KYF磷礦用浮選機(jī)研制

磷礦是制取磷肥和生產(chǎn)黃磷、磷酸及其他多種磷化產(chǎn)品的重要化工原料礦物，具有基礎(chǔ)化工原料和支農(nóng)原料雙重屬性，在國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展中具有重要地位和作用。隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對磷資源的需求量在不斷的擴(kuò)大，磷礦資源的大量消耗給我國磷礦資源的未來帶來了隱患。我國現(xiàn)有磷礦資源呈現(xiàn)出富礦資源少，中低品位礦多，礦物顆粒細(xì)，嵌布緊密，有害雜質(zhì)多，選礦難度非常大等特點(diǎn)，而浮選方法是目前世界上最為有效的選礦工藝，因而對于磷礦的工藝流程、藥劑制度及設(shè)備設(shè)計等進(jìn)行研究是選礦工作者長期以為的研究方向。

北京礦冶研究總院長期致力于設(shè)計及制造各種類型的選礦設(shè)備，結(jié)合磷礦具有浮選泡沫量大、泡沫黏度大、流動性差等特點(diǎn)，研制出磷礦專用的浮選機(jī)。該浮選機(jī)滿足了磷塊巖浮選工藝對浮選機(jī)的特殊要求，使我國選磷浮選機(jī)技術(shù)達(dá)到并超過了國內(nèi)外先進(jìn)水平，目前選磷浮選機(jī)已形成了單槽容積為1~200m3的系列機(jī)型，共16種規(guī)格。

1、KYF磷礦用浮選機(jī)的研制

1.1、KYF磷礦用浮選機(jī)設(shè)計原則

根據(jù)浮選機(jī)設(shè)計方法及浮選流體動力學(xué)理論，結(jié)合磷礦選礦工藝特點(diǎn)，確定浮選機(jī)內(nèi)部有用礦物顆粒與氣泡的碰撞、黏附、脫附過程及其物理因素對此過程的影響因素，提出選磷浮選機(jī)最佳流體動力學(xué)參數(shù)，并據(jù)此提出適于KYF磷礦用浮選機(jī)的設(shè)計原則。

1）充氣量可調(diào)范圍大，調(diào)整精度高，其最小充氣量要能調(diào)到0.05m3/m2.min左右。

2）浮選機(jī)液面要平穩(wěn)，由于磷礦在氣泡上附著力不強(qiáng)，因此要保持分離區(qū)礦漿穩(wěn)定，否則會造成已附著的礦粒脫落，影響分選指標(biāo)。

3）磷礦常規(guī)的浮選方法有直接浮選、反浮選、正—反浮選、反—正浮選及雙反浮選工藝。KYF磷礦用浮選機(jī)綜合考慮磷礦浮選特點(diǎn)，槽內(nèi)攪拌力不能太強(qiáng)，以免影響氣泡礦化，同時也不能太弱，因為磷礦物沉降速度快，易發(fā)生沉槽，因此選磷浮選機(jī)攪拌力要適中。任愛軍、魏明安等通過研究葉輪轉(zhuǎn)速對硅鈣質(zhì)膠磷礦雙反浮選的影響也證明了其要求的攪拌力的范圍較窄。

4）磷礦捕收劉主要分為改性脂肪酸、陽離子捕收劑、兩性捕收劑、混合捕收劑等，磷礦選礦抑制劑主要有磷酸鹽類抑制劑和含磷礦物抑制劑等。磷礦選礦中通常不僅要脫硅還要脫鎂，使用的脂肪酸類藥劑常會使礦漿中氣泡更小，上升速度更慢，礦漿中含有大量微泡，因此要求葉輪—定子系統(tǒng)滿足槽內(nèi)含有大量微細(xì)氣泡的浮選動力學(xué)要求。

5）同時大量的捕收劑和抑制劑的加入使得磷礦浮選泡沫細(xì)而黏，從槽內(nèi)排出的泡沫不易破碎，流動性很差，浮選機(jī)要求及時快速回收泡沫，同時要考慮中礦泡沫返回問題，保證流程暢通。

6）由于磷礦浮選對于充氣量較為敏感，補(bǔ)加水量及藥劑用量均對選礦指標(biāo)有較大的影響，因而先進(jìn)的自動控制系統(tǒng)對于保證浮選機(jī)的工藝性能是非常必要的。

KYF磷礦用浮選機(jī)除了滿足上述要求外，還應(yīng)滿足如結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、功耗低、易損件壽命長和容易維修等常規(guī)浮選機(jī)的要求。

1.2、KYF磷礦用浮選機(jī)主要結(jié)構(gòu)及參數(shù)設(shè)計

根據(jù)設(shè)計原則要求，KYF磷礦用浮選機(jī)采用外加充氣式，充氣量可任意調(diào)節(jié)。該設(shè)備由葉輪、空氣分配器、定子、主軸、軸承體和槽體等組成，結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。浮選機(jī)的工作原理是：當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時，由鼓風(fēng)機(jī)給入的低壓空氣經(jīng)過空心軸，空氣分配器進(jìn)入葉輪葉片間，與此同時，葉輪從槽底部抽吸槽內(nèi)礦漿，與空氣在葉輪葉片間充分混合后，由葉輪周邊排出，經(jīng)定子穩(wěn)流定后向后進(jìn)入槽中，礦化氣泡上升到槽子表面形成泡沫層。

從對KYF磷礦用浮選機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理的分析可知，此類浮選機(jī)的關(guān)鍵部件與常規(guī)浮選機(jī)設(shè)計重點(diǎn)應(yīng)放在槽體、葉輪和定子上。

