KYF磷矿用浮选机研制.pdf

有色金属 选矿部分 2 0 1 1 年增刊I D O I 1 0 ．3 9 6 9 ／／j ．i s s n l 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 1 ．z 1 ．0 5 1 K Y F 磷矿用浮选机研制 刘之能，曹亮，张跃军，付和生 北京矿冶研究总院，北京1 0 0 0 7 0 摘要针对磷矿选矿特点，研究K Y F 磷矿用浮选机的特殊设计原则，重点阐述K Y F 磷矿用浮选机的工作原理及主 要部件的设计依据，并采用C F D 技术对K Y F 磷矿用浮选机的流体动力学特性进行模拟。 关键词选磷；K Y F 磷矿用浮选机；C F D 中图分类号T I 4 5 6文献标识码A R e s e a r c ha n dA p p l i c a t i o no fK Y FP h o s p h a t eF l o t a t i o nC e l l L ／UZ h i n e n g 。C A OL i a n g 。Z h a n gY u e j u n ，嗣H e s h e n g B m j z 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 0 7 0 ，C h i n a A b s t r a c t B a s e do nt h ec h a r a c t e r i s t i co fp h o s p h a t eo r e ，t h i sp a p e rs t u d i e st h es p e c i a ld e s i g np r i n c i p l e o fp h o s p h a t ef l o t a t i o nc e l l ，w h i c he m p h a s i z e so nt h ew o r k i n gp r i n c i p l eo fK Y Fp h o s p h a t ef l o t a t i o nc e l la n d t h ed e s i g nb a s i so fm a i np a r t s ，f u r t h e r m o r e ．C F Dt e c h n o l o g yi s a d o p t e d t os t i m u l a t et h ef l u i d d y n a m i c c h a r a c t e r i s t i co fK Y Fp h o s p h a t ef l o t a t i o nc e l l K e yw o r d s p h o s p h a t ef l o t a t i o n ；K Y Ff l o t a t i o ne e H ；C F D 磷矿是制取磷肥和生产黄磷、磷酸及其他多种 磷化产品的重要化工原料矿物，具有基础化工原料 和支农原料双重属性，在国民经济和社会发展中具 有重要地位和作用[ I 】。随着国民经济的快速发展， 对磷资源的需求量在不断的扩大，磷矿资源的大量 消耗给我国磷矿资源的未来带来了隐患。我国现有 的磷矿资源呈现出富矿资源少，中低品位矿多，矿 物颗粒细，嵌布紧密，有害杂质多，选矿难度非常 大等特点[ 2 】，而浮选方法是目前世界上最为有效的 选矿工艺，因而对于磷矿的工艺流程、药剂制度及 设备设计等进行研究是选矿工作者长期以来的研究 方向。 北京矿冶研究总院长期致力于设计及制造各种 类型的选矿设备[ 3 ] ，结合磷矿具有浮选泡沫量大、 泡沫黏度大、流动性差等特点，研制出磷矿专用的 浮选机。该浮选机满足了磷块岩浮选工艺对浮选机 的特殊要求，使我国选磷浮选机技术达到并超过了 国内外先进水平，目前选磷浮选机已形成了单槽容 积为1 - 2 0 0m 3 的系列机型。共1 6 种规格。 1 K Y F 磷矿用浮选机的研制 1 ．1K Y F 磷矿用浮选机设计原则 根据浮选机设计方法及浮选流体动力学理论[ 4 】， 结合磷矿选矿工艺特点，确定浮选机内部有用矿物 颗粒与气泡的碰撞、黏附、脱附过程及其物理因素 对此过程的影响因素，提出选磷浮选机最佳流体动 力学参数，并据此提出适于K Y F 磷矿用浮选机的 设计原则。 1 充气量可调范围大，调整精度高，其最小 充气量要能调到0 ．