1. 概述
（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）水力旋流器可用作高嶺土、石英、長石等非金屬礦的分級或脫泥，少量用于脫水行業(yè)。用作分級設(shè)備時，主要用來與磨礦機等組成磨礦—分級系統(tǒng)。水力旋流器構(gòu)造示于圖1 ，其上部是一個中空的圓柱體，下部是一個與圓柱體相通的倒錐體，二者組成水力旋流器的工作筒體。圓柱形筒體上端切向裝有給礦管，頂部裝有溢流管及溢流導(dǎo)管。在圓錐形筒體底部有沉砂口。目前采用的材質(zhì)主要有不銹鋼、聚氨酯、橡膠等。
 礦漿以0.2～0.5MPa的壓力、5～12m/s的高速，從給礦管按切線方向進(jìn)入圓柱形筒體，隨即繞軸線高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生很大的離心力。礦漿中粒度和密度不同的顆粒，由于受到的離心力的不同，它們在旋流器中的運動速度、加速度及方向也各不相同，粗而重的顆粒受的離心力大，被拋向筒壁，按螺旋線軌跡下旋到底部，作為沉砂從沉砂口排出。細(xì)而輕的顆粒受的離心力小，被帶到中心，在錐形筒體中心形成內(nèi)螺旋礦流向上運動，作為溢流從溢流管排出。
水力旋流器的優(yōu)點是：①構(gòu)造簡單，沒有運動部件；②設(shè)備費用低。維護(hù)方便，占地面積小、基建費用低；③單位容積處理能力大；④分級粒度細(xì)，目前可達(dá)2μm 以下；⑤分級效率高，最高可達(dá)80%以上；⑥礦漿在旋流器中滯留的量和時間少，停機時容易處理。
北京古生代粉體科技有限公司主要從事粉體超細(xì)粉碎、超細(xì)分級及精選提純設(shè)備的開發(fā)、生產(chǎn)和銷售。近幾來，其不斷與研究院所聯(lián)合或自主開發(fā)小口徑旋流器設(shè)備，在非金屬礦行業(yè)得到了極大的應(yīng)用。目前作為我國最大的高嶺土生產(chǎn)企業(yè)，兗礦北海高嶺土有限公司率先采用其φ25、φ50聚氨酯水力旋流器，拓展了小口徑旋流器在高嶺土選礦的應(yīng)用。
2 應(yīng)用
2.1 試驗流程
廣西北海多屬于風(fēng)化殘積型高嶺土，由于其風(fēng)化程度相對不完全，導(dǎo)致其自然細(xì)粒級相對較少，但是其產(chǎn)品徑厚比大，遮蓋力好，白度相對較高，通過洗選加工后可生產(chǎn)比較優(yōu)質(zhì)的造紙涂料級產(chǎn)品。1999年國家非金屬礦深加工研究中心受兗礦集團(tuán)有限公司的委托對廣西北海北風(fēng)塘的高嶺土資源
進(jìn)行可選性試驗研究。使用大口徑旋流器將造成大量的高嶺土資源浪費，采用多級小口徑旋流器串聯(lián)的方式可以開發(fā)不同級別的高嶺土產(chǎn)品系列。
通過國家非金屬礦深加工研究中心試驗，確定了制漿除砂后，φ75、φ50、φ25三級旋流器配合臥式離心機分級生產(chǎn)造紙高嶺土的生產(chǎn)工藝流程(圖2)。
 2.2 流程調(diào)試
北京古生代粉體科技有限公司生產(chǎn)的旋流器產(chǎn)品使用原色聚氨酯，不添加任何色素物質(zhì)，一改聚氨酯旋流器的顏色是暗紅色的傳統(tǒng)認(rèn)識，添加色素的目的是讓人們盡量少看到聚氨酯聚合時的氣泡。原色聚氨酯為淡黃色透明，可以比較清晰的看到礦漿在旋流體內(nèi)的運動狀態(tài)，便于操作人員發(fā)現(xiàn)旋流器運行的質(zhì)量好壞。另外采用等靜壓“人”字型管路系統(tǒng)，便于操作和檢修。
 從以上數(shù)據(jù)分析，每段旋流器使產(chǎn)品中- 2μm含量增加10%左右，Al2O3含量逐級提高，高嶺土提純效果明顯，而K2O/Na2O含量相對變化不大，這主要是由于作為風(fēng)化高嶺土，原礦中的云母具有更大的徑厚比，常規(guī)的重選方式基本很難將其與高嶺土實現(xiàn)分離。但是單就φ50 與φ25 旋流器組的情況看，兩者溢流的Al2O3差別比較小，對于高嶺土的提純效果較小。估計直接使用φ25旋流器組應(yīng)基本可達(dá)到相同的溢流指標(biāo)。一般認(rèn)為粒度范圍越窄，旋流器的分選效果相應(yīng)降低。
2.3 工藝改造可行性探討
針對設(shè)計院設(shè)計的工藝流程，結(jié)合古生代的旋流器實際特點，φ75旋流器錐度大，處理量大，分選效果應(yīng)遠(yuǎn)大于國家非金屬礦深加工研究中心設(shè)備工業(yè)性試驗。所以便對旋流器段數(shù)的省略作了初步探索。當(dāng)時由于檢測條件有限，僅檢測了各級旋流器溢流的- 2μm 含量，試驗結(jié)果是基本接近。
這組試驗為現(xiàn)在的生產(chǎn)線試驗提供了前期的基礎(chǔ)。并在試生產(chǎn)調(diào)試過程中，與蘇州非金屬礦工業(yè)設(shè)計研究院交換過相關(guān)的意見，得到初步認(rèn)可，但由于試驗數(shù)據(jù)不太完備，沒有進(jìn)行實施。
