針對錫多金屬入浮礦石存在粒度粗細(xì)不均、浮選粒差寬、不同礦物比重差大、礦物浮選行為相近、分離困難等難題，結(jié)合選廠現(xiàn)有選礦工藝和處理能力，研制了20m3大型貧錫硫化礦浮選機(jī)。通過研究金屬分布率集中的23～147μm粒級礦粒的運(yùn)動流態(tài)及在漿體中的運(yùn)動軌跡，對貧錫硫化礦浮選操作參數(shù)起到重要的驗證和指導(dǎo)作用。

貧錫硫化礦浮選機(jī)結(jié)構(gòu)

20m3大型貧錫硫化礦浮選機(jī)，是在傳統(tǒng)攪拌式浮選機(jī)的基礎(chǔ)上，依據(jù)錫多金屬硫化礦物粒度粗粒不均、比重差大的物料特性，改進(jìn)了定轉(zhuǎn)子攪拌結(jié)構(gòu)，增加了充氣裝置。新研制的貧錫硫化礦浮選機(jī)單臺結(jié)構(gòu)包括：攪拌葉輪部件、自動調(diào)節(jié)恒壓充氣裝置、進(jìn)漿管、漿體攪拌槽、進(jìn)氣管、刮泡裝置、中礦管等部件。葉輪部件主要包括定子、轉(zhuǎn)子和動能部件等。充氣裝置主要由充氣管路、充氣站和氣壓調(diào)節(jié)閥等組成。

貧錫硫化礦浮選機(jī)（以下簡稱浮選機(jī)）在浮選作業(yè)過程中，槽體內(nèi)的礦漿與空氣作用，形成一個復(fù)雜的流體、礦粒、空氣相互作用的多相動態(tài)系統(tǒng)。在設(shè)備自身的進(jìn)漿壓力、進(jìn)漿量、轉(zhuǎn)子的攪拌速度、空氣進(jìn)氣壓力、進(jìn)氣量等參數(shù)一定情況下，礦粒直徑的大小及其運(yùn)動軌跡是影響浮選效果的重要參數(shù)。

模擬分析設(shè)計

1、分析參數(shù)構(gòu)建

結(jié)合大廠選廠貧錫多金屬硫化礦浮選的實際情況以及國內(nèi)外專家對大廠貧錫多金屬硫化礦特性的長期研究，在大型浮選機(jī)進(jìn)氣壓力的數(shù)值化模擬研究中，選取槽體礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%，入料礦漿流量為900m3/h，入口截面速度為2.6m/s，槽體內(nèi)為礦粒、水、空氣的三相模擬系統(tǒng)，基本假設(shè)如下：槽體內(nèi)氣泡為剛性不破裂的計算單元，氣泡直徑為1mm，各計算單元條件相同；礦粒直徑分別為23、37、74和147?m4種剛性小球。

2、計算區(qū)域的設(shè)定

浮選機(jī)槽體內(nèi)礦漿中的礦粒-水-氣泡形成的均勻混合系統(tǒng)，依據(jù)葉輪攪拌形成的壓力分層及大型錫多金屬硫化礦設(shè)計合理的操作參數(shù)，槽內(nèi)計算域被劃分為以下四部分：以定子內(nèi)壁面為外邊界，轉(zhuǎn)子外壁面為內(nèi)邊界，內(nèi)外邊界包裹的漿體區(qū)域為無滑移區(qū)，這部分區(qū)域設(shè)定為轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)參數(shù)3.3r/s；定轉(zhuǎn)子上部的區(qū)域為空氣壓力區(qū)，進(jìn)氣管口壁面壓力參數(shù)設(shè)定為恒定的充氣壓力160kPa；進(jìn)漿管壁面設(shè)定為進(jìn)口壓力邊界，進(jìn)漿流量為900m3/h，入口截面速度為2.6m/s；中礦管壁面設(shè)定為壓力出口邊界，出口壓力為1.13MPa。

