高效矿浆搅拌槽试验研究.pdf

第3 2 卷 2 0 1 2 年0 8 月 矿冶 工 程 M I N I N GA N DM E T A L L U R G I C A LE N G 姗E R 矾G V 0 1 ．3 2 A u g u s t2 0 1 2 高效矿浆搅拌槽试验研究① 朱凯，刘排秧 长沙矿冶研究院有限责任公司，湖南长沙4 1 0 0 1 2 摘要对c K ①2i n 2m 高效矿浆搅拌槽进行了清水正交试验和人工配矿条件验证试验。考查了叶片倾角、叶轮安装高度、叶轮 转速及矿浆浓度等因素对搅拌强度和搅拌均匀度的影响。结果表明，叶片倾角4 5 。，叶轮安装高度6 0m i T t ，叶轮转速1 9 6r ／m i n 为该 搅拌槽的最佳工艺参数组合，在此条件下可适应浓度低于6 0 ％的矿浆的搅拌，且此时能耗较低。 关键词高效搅拌槽；工艺参数；正交试验；条件试验 中图分类号T I M 6 3文献标识码A 文章编号0 2 5 3 6 0 9 9 2 0 1 2 0 8 0 1 9 2 0 3 搅拌槽是选矿工艺中重要的辅助设备之一，浮选 厂中，浮选前矿浆与药剂的混匀搅拌；重选厂中，重介 质的制备等都要用到搅拌槽；在化工方面搅拌槽也用 得较多。搅拌槽的主要作用是为下道作业创造必要的 良好条件。3o 。目前广泛使用的是螺旋桨式叶轮搅拌 槽，该种型式的搅拌槽在搅拌大比重、高浓度的矿浆 时，由于搅拌强度不够，容易产生沉槽，甚至压死的现 象，而且叶轮寿命短，更换频繁，影响选别作业【4 “] 。 为解决上述问题，长沙矿冶研究院进行了高效搅拌槽 的开发研制“。。本文通过对C K ①2m 2m 高效矿 浆搅拌槽工艺参数的试验研究，以寻求高效搅拌槽工 艺参数的最优匹配。 1 试验设备的结构及工作原理 高效矿浆搅拌槽槽体规格为位mX 2m ，其结构 如图1 所示，主要由槽体、电机传动部件、搅拌轴部件、 导流整流装置等组成。导流整流装置固定在槽内底部 中央，搅拌轮为下掠式异形搅拌轮，叶轮直径固定，叶 片安装倾角根据需要可以调节。通过搅拌轮和导流整 流装置的作用，槽内矿浆按“w ”形流迹上下激烈循 环，同时在槽体与导流整流装置之间，形成与搅拌轮转 动方向相反的矿浆流，对目的矿物表面进行强力擦洗， 有利于改善油药作用条件，强化矿化效果。具有能耗 低、弥散均匀、搅拌强烈、搅拌轮使用寿命长、固相不沉 槽等特点。 2 正交试验 2 ．1 试验方法与结果 本试验的目的是为了寻找搅拌槽的最佳工艺参数 组合，以最大程度提升搅拌效果 搅拌强度 。试验 图1 中2r r l 2m 高效矿浆搅拌槽结构示意 1 传动皮带及安全罩；2 搅拌轴部件；3 电机部件； 4 大梁；5 槽体；6 玻璃管液位计；7 导流整流装置 中，搅拌强度用插入槽内的玻璃管水柱上升的高度来 表示，玻璃管内径为5m m ，插入液面的深度为1 ．2m ， 矿浆面距槽体上缘为0 ．2m 。 在清水条件下，当叶轮直径一定时，影响搅拌强度 的直接因素有叶轮安装高度、叶片倾角以及叶轮转速， 选择三因素三水平L 9 3 4 正交表，实验设计见表1 ，依 照正交表设计的试验方案进行搅拌试验，试验结果及 极差分析结果见表2 。 2 ．2 分析与讨论 从极差的计算结果可以看出，叶片安装倾角是影 响高效搅拌槽搅拌强度的最显著因素，其次是叶轮转 速，而叶轮安装高度影响相对不显著，最佳水平为 A 。B 。C ，，即叶轮安装高度6 0m m 、叶片安装倾角4 5 。和 叶轮转速2 1 8 m i n 。 ①收稿日期2 0 1 2 - 0 3 - 2 0 作者简介朱凯 1 9 8 6 一 ，男，山西山阴人，硕士研究生，研究方向为多相浆体搅拌调和技术与装备。 万方数据 2 0 1 2 年0 8 月朱凯等高效矿浆搅拌槽试验研究 表1k 3 4 正交试验设计 表2 搅拌强度乙{ 3 4 正交试验及极差计算结果 序号 ABC 搅拌强度 水柱高／m m 1 2 3 4 5 6 7 8 9 矗l i 七2 ， 七3 J 后l f ％ k 3 i R 优水平 3 验证试验 3 ．1 试验方法 经过清水正交试验和极差分析，高效搅拌槽的最 佳工艺条件为A B C 。，在此基础上，为进一步寻找和 验证高效搅拌槽搅拌矿浆时的最佳工艺参数，采用人 工方法配制了各种浓度的矿浆。考虑到生产中重而粗 的矿粒易产生沉槽现象，采用密度为4 ．3g ／c m 3 、粒度 为一0 ．0 7 4m m 粒级占7 0 ％的铁精矿作为配制矿浆的 物料，分别将A 、B 和c ，作为条件，进行单个条件验 证试验。 为检测矿浆在搅拌槽内搅拌的均匀程度以及是否 有沉积的现象，采用测定试样浓度和快速筛析测定其 中一0 ．0 7 4m m 粒级含量的办法进行试验。当测定表 层矿浆浓度低于试样的原配矿浆浓度，且一0 ．0 7 4m m 粒级含量高于试样中一0 ．0 7 4m m 粒级含量时，表示有 沉槽现象。 3 ．2 试验结果与分析 3 ．2 ．1叶轮叶片倾角试验在配矿浓度为3 3 ％、固 定叶轮转速为2 1 8r ／r a i n 和叶轮安装高度为6 0m m 的 条件下进行了不同叶片倾角的试验，结果见图2 。 零 ＼ 划 艇 藤 翅 叶片倾角／ 。 图2 叶片倾角对搅拌均匀程度的影响 从图2 中看出，叶片倾角从2 5 。增加到4 5 。时，检测 的表层矿浆浓度显著提高，从1 7 ％增加到3 3 ．6 ％，逐步 接近原配浓度3 3 ％，而检测粒度一0 ．0 7 4m m 粒级含量 从9 3 ．1 ％下降到6 9 ．0 ％，接近原配粒度 一0 ．0 7 4m m 粒级含量占7 0 ％ 。当叶片倾角由4 5 0 继续增大到 5 0 。时，检测的表层矿浆浓度又急剧下降，同时检测粒 度急剧变粗，均偏离原配浓度3 3 ％，粒度一0 ．0 7 4m m 粒级占7 0 ％。这是因为叶片倾角过小时，搅拌桨叶产 生的流动以轴向流为主，叶片倾角过大时，搅拌桨叶产 生的流动则以径向流为主，二者均不利于浆液在导流 整流装置内合理流动，流动会被整流装置阻挡而减弱， 加剧整流装置磨损，对导流整流装置外面的浆液产生 的扰动较小，搅拌均匀度不足，有沉槽现象。而在4 5 。 倾角时，搅拌桨叶产生的流动为相等的主导轴向流带 径向流，有利于浆液在导流整流装置内顺利流过，对装 置外的浆液产生强烈剪切扰动，搅拌均匀．，故叶片倾角 仍以4 5 0 为宜。 3 ．2 ．2 叶轮安装高度试验在配矿浓度为3 3 ％、固 定叶轮转速为2 1 8r ／m i n 和叶片倾角为4 5 。的条件下 进行了不同叶轮安装高度试验，结果见图3 。 零 ＼ 魁 嶷 嚣 镗 叶轮安装高度／m m 图3叶轮安装高度对搅拌均匀程度的影响 琴 ＼ 咖 缸 慰 梨 甚 暑 o 毒 由图3 可以看出，随着叶轮安装高度的增加，检测 的表层矿浆浓度先增大后减少，而检测粒度一0 ．0 7 4 弱论酩∞孵舵邪巧药 。，，。，。墨|呈揶舛舶船孔q。，。，，o啪瑚m∞“钾“耽 。，。，o，m m m％∞笛M如 万方数据 矿冶工程第3 2 卷 m m 粒级含量先减小后增大，但二者变化均不明显，在 叶轮安装高度为6 0m m 时达到极值，此时的检测浓度 为3 3 ．