浮選機(jī)葉輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

浮選機(jī)的核心部件就是葉輪——定子結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，葉輪的結(jié)構(gòu)及工作條件直接影響浮選機(jī)的選別效果。隨著世界范圍內(nèi)資源的枯竭和原生礦石不斷的貧、細(xì)、雜化，對(duì)浮選機(jī)的研制提出了新的要求。而傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法都是根據(jù)理論和經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，然后通過(guò)樣機(jī)試驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整改進(jìn)，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、費(fèi)用大。利用pro/e的運(yùn)動(dòng)仿真和強(qiáng)大的分析功能，可以優(yōu)化設(shè)計(jì)方案縮短設(shè)計(jì)周期，降低設(shè)計(jì)試驗(yàn)費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)浮選機(jī)葉輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)，獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。

19世紀(jì)末，泡沫浮選開(kāi)始正式作為一種工業(yè)選礦方法在選廠中得到應(yīng)用，經(jīng)過(guò)100多年的發(fā)展，目前，泡沫浮選法己成為世界上選別礦物原料最主要的方法之一，而浮選機(jī)是浮選過(guò)程的最重要設(shè)備。浮選設(shè)備可以分為二類，即機(jī)械式浮選設(shè)備、浮選柱和反應(yīng)器，分離器式浮選設(shè)備。浮選柱因其獨(dú)特的浮選特點(diǎn)近年來(lái)己成為浮選設(shè)備研制的熱點(diǎn)，各種新型、高效浮選柱不斷的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用，使浮選技術(shù)進(jìn)入一個(gè)嶄新的階段。但在我國(guó)應(yīng)用最多、最廣泛的是機(jī)械式浮選機(jī)，其結(jié)構(gòu)性能的好壞將直接影響到礦物浮選分離效果和選礦技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的好壞。自上世紀(jì)60年代開(kāi)始，我國(guó)浮選機(jī)的研制經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，浮選機(jī)的規(guī)格、性能己基木達(dá)到了世界先進(jìn)水平，滿足了國(guó)內(nèi)選礦廠對(duì)礦石浮選的要求。我國(guó)應(yīng)用的浮選機(jī)類型以機(jī)械式浮選機(jī)為主，依照其供氣方式的不同，又可分為自吸氣機(jī)械攪拌式浮選機(jī)和充氣機(jī)械攪拌式浮選機(jī)。前者如XJF型、JJF型等浮選機(jī)；后者如XCF型、HCC型、CLF型和YX型等浮選機(jī)，其中我國(guó)應(yīng)用的浮選機(jī)以充氣機(jī)械攪拌式浮選機(jī)最廣泛。

葉輪系統(tǒng)是機(jī)械攪拌式浮選機(jī)最重要的工作元件，是過(guò)流部件的心臟，它由蓋板和中間的葉片及定子組成。根據(jù)液體從葉輪流出的方向，浮選機(jī)葉輪可分為離心式、混流式和軸流式3種形式。浮選機(jī)的性能好壞很大程度上取決于葉輪系統(tǒng)的工作，因此浮選機(jī)的研究重點(diǎn)之一就是對(duì)浮選機(jī)葉輪系統(tǒng)的研究。我們可以通過(guò)機(jī)械浮選機(jī)的發(fā)展，了解浮選機(jī)葉輪的發(fā)展過(guò)程。

1、浮選機(jī)研究現(xiàn)狀

我國(guó)浮選機(jī)品種繁多、規(guī)格各異，但按浮選機(jī)不同的應(yīng)用領(lǐng)域，可歸類為細(xì)粒浮選機(jī)、粗粒浮選機(jī)和其它新型浮選機(jī)。

1.1、細(xì)粒浮選機(jī)