0 5m 3 ] m 2 m i n 左右。 2 浮选机液面要平稳，由于磷矿在气泡上附 着力不强，因此要保持分离区矿浆稳定，否则会造 成已附着的矿粒脱落，影响分选指标。 3 磷矿常规的浮选方法有直接浮选、反浮选、 正一反浮选、反一正浮选及双反浮选工艺。K Y F 磷 矿用浮选机综合考虑磷矿浮选特点，槽内搅拌力不 收稿日期2 0 1 l 埘一1 4 作者简介刘之能 1 9 8 2 - ，男。甘肃天水人．助理工程师，从事有色金属浮选工艺及选矿设备研究。 万方数据 2 0 1 1 年增刊1刘之能等K Y F 磷矿用浮选机研制 2 2 1 能太强，以免影响气泡矿化，同时也不能太弱，因 为磷矿物沉降速度快，易发生沉槽，因此选磷浮选 机搅拌力要适中。任爱军、魏明安等【5 ] 通过研究 叶轮转速对硅钙质胶磷矿双反浮选的影响也证明了 其要求的搅拌力的范围较窄。 4 磷矿捕收剂[ e ] 主要分为改性脂肪酸、阳离 子捕收剂、两性捕收剂、混合捕收剂等，磷矿选矿 抑制剂主要有碳酸盐类抑制剂和含磷矿物抑制剂 等。磷矿选矿中通常不仅要脱硅还要脱镁，使用的 脂肪酸类药剂常会使矿浆中气泡更小，上升速度更 慢。矿浆中含有大量微泡，因此要求叶轮一定子系 统满足槽内含有大量微细气泡的浮选动力学要求。 5 同时大量的捕收剂和抑制剂的加入使得磷 矿浮选泡沫细而黏，从槽内排出的泡沫不易破碎， 流动性很差，浮选机要求及时快速回收泡沫，同时 要考虑中矿泡沫返回问题，保证流程畅通。 6 由于磷矿浮选对于充气量较为敏感，补加 水量及药剂用量均对选矿指标有较大的影响，因而 先进的自动控制系统对于保证浮选机的工艺性能是 非常必要的。 K Y F 磷矿用浮选机除了满足上述要求外，还 应满足如结构简单、操作方便、功耗低、易损件 寿命长和容易维修等常规浮选机的要求。 1 ．2K Y F 磷矿用浮选机主要结构及参数设计 根据设计原则要求，K Y F 磷矿用浮选机采用 外加充气式，充气量可任意调节。该设备由叶轮、 空气分配器、定子、主轴、轴承体和槽体等组成， 结构图如图1 所示。浮选机的工作原理是当叶轮 旋转时，由鼓风机给人的低压空气经过空心轴、空 气分配器进入叶轮叶片间，与此同时，叶轮从槽底 部抽吸槽内矿浆，与空气在叶轮叶片间充分混合 后，由叶轮周边排出，经定子稳流定向后进入槽 中．矿化气泡上升到槽子表面形成泡沫层。 从对K Y F 磷矿用浮选机的结构和工作原理的 分析可知，此类浮选机的关键部件与常规浮选机设 计重点应放在槽体、叶轮和定子上。 1 ．2 ．1 槽体设计 K Y F 磷矿用浮选机槽底设计成“U ”形，有利 于粗重矿粒向槽中心移动，避免沉砂。由于外部充 气，叶轮不需要负压吸气，因而可采用深槽设计。 加大槽深可以使得气泡上升距离增大，气泡与矿物 颗粒碰撞几率加大，气泡在槽内的弥散更为均匀。 同时加大槽体深度，在浮选机容积固定的情况下， 可以减少浮选机长宽，这样厂房的占地面积减小。 承体 轴 体 气分配器 子 轮 图1 浮选机结构简图 F i g ．1 S t r u c t u r eo ff l o t a t i o nc e U 深槽设计可使浮选机叶轮直径减小，有利于功 耗的降低，同时浮选机叶轮距离溢流堰更远，搅拌 力对于液面的影响减小。 对于磷矿反浮选工艺，由于矿浆常在酸性环境 中进行浮选，因而槽体常需要防腐耐磨处理，保证 设备的稳定性。 1 ．2 ．2 叶轮设计 叶轮⋯是机械搅拌式浮选机最为关键的部件， 其设计制造质量决定了浮选机的机械性能与浮选工 艺性能。K Y F 磷矿用浮选机的叶轮设计主要考虑 下列问题。1 搅拌力要适中，不应在槽内造成太 大的速度头 叶轮圆周速度 。速度头过大不仅会 造成分选区不稳定、液面翻花，降低有用矿物的回 收，同时还增加了不必要的功率消耗1 7 ] 。2 矿浆 循环量要大，要有利于矿粒悬浮和空气分散。3 矿浆 流线合理。4 结构简单，功耗低，使用寿命长。 叶轮形状选磷浮选机的叶轮设计成叶片后 倾、高比转数叶轮，结构如图2 所示。后倾叶片流 量大、理论压头低，且总理论压头中动压头较小， 功耗低；高比转速叶轮也具有流量大、压头小的特 点，符合磷矿用浮选的设计要求。 叶轮直径叶轮直径是影响选别指标的重要参 数之一。根据磷矿用浮选机的设计要求，在实验室 对不同直径的小型浮选机进行试验，确定基准直径 后，再通过相似放大的方法确定工业型浮选机叶轮 直径。 