1.2.1、槽體設(shè)計

KYF磷礦用浮選機(jī)槽底設(shè)計成“U”形，有利于粗重礦粒向槽中心移動，避免沉砂。由于外部充氣，葉輪不需要負(fù)壓吸氣，因而可采用深槽設(shè)計。加大槽深可以使得氣泡上升距離增大，氣泡與礦物顆粒碰撞幾率加大，氣泡在槽內(nèi)的彌散更為均勻。同時加大槽體深度，在浮選機(jī)容積固定的情況下，可以減少浮選機(jī)長寬，這樣廠房的占地面積減小。

深槽設(shè)計可使浮選機(jī)葉輪直徑減小，有利于功耗的降低，同時浮選機(jī)葉輪距離溢流堰更遠(yuǎn)，攪拌力對液面的影響減小。

對于磷礦反浮選工藝，由于礦漿常在酸性環(huán)境中進(jìn)行浮選，因而槽體常需要防腐耐磨處理，保證設(shè)備的穩(wěn)定性。

1.2.2、葉輪設(shè)計

葉輪是機(jī)械攪拌式浮選機(jī)最為關(guān)鍵的部件，其設(shè)計制造質(zhì)量決定了浮選機(jī)的機(jī)械性能與浮選工藝性能。KYF磷礦用浮選機(jī)的葉侏羅紀(jì)設(shè)計主要考慮下列問題：1）攪拌力要適中，不應(yīng)在槽內(nèi)造成大大的速度頭（葉輪圓周速度）。速度頭過大不僅會造成分選區(qū)不穩(wěn)定、液面翻花，降低有用礦物的回收，同時還增加了不必要的功率消耗。2）礦漿循環(huán)量要大，要有利于礦粒懸浮和空氣分散。3）礦漿流線合理。4）結(jié)構(gòu)簡單，功耗低，使用壽命長。

葉輪形狀：選磷浮選機(jī)的葉輪設(shè)計成葉輪片后傾、高比轉(zhuǎn)數(shù)葉輪，結(jié)構(gòu)如圖2所示。后傾葉片流量大、理論壓頭低，且總理論壓頭中動壓頭較小，功耗低；高比轉(zhuǎn)速葉輪也具有流量大、壓頭小的特點(diǎn)，符合磷礦用浮選的設(shè)計要求。

葉輪直徑：葉輪直徑是影響選別指標(biāo)的重要參數(shù)之一。根據(jù)磷礦用浮選機(jī)的設(shè)計要求，在實(shí)驗室對不同直徑的小型浮選機(jī)進(jìn)行試驗，確定基準(zhǔn)直徑后，再通過相似放大的方法確定工業(yè)型浮選機(jī)葉輪直徑。

葉輪轉(zhuǎn)速：葉輪轉(zhuǎn)速直接關(guān)系到浮選槽內(nèi)礦粒的懸浮以及氣泡和藥劑的分散，同時也對礦粒和氣泡的碰撞、脫落有重要影響。試驗表明，如果轉(zhuǎn)速低了，由于磷礦沉降速度較快，要么形成分層現(xiàn)象，要么形成積砂。如果轉(zhuǎn)速高了，則易造成表面翻花，無法形成穩(wěn)定的泡沫層，影響分選。因此，對磷礦浮選，應(yīng)在保證不沉槽的情況下，盡量采用較小葉輪轉(zhuǎn)速，有利于提高選磷工藝指標(biāo)。

1.2.3、定子設(shè)計

浮選機(jī)槽內(nèi)為氣-液-固三相混合區(qū)，在三相紊流區(qū)，需要較強(qiáng)的攪拌強(qiáng)度，使礦漿呈現(xiàn)紊流狀態(tài)，使礦粒與氣泡發(fā)生碰撞和黏附，但分選區(qū)和泡沫區(qū)則需要相對穩(wěn)定，因而定子必須能夠?qū)⑷~輪產(chǎn)生切向礦漿流轉(zhuǎn)化為徑向流，保證穩(wěn)定的分離區(qū)和泡沫區(qū)。KYF磷礦用浮選機(jī)采用懸空式徑向定子，由支腿固定在槽底，使定子下部區(qū)域礦漿流通面積大，有利于降低動力消耗，增強(qiáng)槽下部的循環(huán)和固定顆粒的懸浮。

1.2.4、CFD模擬

隨著計算流體力學(xué)（CFD）技術(shù)的發(fā)展，更多地對于給定條件下反應(yīng)器的流體流動狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測成為可能。國內(nèi)外大型選設(shè)備設(shè)計機(jī)構(gòu)均采用CFD對其新型設(shè)備進(jìn)行模擬，利用CFD能節(jié)約大量的研究經(jīng)費(fèi)，同時可以獲得試驗手段所不能得到的數(shù)據(jù)。通過CFD數(shù)值模擬，其結(jié)構(gòu)和流體動力學(xué)特性如圖3和圖4。由圖可知， KYF磷礦用浮選機(jī)槽體內(nèi)的流體動力學(xué)狀態(tài)和氣體分散狀況，浮選機(jī)攪拌力適中，氣體分散均勻，與設(shè)計一致，可滿足工業(yè)生產(chǎn)要求。

2、結(jié)語

KYF磷礦用浮選機(jī)在國內(nèi)外率先成功地解決了磷礦選別要求充氣量小、泡沫量大、泡沫黏難破碎輸送等難題，實(shí)現(xiàn)了在小充氣量、低轉(zhuǎn)速的同時保證礦漿懸浮等磷礦選別的要求。通過CFD流體力學(xué)模擬進(jìn)一步證明KYF磷礦用浮選機(jī)設(shè)計合理，能滿足設(shè)計要求。