时间，确保 物料在高强度搅拌区域的充分擦洗，获得最佳的擦 洗效果。 铲尊通9 o 曹一匙夥。 札 匝丑 PI 图2 擦洗机结构示意图 F i g ．2 S t r u c t u r ed i a g r a mo fs c r u b b e r 3G C X 型擦洗机关键参数设计 同的结构参数及运行参数会对擦洗效果产生影响， 结构参数主要有叶片倾角、叶轮直径、叶片个数等， 运行参数主要有物料的浓度、搅拌装置的工作转速 等。擦洗作业中物料在搅拌装置的强烈作用力下进 行高度碰撞、摩擦来达到擦洗提纯的目的，物料的黏 度、粒度及黏度等都会影响最终的擦洗效果，如何确 定最优的结构参数及运行参数是提高物料擦洗效果 的关键，在G C X 型无介质擦洗机的设计过程中，搅 拌装置的结构、简体结构、传动方式及输入功率匹配 是考虑的重点。 3 ．1 搅拌装置 搅拌装置是保证擦洗效果的关键部件，G C X 型 无介质擦洗机搅拌装置采用可拆卸结构，便于维修 及更换，同时搅拌叶轮采用高强度合金钢制造并衬 有耐磨涂层，可以显著提高设备的使用寿命，降低备 品备件消耗成本。影响擦洗效果的搅拌装置结构参 数主要有叶片倾角、叶片个数、叶轮直径及叶轮 转速。 3 ．1 ．1 搅拌装置叶片倾角研究 叶片倾角对擦洗机内部流场分布影响较大，倾 角较小时，筒体内除叶片周围外其它区域内流体速 度较低；倾角为3 0 。～6 0 。时，筒体内搅拌作用趋于强 烈，从上至下流体形成强烈的湍流运动，有力地强化 了对物料的擦洗作用；倾角为9 0 。时，筒体内搅拌作 用最为强烈，但是在叶轮与筒壁之间的环形区域内 流体的轴向流动较小，几乎没有湍流运动，此时对于 物料的擦洗作用提升效果有限。由此可见，当叶片 倾角逐渐增大时，流体的流速逐渐升高，而流体的径 向流速先升高后下降，故叶片倾角在3 0 。～6 0 。范围 内时擦洗机内部的流场运动更有利于物料的擦 洗口] 。通过计算机流体力学仿真方法可以得出简体 内部流场分布的流线图 图3 及速度云图 图4 。 f ∞ ● g 赵 馏 5 4 3 e 0 0 0 3 6 2 e O ∞ 图3 筒体内部流线图 擦洗机的擦洗作业是一个非常复杂的过程，不 F i g 3T h ei n t e r n a lf l o wl i n ec h a r to ft h et a n k 蜮亳．橹心寥m 蜜黻澎 一●．．Ⅲ一一。一一一，*p．．、f弘。∥1“I 蕈 型 万方数据 8 6 有色金属 选矿部分2 0 1 9 年第2 期 ， ∞ ● 吕 赵 制 48 1 2 e 0 0 0 4 ．2 7 8 e 0 0 0 3 ．7 4 3 e 0 0 0 3 ．2 0 8 e 0 0 0 2 ．6 7 4 e 0 0 0 2 ．1 3 9 e 0 0 0 1 ．6 0 4 e 0 0 0 10 6 9 e 0 0 0 5 ．3 4 7 e - 0 0 1 O ．0 0 0 e 0 0 0 图4 筒体内部速度云图 F i g ．4 T h ei n t e r n a lv e l o c i t yc o n t o u ro ft h et a n k 3 ．1 ．2 搅拌叶轮的叶片个数研究 在其它条件相同的情况下，叶轮上叶片数目越 多，简体内流体的湍流运动越强烈，流体在径向及轴 向上的运动也更为强烈，故物料的擦洗作用也更为 强烈。虽然在一定程度上增加叶片数量有利于增加 擦洗机内部的流场运动，但是叶轮上叶片的数量也 并非越多越好，叶片数目越多加工制造难度也越大， 耐磨防腐越困难，制造成本也越高，因此经过综合考 虑，叶轮上叶片数量最多为5 个，这样即保证了足够 的擦洗强度，又便于加工制造。 3 ．1 ．3 搅拌装置中叶轮直径研究 擦洗机的叶轮边缘区域线速度最高，此区域范 围内的物料运动强烈，碰撞次数及摩擦力最大，在叶 轮转速不变的情况下，叶轮直径增大有助于强化擦 洗机的擦洗作用，但是叶轮直径不能过大，叶轮外缘 与筒体内壁之间的环形间隙过小会影响物料的上下 循环运行，降低了擦洗效果，另外如果叶轮直接过大 会加快筒体内壁的磨损速度，影响使用寿命，因此叶 轮直径的选择需要综合考虑简体结构、搅拌器转速 等因素的影响。 3 ．2 筒体结构 考虑增强物料的流动之后，筒体采用正八边形 型设计，两个相邻的简体之间设有隔板，隔板底部设 有流通口，可以避免物料短路，显著增加物料的驻留 时间，提高强力擦洗作用区域通过时间，强化擦洗效 果。电机座板采用对称结构布置，有效平衡了筒体 的载荷，有利于降低筒体的振动，提高设备的使用寿 命，对电机座板进行有限元应力分析 如图5 所示 ， 合理布置筋板，提高座板的承载能力并降低成本。 3 ．3 传动方式 现有的搅拌设备大多采用皮带传动、减速机传 动、皮带加减速机两级传动等三种传动形式，不同的 传动形式可以满足多种传动比和不同的应用场合。 