叶轮转速叶轮转速直接关系到浮选槽内矿粒 的悬浮以及气泡和药剂的分散，同时也对矿粒和气 泡的碰撞、脱落有重要影响。试验表明，如果转速 低了，由于磷矿沉降速度较快，要么形成分层现 象，要么形成积砂。如果转速高了，则易造成表面 万方数据 2 2 2有色金属 选矿鄯分 【C ‘ C C C f ‘C ‘钐‘‘I ＼∥ ’、- ．一 图2 叶轮结构简图 F i g ．2 I m p e l l e rs t m c t L l 【_ e 翻花，无法形成稳定的泡沫层，影响分选。因此， 对磷矿浮选，应在保证不沉槽的情况下，尽量采用 较小叶轮转速，有利于提高选磷工艺指标。 12 ‘3 定子设计 浮选机槽内为气一液一同i 相混合区，在三相紊 流区，需要较强的搅拌强度，使矿浆呈现紊流状 态．使矿粒与气泡发生碰撞和黏附，但分选区和泡 沫区则需要相对稳定，因而定子“一必须能够将叶 轮产生的切向矿浆流转化为径向流，保证稳定的分 离区和泡沫区。K Y F 磷矿用浮选机采用悬空式径 向定子，由支腿固定在槽底，使定子下部区域矿浆 流通面积大，有利于降低动力消耗，增强槽下部的 循环和固体颗粒的悬浮。 1 ．2 ．4C F D 模拟 随着计算流体力学 C F D 技术的发展，更多 地对于给定条件下反应器的流体流动状态进行预测 成为可能。国内外大型的浮选设备设计机构均采用 C F D 对其新型设备进行模拟，利用C F D 能节约大 量的研究经费，同时可以获得试验手段所不能得到 的数据。通过C F D 数值模拟．其结构和流体动力 学特性如图3 和图4 。f } 1 图可知，K Y F 磷矿用浮选 机槽体内的流体动力学状态和气体分散状况，浮选 机搅拌力适中，气体分散均匀，与设计一致，可满 足工业生产要求。 2 结语 K Y F 磷矿用浮选机在国内外率先成功地解决 了磷矿选别要求允气量小、泡沫量大．泡沫黏难破 碎输送等难题，实现了在小充气量、低转速的同时 保证矿浆悬浮等磷矿选别的要求 通过C F D 流体 力学模拟进一步汪明K Y F 磷矿用浮选机设汁合理， 能满足设计要求， 图3 正常工作时。浮选槽内流体状态 F i g ．3 F l u i ds t a t u si nf l o t a t i o nc e l ld u r i n gn o r m a l o p e r a t i o n l 三 - _ 三 图4 正常工作时．浮选槽内空气分散状态 F i g ．4 A i rd i s p e r s es l a l a si nf l o t a t i o nc e l ld u r i n g n o r m a lo p e r a t i o n 参考文献 1 ] 方贤根我国磷资源的现状及开发利用对策[ J ] ．磷肥与 化r ，2 0 0 8 ，1 1 6 ；8 2 8 4 ． 2 ] 柏中能．张文彬云南磷矿与选矿 j 1 ．磷肥与氮肥． 2 0 1 0 3 7 3 7 6 3 1 耿连胜B G R I M M 系列浮选机J ] 矿业快报，2 0 0 1 1 0J 5 1 5 5 1 7 4 ] 郑居然几种浮选机对胶磷矿直接浮选工艺的适应性 [ J ] I M P 化T 矿物与加I 。，2 0 0 3 5 1 7 2 0 5 ] 任爱军，魏刖安．李松清，等叶轮转速对硅钙质胶磷矿 双反浮选的影响 J ] ．矿冶，2 0 1 0 f2 5 - 8 6 j 李成秀，文恬明．我J 到磷矿选矿现状及其进展『J _ 矿产资源 综合利用，2 0 1 0 f 2 2 2 - 2 5 7 ] 朱亮浮选机叶轮参数的选择J j ．西部探矿』{ 型， 2 0 0 8 1 2 1 7 9 一l8 2 8 ] 沈政昌，刘振春．卢世杰，等K Y F 一5 0 充气机械搅拌式浮 选机研制 J 。．矿冶．2 0 0 1 3 3 I 一3 7 9 1 S o n gT ，Z h o uJW ．S h e nZC C F DS i m u l a t i o no fG a s L i q u i dF l o wi naL a r g eS c a l eF I o I a l i o nC e l l J - C S I R O ， M e l b o l i m e - ．A u s t r a l i a ．2 0 0 9 9 一II i i m 册 “ “ 眦 Ⅲ 眦 啊 ‘‘． ～ h “ 轴 m “ 帅 船 ㈣u ● ● H 4 j p ■■1l川川二㈠㈠__■肼 万方数据