細(xì)粒浮選是浮選技術(shù)的一大難題。針對(duì)細(xì)粒浮選的問(wèn)題，我國(guó)借鑒國(guó)外細(xì)粒浮選機(jī)己取得的成功經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)發(fā)出了多種細(xì)粒浮選設(shè)備。但現(xiàn)有細(xì)粒浮選機(jī)均普遍存在對(duì)細(xì)粒礦物浮選回收效果欠佳的問(wèn)題，有待于通過(guò)確定理想的細(xì)粒分選動(dòng)力學(xué)狀態(tài)開(kāi)發(fā)出新型細(xì)粒浮選設(shè)備來(lái)提高細(xì)粒浮選效果。我國(guó)自行研制成功的XYM型噴射浮選機(jī)是無(wú)攪拌機(jī)構(gòu)類型的浮選機(jī)，其攪拌裝置采用了帶有半拱擺線型濘氣葉片噴嘴，使礦漿呈螺旋狀從噴嘴噴出，增加了礦漿與空氣接觸面積和夾帶空氣能力，從而具有很高的充氣量。被高速噴射出的礦漿處于混合室的負(fù)壓區(qū)內(nèi)，呈過(guò)飽和狀態(tài)溶解于礦漿中的空氣，以微泡形式有選擇性地在疏水性礦漿表面析出，起到了強(qiáng)化氣泡礦化、捕集細(xì)粒礦物的作用。

1.2、粗粒浮選機(jī)

國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有常規(guī)浮選機(jī)的選別對(duì)象最佳粒度一般在10～100um，而對(duì)于粒度粗、比重大的粗重礦物（如錫石和含金、銀等貴重礦物）的浮選，則普遍存在選別回收率低的問(wèn)題，因此，研究適合于粗重礦物浮選的設(shè)備己成為國(guó)內(nèi)外浮選設(shè)備研究的熱點(diǎn)，為此國(guó)內(nèi)也開(kāi)發(fā)出了許多性能各異的粗粒浮選機(jī)。

1)CLF型浮選機(jī)。北京礦冶研究總院研制的CLF型粗粒浮選機(jī)，在不降低中、細(xì)粒級(jí)回收率的基礎(chǔ)上，顯著提高了+0.15mm和+0.45mm粒級(jí)的回收率，有效擴(kuò)大了浮選作業(yè)的粒度范圍。這種浮選機(jī)采用新式葉輪定子系統(tǒng)和全新的礦漿循環(huán)方式，在較低的葉輪轉(zhuǎn)速下，保證了礦漿沿著規(guī)定的通道進(jìn)行內(nèi)部大循環(huán)。槽內(nèi)建立了上升礦流，有助于附著粗粒礦物的礦化氣泡上浮，減少了粗粒礦物與氣泡之間的脫離力；格子板造成的懸浮層使粗粒礦物懸浮在格子板上，可減少槽內(nèi)紊流，有利于粗粒浮選。

2)YX閃速浮選機(jī)。閃速浮選技術(shù)是對(duì)高濃度、粗顆粒的分級(jí)機(jī)沉砂進(jìn)行快速浮選，其理論基礎(chǔ)是快速浮選動(dòng)力學(xué)。YX閃速浮選機(jī)槽體是一個(gè)下端帶有錐形的圓筒，主軸部件帶有特殊設(shè)計(jì)的葉輪，實(shí)行外部充氣。葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，把礦漿從槽體底部抽吸上揚(yáng)，使粒度粗且濃度大的礦漿處于懸浮狀態(tài)。YX型閃速浮選機(jī)是專門(mén)用于磨礦分級(jí)回路中的單槽浮選設(shè)備，在磨礦分級(jí)回路中處理螺旋分級(jí)機(jī)或旋流器返砂，提前獲得部分己?jiǎn)误w解離的粗粒有價(jià)礦物或有價(jià)連生體，直接獲得最終精礦或粗精礦。

3)BF型浮選機(jī)。BF型浮選機(jī)采用了獨(dú)創(chuàng)的帶有雙錐的閉式葉輪，與傳統(tǒng)的半開(kāi)式葉輪相比，具有節(jié)能和吸氣量大等特點(diǎn)。BF浮選機(jī)與同容積SF型浮選機(jī)相比，可節(jié)省功耗21.55%，吸氣量增大10%。由于該機(jī)的吸漿能力強(qiáng)，槽體下部有較強(qiáng)的下循環(huán)礦漿，有利于粗礦物懸浮和選礦指標(biāo)的提高。該機(jī)適用于選別有色金屬、黑色金屬、非金屬、貴金屬和污水處理。BF型浮選機(jī)的研制成功使我國(guó)自吸式浮選機(jī)的研究技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)嶄新的發(fā)展階段。