4 ％，检测粒度一0 ．0 7 4m m 粒级含量为6 8 ．0 ％， 均接近原配浓度3 3 ％和粒度一0 ．0 7 4m m 粒级含量 7 0 ％，综合考虑检测浓度和检测粒度，确定叶轮安装高 度仍为‘6 0m m 最佳。 3 ．2 ．3叶轮转速与矿浆浓度试验评价搅拌槽的效 果好坏，主要看槽内的物料是否搅拌均匀，从经济观点 说，在物料既不沉槽又能搅拌均匀的前提下单位容积 的功耗越低越好。搅拌槽搅拌功率P 按下式计算 P N p R N 3 d 5 式中札为搅拌功率准数，是搅拌雷诺数 及搅拌弗 鲁德数F r 的函数 N p K f 垫1 p f 盟19 K R d F r 。 、肛，、g 7 d 和Ⅳ分别为搅拌轮直径和转速；p 和舻为混合液的 密度和粘度；K 为方程式系数；_ p 和g 为方程式参数。 因此，当搅拌轮直径d 一定时，在固定叶片倾角为 4 5 。，叶轮安装高度为6 0m m 的条件下，进行了不同配 矿浓度下的转速试验，以寻求不同浓度下不发生沉槽 的最低转速和功耗，结果见表3 。 表3叶轮转速与矿浆浓度试验结果 叶轮转速配矿浓度工作电流检测浓度检测粒度 ／ r m i n _ 1 ／％／A／％一0 ．0 7 4m m 粒级含量／％ 从表3 中可知，叶轮转速是影响搅拌强度和功耗 的重要因素之一，在试验的配矿矿浆浓度2 8 ％～6 0 ％ 范围内，电机工作电流在l o 一1 0 ．8A 范围内时，搅拌 强度足以保证槽内矿粒不发生沉槽现象，而所需的电 能又较低。由此得出不同矿浆浓度下不沉槽的最佳转 速及功耗如表4 所示。 表4 不同浓度下不沉槽的最低转速及功率 由表4 综合考虑，采用叶轮转速为1 9 6r ／m i n ，可 适应浓度在6 0 ％以下的各种矿浆浓度的搅拌，且此时 能耗相对较低。 4 结语 1 影响高效搅拌槽搅拌强度和功耗的主要因素 是叶片的安装倾角，其次是叶轮转速，而叶轮的安装高 度对其影响较小。 2 在相同转速条件下，叶片安装倾角和叶轮安装 高度的最佳值分别是4 5 。和6 0m m ，且最佳值与搅拌 清水还是搅拌矿浆无关。 3 在最佳叶片安装倾角4 5 。和叶轮安装高度6 0 m m 条件下，叶轮转速为1 9 6r ／m i n ，可适应浓度在 6 0 ％以下的各种矿浆浓度的搅拌，且此时能耗相对 较低。 参考文献 [ 1 ] 王凯，冯连芳．混合设备设计[ M ] ．北京机械工业出版社， 2 0 0 0 ． [ 2 ]陈允中，汪霞倩．搅拌设备的设计与计算[ J ] ．石油化工设备技 术，1 9 9 7 ，t 8 6 1 3 2 1 ． [ 3 ] 王凯，虞军．化工设备设计全书搅拌设备[ M ] ．北京化 学工业出版社，2 0 0 3 ． [ 4 ]徐季亮．搅拌器的选型方法探讨[ J ] ．化工装备技术，1 9 9 1 ，1 2 5 2 4 3 0 ． [ 5 ] 来永斌，杨敏官．无挡板搅拌槽内固液悬浮的试验[ J ] ．江苏大 学学报，2 0 1 0 ，3 1 3 3 0 9 3 1 3 ． [ 6 ] 张竞，张志荣．某铬铁矿选厂的工艺设备升级改造[ J ] ．矿冶 工程，2 0 1 1 2 3 9 4 1 ． [ 7 ] 王桂福．高效搅拌槽中国，8 0 1 0 5 9 9 9 [ P ] ．1 9 8 8 0 8 1 0 ． [ 8 ] 刘排秧，王桂福，易风英，等．高效搅拌槽中国，9 6 2 4 2 5 0 1 ．X [ P ] ， 1 9 9 8 0 7 0 1 万方数据