不同粒度的礦漿流態(tài)分析

經(jīng)過試驗研究，粒度和湍流強(qiáng)度近似成反比關(guān)系，隨著粒度的減小，分離區(qū)（泡沫聚居區(qū)域）的湍流強(qiáng)度逐漸增大，運(yùn)輸區(qū)（泡沫上升區(qū)域）以及混合區(qū)（轉(zhuǎn)子攪拌區(qū)域）的湍流強(qiáng)度和湍流面積也有顯著增加。定轉(zhuǎn)子周圍漿體的湍流強(qiáng)度均達(dá)到0.68以上，在混合區(qū)、運(yùn)輸區(qū)、頂部的湍流強(qiáng)度都較大，這會增加礦粒脫落的幾率，影響礦化氣泡的穩(wěn)定性，進(jìn)而影響浮選的回收率。頂部區(qū)域細(xì)粒礦粒比較集中，受顆粒運(yùn)動的影響，部分湍流強(qiáng)度達(dá)到0.61，說明當(dāng)粒度比較細(xì)的狀況下，局部可能會產(chǎn)生一定程度的翻花現(xiàn)象；部分湍流強(qiáng)度分布均勻，且中間部位較為平緩，兩側(cè)也沒有明顯死角，比較符合浮選機(jī)理想的內(nèi)流場態(tài)勢；運(yùn)行到一定階段湍流開始變?nèi)?，在混合區(qū)、運(yùn)輸區(qū)、底部的湍流強(qiáng)度都有一定程度減小，但是尚未在槽底底角出現(xiàn)死角。由此可見，粒度進(jìn)一步增加，將在槽體底部形成湍流強(qiáng)度過小的死角，既不利于礦粒充分的分散到浮選槽內(nèi)，也不利于氣泡破碎和混合，進(jìn)而影響整個浮選效果，容易造成沉沙。

通過對23~147μm四種粒度在漿體中的湍流強(qiáng)度進(jìn)行分析比較可知，在恒定的葉輪攪拌速度和充氣壓力條件下，混合區(qū)的湍流強(qiáng)度較大，有利于礦粒在漿體中分散均勻，同時有利于將充入空氣剪切為微小氣泡，均勻擴(kuò)散在礦體中，促進(jìn)礦粒與微小氣泡的充分混合，并使礦粒在氣泡的浮力作用下快速上升到運(yùn)輸區(qū)；運(yùn)輸區(qū)漿體運(yùn)動比較舒緩，湍流強(qiáng)度維持在0.26~0.33之間；槽體內(nèi)漿體分離區(qū)的湍流強(qiáng)度舒緩，可使礦化氣泡上的礦粒脫落的幾率減小?？傮w來看，流場態(tài)勢比較理想，理論上浮選機(jī)應(yīng)該有很好的浮選效果，說明該浮選機(jī)適合的選別粒度范圍在37~147μm內(nèi)，選別粒度范圍比較寬。但是為了后續(xù)流場分析方便，本研究中只選擇37、74μm的礦粒作為研究對象。

攪拌槽體內(nèi)的礦粒循環(huán)軌跡

在混合區(qū)內(nèi)，不同速度下基本可以形成上下2個循環(huán)渦核，但這2個循環(huán)存在著較大的區(qū)別，下部循環(huán)的強(qiáng)度要高于上部，這說明下部循環(huán)為主循環(huán)區(qū)，上部循環(huán)強(qiáng)度較小，為輔助循環(huán)區(qū)。上部循環(huán)的結(jié)果是，從循環(huán)出來的流體一部分向下運(yùn)動進(jìn)入葉輪，繼續(xù)參與循環(huán)，而另一部分則向上運(yùn)動，進(jìn)入運(yùn)輸區(qū)。在運(yùn)輸區(qū)也可見微弱的循環(huán)渦核，而分離區(qū)則不存在，這是有利于選別的，運(yùn)輸區(qū)適度的循環(huán)有利于紅星返回再選，而平穩(wěn)分離區(qū)則可以避免產(chǎn)生剪切力引起礦粒脫附，是有效浮選分離的保證。

分析20m3大型貧錫硫化礦浮選機(jī)浮選流程可知，20m3大型貧錫硫化礦浮選機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，葉輪轉(zhuǎn)速和充氣壓力設(shè)計參數(shù)更優(yōu)，礦漿分層穩(wěn)定，適宜23～147μm礦粒選別，符合錫多金屬入浮礦石粒度粗細(xì)不均、粒差寬、不同礦物比重差大的特性，為20m3大型貧錫硫化礦浮選機(jī)的優(yōu)化研究和工業(yè)推廣應(yīng)用起到了重要的指導(dǎo)作用。

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