4)HCC型浮選機(jī)。該機(jī)葉輪采用螺旋葉片中一層半封閉結(jié)構(gòu)，葉輪下部設(shè)有錐形導(dǎo)流臺(tái)，槽體四周下部設(shè)有穩(wěn)流板。具有充氣量大、空氣彌散好、攪拌力強(qiáng)、浮選速度快、礦液面穩(wěn)定、適用于選別粗重礦物和具有能耗藥耗低等優(yōu)點(diǎn)。HCC-4型浮選機(jī)同6A浮選機(jī)相比，藥劑用量減少30%，在兩者精礦品位大致相等的情況下，硫、鉛和鋅的回收率分別提高6.12%、8.78%和4.54%。

5)GF型浮選機(jī)。型浮選機(jī)采用了獨(dú)特的葉輪定子結(jié)構(gòu)。葉輪具有上下葉片，上葉片的作用在于抽吸空氣、給礦和中礦，而下葉片的作用則在于形成礦漿循環(huán)；定子采用了折角葉片，對(duì)礦漿流動(dòng)進(jìn)行穩(wěn)流和導(dǎo)向，取消了穩(wěn)流板，這保證了GF型浮選機(jī)槽內(nèi)礦漿循環(huán)的特性良好，上下粒度分布均勻；分選區(qū)及液面平穩(wěn)，無(wú)翻花現(xiàn)象，槽內(nèi)礦漿無(wú)旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象，分選效率高，有利于提高粗粒和細(xì)粒的回收率。GF型浮選機(jī)特別適用于含金、銀等重礦物的浮選。

6)CLF型粗粒浮選機(jī)。CLF型浮選機(jī)葉輪采用了高比轉(zhuǎn)數(shù)后傾葉片葉輪，下葉片形狀設(shè)計(jì)成與礦漿通過(guò)葉輪葉片間的流線相一致，具有攪拌力弱，礦漿循環(huán)量大，功耗低，與槽體和格子板一起能充分保證粗粒礦物的懸浮及空氣分散。活動(dòng)式格子板的縫隙為33~35mm，安裝在距槽底1/3槽深處，格子板使粗粒礦物的礦化氣泡上升距離短，使粗粒礦物處在淺槽浮選狀態(tài)下，并且減少了槽內(nèi)上部區(qū)礦漿的紊流，建立了一個(gè)穩(wěn)定的分離區(qū)和泡沫層。循環(huán)通道能促使槽內(nèi)礦漿大面積循環(huán)，保證了固體顆粒處于良好的懸浮狀態(tài)，并使礦漿多次通過(guò)葉輪攪拌區(qū)，增加了可浮礦物與新鮮空氣的接觸機(jī)會(huì)，同時(shí)保證葉輪區(qū)礦漿中的固體含量和粒度大幅度降低，并有利于細(xì)粒浮選。

1.3、其它新型浮選機(jī)

1)XCF型浮選機(jī)。它是一種自吸漿充氣機(jī)械攪拌式浮選機(jī)，其特點(diǎn)在于采用了既能循環(huán)礦漿和分散空氣，又能從槽外部吸入給礦和中礦泡沫的雙重作用的葉輪蘆、開(kāi)式定子、無(wú)葉片圓盤(pán)型蓋板和帶排氣裝置的連接管，解決了一般充氣機(jī)械式攪拌浮選機(jī)山于低壓空氣進(jìn)入葉輪腔中，抵消了山于葉輪旋轉(zhuǎn)在葉輪腔中形成的負(fù)壓而不能吸漿的難題。該設(shè)備既具有一般充氣機(jī)械攪拌式浮選機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，又能自吸礦漿，從而在平而配置和中礦返回時(shí)可取消泡沫泵。

