陳名潔，尤騰勝，孫明俊，羅良烽

(中國恩菲工程技術有限公司，北京 100038)

1 前言

在選礦工藝中，浮選是最為重要亦是應用最為廣泛的工藝，而浮選工藝中浮選機是應用最多的選礦設備。進入21世紀以來，大型化和高效化成為浮選設備最為顯著的特點。目前，國內浮選機廠家應用比較廣泛的以北京礦冶研究院為主，國外的常用浮選機廠家主要以Outotech、FLSmidth及Metso等為代表。

浮選機的種類從充氣方式來說，可分為機械攪拌自吸式浮選機和機械攪拌外充氣式浮選機。從工程設計角度考慮，對于充氣量不大的易選浮選工藝，可選用機械攪拌自吸氣的浮選機；中、小型選礦廠比較適宜采用配有吸漿槽的機械攪拌充氣式浮選機或者機械攪拌自吸氣浮選機；而對于大型、特大型選礦廠浮選流程中的粗掃選作業(yè)，則比較適宜選用機械攪拌外充氣式浮選機[1]。

2 機械攪拌外充氣式浮選機

機械攪拌外充氣式浮選機配有機械攪拌裝置，同時還需要利用鼓風機強制鼓入空氣。其攪拌裝置主要起氣流分布和礦漿攪拌的作用，通過外部風機強制壓入空氣，礦漿充氣和礦漿攪拌是各自獨立的。與機械攪拌自吸式浮選機比，其優(yōu)勢主要表現(xiàn)為：可根據(jù)需要調節(jié)充氣量且易于操作，可有效提高浮選機的選別指標，還能提高浮選機的處理能力；因其獨特的葉輪不吸氣的原因，葉輪的轉速慢、磨損和安裝功率低；對于易脆性礦物不容易泥化；其最大的缺點是需額外配置鼓風機為其吹入空氣[2]。

2.1 北礦院浮選機

2.1.1 KYF型浮選機

KYF系列浮選機是北礦院的主打產(chǎn)品，其外形采用

“U”型結構，屬于機械攪拌外充氣式浮選機。它常與具有吸漿能力的XCF浮選機聯(lián)合使用，在配置上不需要高差，不需要配置泡沫返回泵。其特點是低能耗、空氣彌散均勻、消耗藥劑少、容易維護、操作管理方便、其葉輪具有類似離心泵的作用等[2]。

槽體內礦漿隨著葉輪的旋轉,經(jīng)槽底由葉輪下端吸入葉片和葉輪中間的縫隙, 通過外部配置的鼓風機，將浮選機需要的空氣壓力送入空心主軸后，再通過內部的空氣分配器吹入葉片和葉輪的縫隙之間，在此區(qū)域內礦漿和空氣可得到充分的攪拌和混合，混合后的礦漿向上排出至葉輪的上半部,由定子穩(wěn)定和定向后,分散到整個浮選機的槽體中。

2009年北礦院成功研制了當時世界上單槽容積最大的320m3浮選機。工業(yè)應用數(shù)據(jù)表明：單臺浮選機的Cu富集比可達21，S富集比可達71，單耗功率定額約為0.65kW/m3。秘魯某銅礦項目應用了28臺，國內鹿鳴礦業(yè)應用了18臺，烏山銅鉬礦應用了16臺[3]。北礦院針對大型浮選機粗顆粒選別效率低的原因，又開發(fā)了廣域輸出角的葉輪，通過增加葉輪的葉片高度，優(yōu)化端面的外形等措施減少了礦漿流出的端面阻力。從而增強了礦漿輸送能力，運輸區(qū)高度也得到了提高，增大了循環(huán)礦漿量，在安裝功率不變的情況下減少了短路的發(fā)生頻率同時也使粗粒級礦物得到了有效的回收。

2013年北礦院成功啟動KYF- 600m3超大型浮選機研究，2015年底已完成研究和設計。600m3浮選機外觀上仍采用圓筒形槽體結構，采用廣域角葉輪和減速機傳動，直徑10.5m，高度為6.8m，其安裝功率500kW。