对于矿物擦洗机希望其拥有较强的擦洗能力，设备 应有较高的转速，但是如果搅拌器的转速过大，一方 面搅拌器叶轮对矿物的碰撞加剧，容易使颗粒较大 的物料破碎，降低产品成品率，同时加剧设备的磨 损，因此搅拌器转速应有一个合理的选择范围，根据 搅拌类设备的应用经验，选定搅拌器转速为1 0 0 ～ 1 5 0r ／m i n 之间，并可以实现一定的调速功能。 ■意篡 图5电机座板有限元应力分析 F i g ．5 S t r e s sa n a l y s i so fm o t o rf r a m ep l a t e 为实现搅拌装置的调速性能，常用的有两种解 决方案①变频电机 减速机、②电机 皮带传动 减速机，选用①方案时需要配备变频电机和变频启 动柜，设备的成本较高，而方案②可以通过更换皮带 轮的方式进行有级调速，且使用皮带传动有利于设 备的过载保护，在同样满足变转速的前提下，方案② 较方案①可以降低成本3 0 ％左右，故最终设备的传 动方式采用皮带加减速机的二级传动方式。 3 ．4 输入功率匹配 确定了搅拌装置的结构参数及传动装置参数， 可以通过C F D 建立与设计值相同的仿真模型，通过 仿真计算可以得出在清水状态下搅拌装置的净输人 功率，根据输入功率计算表 表1 初步选定G C X 型 擦洗机用电机功率。 P 一 巳笆 全 垦 6 0 1 - 0 26 0 3 表1 T a b l e1 输入功率计算表 I n p u tp o w e rc a l c u l a t i o n 下转第9 0 页 几㈠二二二二矧浏蚓一 万方数据 9 0 有色金属 选矿部分2 0 1 9 年第2 期 且是就地改造项目，受规模和场地限制，决定采用方 案二进行设计。 4 在大型镍铜矿半自磨回路中的应用 金川I 公司新建的1 10 0 0t ／d 大型半自磨镍铜选 矿厂，根据处理量选用了3 台K C Q 4 8 型尼尔森选 矿机，在尼尔森给矿管上设置气动调节阀，控制尼尔 森设备的给矿量。 尼尔森选矿机投产几个月来，已连续生产处理 了几十万吨原矿，在原矿贵金属品位A u0 ．1 1g ／t 、 P t0 ．1 9g ／t 的情况下，得到了品位A u6 0 ．9 5g ／t 、P t 2 1 8g ／t ，回收率A u2 9 ．9 2 ％，P t6 1 ．9 6 ％的贵金属精 矿，取得了较好的品位及回收率指标，并且尼尔森系 统还处于进一步的优化调试中。 5结论 尼尔森选矿机近年来在金矿有色金属矿山得到 了广泛应用，多用于在常规磨矿回路中对黄金等贵 金属矿物进行回收。金川公司通过半工业和工业试 验证实，在磨矿回路中回收金川镍矿中的金、铂贵金 属是有效的。从尼尔森设备投产初期的生产数据可 见，在大型镍铜半自磨回路中采用尼尔森设备回收 原矿中的贵金属是可行的，实现了贵金属矿物在磨 矿回路的早收快收，降低了贵金属矿物在浮选尾矿 中的损失，取得了良好的经济效益。 参考文献 [ 1 ] 张金钟，姜良友，吴振祥，等．尼尔森选矿机及其应用[ J ] ． 有色矿山，2 0 0 3 3 2 8 3 7 ． [ 2 ] 杨思军．尼尔森重选在两段磨矿中的配置研究及实践 [ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 1 7 2 6 47 1 ． [ 3 ] 黄晟，吕兵超，廖银英，等．提高某多金属矿伴生金回 收技术研究[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 17 4 4 6 5 1 ． [ 4 ] 夏菊芳．尼尔森离心选矿机在祁雨沟金矿采用的可行性 探讨[ J ] ．有色矿山，1 9 9 8 4 2 9 3 2 ． [ 5 ] 赵敏捷，方建军，李国栋，等．尼尔森选矿机在国内外选矿 中的应用与研究进展[ J ] ．矿产保护与利用．2 0 1 6 4 7 37 8 ． 上接第8 6 页 』灶毒五 参考文献 1 ’。阳 [ 1 ] 刘光天．内蒙硅砂除铁可选性研究E J ] ．玻璃，2 0 0 0 ． G C X 型无介质擦洗机结构简单，备品备件少， 纠几1 - 4 , 篓要享篓竺盒翟曼磐望碧竺三等篓竺警瞳3 然篇溯, 2 0 1 柏4 , 3 5 埘 2 , , 2 帕62 8 朗．撇烈阳艳 拌槽及搅拌磨机，擦洗效果优异，无需添加研磨介 [ 3 ] 磊萎苫』1 薪主赢擦洗机的研究与开发[ J ] ．有色冶金设 质，节能高效，是磷矿、石英、云母、钼矿等多种矿物 计与研究，1 9 9 7 ，4 1 8 4 7 5 1 ． 理想的擦洗提纯设备，对于大中型选厂的提纯除杂 [ 4 ] 王凯，虞军．搅拌设备[ M ] ．北京化学工业出版社， 作业有十分广泛的应用前景。 2 0 0 3 1 2 1 3 ． 万方数据