2)KC浮選機(jī)。KC浮選機(jī)為雙通道葉輪設(shè)計(jì)，下端吸入型葉輪配合前循環(huán)流道，可形成液面環(huán)流，能及時(shí)收集精礦，與M-5A浮選機(jī)相比，在精礦品位相同時(shí)，該機(jī)可提高浮選回收率，降低電耗。

3)其他還有離心浮選機(jī)——集離心力場(chǎng)和重力場(chǎng)于一體，使切向給入的礦漿在浮選機(jī)內(nèi)形成旋流，旋轉(zhuǎn)的礦漿產(chǎn)生的離心力場(chǎng)強(qiáng)化了重力場(chǎng)中細(xì)粒煤泥的浮選，提高了煤泥的浮選速度和分選精度；溶氣浮選機(jī)——應(yīng)用氣浮技術(shù)（浮選）是一種水處理的高效設(shè)備等等。

2、浮選機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

2.1、大型化和節(jié)能降耗

機(jī)械式浮選機(jī)的節(jié)能降耗仍將是今后一段時(shí)間內(nèi)研究的熱點(diǎn)，通過(guò)改進(jìn)葉輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、完善充氣方式以及設(shè)備大型化，提高浮選效率，降低浮選機(jī)的單位能耗，減輕浮選設(shè)備零部件的磨損。

浮選機(jī)的大型化具有許多優(yōu)點(diǎn)，如空氣分散性好、基建費(fèi)用低、磨損小和減少維護(hù)費(fèi)用、節(jié)能等，且易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和管理。對(duì)于處理大量低品位原礦是非常有效的一種設(shè)備。芬蘭OK型和瑞典的SVEDALA型浮選機(jī)的最大單槽容積為200m3；美國(guó)的WEMCO浮選機(jī)為127.5m3；而我國(guó)在大型化方面與國(guó)外存在著較大差距，最大的KYF浮選機(jī)最大單槽容積為50m3，因此，從現(xiàn)有技術(shù)和國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)需要來(lái)看，我國(guó)應(yīng)在浮選機(jī)大型化方而加大研究開(kāi)發(fā)力度，以適應(yīng)國(guó)內(nèi)大型選廠對(duì)浮選設(shè)備大型化的需要和提高國(guó)產(chǎn)浮選機(jī)在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。

2.2、自動(dòng)化

加強(qiáng)浮選過(guò)程自動(dòng)控制的研究。研制先進(jìn)實(shí)用的檢測(cè)儀表，實(shí)現(xiàn)對(duì)液面等控制過(guò)程參數(shù)的自動(dòng)控制，逐步實(shí)現(xiàn)全流程的計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制。這就要求浮選機(jī)工作可靠、零部件使用壽命長(zhǎng)，而且浮選機(jī)要便于操作、控制，其操作裝置必須具有程序模擬和遠(yuǎn)程控制能力?？梢灶A(yù)測(cè)，過(guò)程檢測(cè)技術(shù)、數(shù)學(xué)模型和仿真、控制理論、方法以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，必將直接推動(dòng)選礦自動(dòng)化的進(jìn)步，最終使整個(gè)選廠的各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的控制系統(tǒng)通過(guò)信息網(wǎng)絡(luò)，直接和高層信息管理系統(tǒng)相連，達(dá)到根據(jù)綜合經(jīng)濟(jì)效益不斷優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程操作，實(shí)現(xiàn)更高的浮選效果和經(jīng)濟(jì)效益。