此后，在正常的生產(chǎn)過程中，由于流程分析測試逐步減少，但是從一系列不連貫的測試數(shù)據(jù)中也是能夠預(yù)見設(shè)想的可行性。2006年5月中旬，由于資源不斷貧化，風(fēng)化程度的降低。中間粒級的高嶺土含量逐步減少，底流產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)大幅度下降已是必然的趨勢，所以從理論上YTC-3/YTC-5產(chǎn)品分別得到成為很大的困難。針對這一現(xiàn)實情況，再度將旋流器組省略一段的想法提出，在基本不改變溢流產(chǎn)品指標(biāo)的情況下，提高溢流產(chǎn)品產(chǎn)率，同時減少底流產(chǎn)品的多樣性，提高經(jīng)濟(jì)效益。具體試驗數(shù)據(jù)匯總?cè)绫?。
 從表2的數(shù)據(jù)非常明確的看出，最終的25Y化學(xué)成分指標(biāo)，省略旋流器組與不省略旋流器組，差異是不大的，省略的Al2O3含量略低，F(xiàn)e2O3含量略高。主要物理性能-2μm含量、白度以及燒成白度都在可認(rèn)可的偏差范圍內(nèi)。對于陶瓷產(chǎn)品的生產(chǎn)造成的影響應(yīng)當(dāng)是可以忽略的。
就生產(chǎn)數(shù)據(jù)來看，北京古生代精細(xì)粉體科技有限公司生產(chǎn)的小口徑旋流器產(chǎn)品產(chǎn)率、- 2μm 回收率都相對比較高，是比較理想的產(chǎn)品提純和分級設(shè)備之一，但是在實際的使用過程中也暴露出了一些問題，在使用過程中應(yīng)不斷得到改進(jìn)和提高。
(1)沉砂嘴與旋流體采用不銹鋼螺帽固定。從一定程度上講，該固定方式與“人”字型不銹鋼支架相應(yīng)，美觀大方，耐腐蝕，且沉砂嘴更換方便。但是，在沉砂嘴進(jìn)行更換時，螺帽上的不銹鋼螺紋極易將旋流體上的螺紋割傷或割壞，造成旋流體無法重復(fù)使用。經(jīng)過改進(jìn)，現(xiàn)采用塑料螺帽，緊固性好，且不傷旋流體螺紋。
(2)聚氨酯產(chǎn)品耐腐蝕、抗磨性能好，但是其有一定的使用壽命，易老化，尤其是目前國內(nèi)眾多小型生產(chǎn)企業(yè)采用露天方式分選，耐候耐老化是一個非常重要的問題。北京古生代精細(xì)粉體科技有限公司目前正積極與研究院所聯(lián)合開發(fā)添加耐老化劑，延長老化時間，開展提高旋流器產(chǎn)品使用壽命的相關(guān)試驗。
(3)從原設(shè)計流程實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)仔細(xì)分析，φ50、φ25在分級提純過程中，φ50作用并不十分明顯，完全可以將該工藝過程省略，來達(dá)到基本相同的結(jié)果，而產(chǎn)品的產(chǎn)率將得到一定的提高。這種情況并非旋流器本身的問題，而是在工藝設(shè)計上。我們一般認(rèn)為φ50旋流器分級的控制的粒度為d90=10μm，而使用φ25旋流器可以達(dá)到d90=5μm，由于北海高嶺土資源風(fēng)化程度的相對不完全，造成細(xì)粒級偏少，直接使用φ25旋流器控制d90=5μm有難度，所以采用增加一段旋流器分級的緣故。所以從客觀上講，今后在在工藝設(shè)計過程中，對于旋流器分級工藝匹配上，完全可以在使用φ75旋流器后，直接采用φ25旋流器。
3 結(jié)語
隨著近年來非金屬礦行業(yè)的快速發(fā)展，旋流器的應(yīng)用越來越廣泛，尤其是小口徑旋流器越來越多的應(yīng)用于超細(xì)分級中，北京古生代精細(xì)粉體科技有限公司自主研發(fā)的碳化硅φ10旋流器更是在這方面作出了突出的貢獻(xiàn)，目前中國高嶺土有限公司采用其完全替代臥螺離心機等設(shè)備，在產(chǎn)品質(zhì)量不變的情況下，生產(chǎn)成本大幅度降低。
眾所周知，影響旋流器分級效果的參數(shù)是非常多的，有結(jié)構(gòu)方面的、工藝操作和給料性質(zhì)方面的，而且往往相互關(guān)聯(lián)，相互制約，不容易調(diào)整和控制，所以這要求國內(nèi)眾多的旋流器生產(chǎn)企業(yè)能夠加強技術(shù)交流，完善旋流器的結(jié)構(gòu)等方面的設(shè)計，不斷推出新的產(chǎn)品；同時作為旋流器的應(yīng)用企業(yè)也應(yīng)該多報告相關(guān)使用方面的經(jīng)驗和數(shù)據(jù)。以此共同推進(jìn)旋流器生產(chǎn)和應(yīng)用的不斷發(fā)展，使其在工業(yè)應(yīng)用和生產(chǎn)中發(fā)揮更大的作用。
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