2.3、特種化

由于礦石日趨貧細(xì)雜，并且礦石性質(zhì)越來(lái)越復(fù)雜多樣化，這就要求浮選機(jī)也要具有相應(yīng)的特種型式。適用于不同粒度礦物的浮選設(shè)備將成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。浮選機(jī)的特種化發(fā)展方向應(yīng)從以下方面加大研究發(fā)展力度：1）礦物粒度方面。加大粗、細(xì)粒浮選機(jī)的進(jìn)一步研制和針對(duì)具體礦石某一特定粒級(jí)浮選機(jī)的研制。細(xì)粒浮選機(jī)主要研究難點(diǎn)集中在增強(qiáng)浮選機(jī)對(duì)不同粒級(jí)礦物浮選的適應(yīng)性以及復(fù)雜力場(chǎng)的引入方式，提高細(xì)粒和微細(xì)粒礦物的分選效率等方面。粗粒浮選機(jī)研究則主要集中在為粗粒礦物提供理想的懸浮條件上。2）不同礦物選別方面。針對(duì)具體某一礦物研制特定的浮選機(jī)，如磷浮選機(jī)、煤浮選機(jī)等。3）礦用浮選機(jī)改進(jìn)后在其它領(lǐng)域的應(yīng)用。積極研制改進(jìn)礦用浮選機(jī)以適應(yīng)在廢水處理、脫墨等環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用。

3、存在的問(wèn)題

我國(guó)浮選機(jī)葉輪的研制開(kāi)發(fā)歷經(jīng)40多年的發(fā)展，逐步形成了國(guó)產(chǎn)化、多樣化和系列化，以及在綜合力場(chǎng)的應(yīng)用研究方而也有所涉及。其技術(shù)水平己基木達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)，基本上滿足了國(guó)內(nèi)選廠及其它方而的應(yīng)用需求。但隨著原生礦產(chǎn)資源的貧、細(xì)、雜化和選礦工藝的日趨復(fù)雜，能耗、生產(chǎn)成本的不斷上升，對(duì)浮選機(jī)的葉輪有了更高的要求，因此，新型葉輪研制應(yīng)進(jìn)一步加大開(kāi)發(fā)力度，特別是適合處理不同物料和選別作業(yè)的特種和大型化浮選設(shè)備的葉輪，借鑒其它行業(yè)成熟技術(shù)和利用先進(jìn)技術(shù)裝備，發(fā)展傳統(tǒng)選礦技術(shù)，實(shí)現(xiàn)精確選礦和選廠經(jīng)濟(jì)效益的提高。

由于不同礦山的礦石性質(zhì)存在較大差異，即使性質(zhì)十分接近的礦石，采用相同的浮選機(jī)葉輪，其選別的指標(biāo)也會(huì)有很大差別。這就說(shuō)明浮選機(jī)葉輪的性能并不是最符合礦石性質(zhì)的需要，導(dǎo)致浮選機(jī)的選別指標(biāo)不能達(dá)到最優(yōu)，因此，高效快速地設(shè)計(jì)出高適用型的浮選機(jī)葉輪系統(tǒng)就顯得十分重要。

4、解決方案

作為浮選機(jī)的關(guān)鍵部件，葉輪葉片多為復(fù)雜曲面，設(shè)計(jì)工作量較大，葉輪的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法都是根據(jù)理論和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用繪制二維木模圖，然后制造葉片葉輪模具，這種原始方法，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且制造精度低，從而導(dǎo)致產(chǎn)品的市場(chǎng)適應(yīng)能力差和新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)的缺憾。為解決多品種小批量生產(chǎn)和縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，降低成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，以滿足市場(chǎng)需求的問(wèn)題，有必要對(duì)葉輪葉片的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行改進(jìn)。而隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的飛速發(fā)展，CAD技術(shù)已經(jīng)逐漸取代傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。應(yīng)用現(xiàn)代CAD技術(shù)以實(shí)現(xiàn)葉輪設(shè)計(jì)的自動(dòng)化大大地縮短了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期并提高產(chǎn)品質(zhì)量。PTC的大型CAD軟件pro/e就為我們提供了這樣一個(gè)設(shè)計(jì)平臺(tái)，其運(yùn)動(dòng)仿真和強(qiáng)大的分析功能的設(shè)計(jì)，可以大大提高設(shè)計(jì)效率，縮短設(shè)計(jì)周期，降低設(shè)計(jì)費(fèi)用，使設(shè)計(jì)方案最優(yōu)化。

因此，基于pro/e對(duì)浮選機(jī)葉輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，利用pro/e的運(yùn)動(dòng)仿真和分析功能，可以高效快速地優(yōu)化葉輪的設(shè)計(jì)方案。