2.1.2 CLF型浮選機

CLF型粗粒浮選機開發(fā)初期是北礦院專為冶煉爐渣浮選設計的設備。它采用一種改進后的新式礦漿循環(huán)方式，攪拌電機的轉速比較慢，故磨損小。攪拌后的礦漿能順著設計好的通道獲得內部的大循環(huán)，形成上升的礦漿流有利于吸附著有用礦粒的礦化氣泡穩(wěn)定上浮至泡沫層，可有效減少捕獲后的礦粒脫落的幾率。CLF型浮選機獨特的格子板使懸浮層非常有利于礦物的上浮特別是粗粒礦物的上浮，可減少槽內紊流[4]。該浮選機在工業(yè)應用中浮選濃度達70%時浮選效果依然良好。CLF型粗粒浮選機在國內新建的銅冶煉渣選礦廠中得到廣泛的應用，生產(chǎn)穩(wěn)定、效果良好。

2.2 Outotec浮選機[5]

2.2.1 SK型閃速浮選機

SK型閃速浮選機[6]的主軸部件帶有特殊設計的葉輪，槽體下端有一個帶錐形的圓筒。 它通常應用于旋流器和球磨機的閉路流程中，旋流器的沉砂比重比較大，粗粒的脈石在自重作用下返回至磨機中，而解離度較好的目的礦物在氣泡作用下上浮至泡沫層。閃速浮選原則上是對高品位的礦石能回收則盡早回收，故產(chǎn)出的精礦品位往往比較高。根據(jù)市場需求，有時單獨產(chǎn)出高品位產(chǎn)品，有時需與低品位的最終精礦混合，達到市場品級要求后一起產(chǎn)出。通過閃速浮選獲得的精礦產(chǎn)品粒度都較粗，比通過磨礦浮選后產(chǎn)出的精礦產(chǎn)品更容易脫水。

瑞典某銅礦選礦廠，采用了一臺SK- 240閃速浮選機，其給礦是旋流器的沉砂，原礦品位為Cu 2.3%，浮選濃度為70%～75%，采用黃藥為捕收劑。閃速浮選生產(chǎn)實踐表明：精礦含Cu 22%～24%，作業(yè)回收率25%，總回收率為90%～94%。與不采用閃速浮選的流程相比，銅回收率提高約2%，過濾后的精礦水分下降2%。

2.2.2 OK型浮選機

OK型浮選機是奧托昆普公司的典型產(chǎn)品。它的葉輪有許多垂直狹槽, 葉輪頂部被一個水平的圓盤封閉。當圓盤旋轉時,礦漿在狹槽中被加速,外部鼓風機壓入的空氣沿空心軸吹入, 與加速后的礦漿流在轉子和定子間隙處充分混合，礦化后的氣泡負載有用礦物上浮至泡沫層。葉輪起抽吸泵的作用，從槽底部抽吸礦漿至上部浮選區(qū)，U型槽使浮選距離縮短到最短，礦漿流向槽底，由于轉子的抽吸作用,新的給料直接沿著空心軸裝置流入[7]。

與常規(guī)浮選機相比，OK型浮選機具有設備基礎小、占地面積小等優(yōu)點。它的槽體外形為漏斗形狀，這種結構有助于泡沫層自流順暢；由于槽體的重量不大，不用借助外部結構支撐；既適應于粗砂也適應于細粒級，均可獲得較為理想的礦漿流。

2.2.3 TankCell型[3，8]浮選機

TankCell浮選機是Outotec公司的主打產(chǎn)品。首臺規(guī)格為16m3的浮選機是在1991年研制的，目前已應用于生產(chǎn)實踐的最大規(guī)格為300m3，已設計出的最大規(guī)格為500m3的浮選機。2014年已經(jīng)開始研發(fā)630m3的浮選機，該槽體直徑為11m，溢流堰高度7m，幾何容積達到700m3。

該型浮選機在國外礦山應用非常廣泛，其充氣量可根據(jù)現(xiàn)場實際需要操控，具有耗氣量較低、攪拌器轉速低、易損件使用周期長、安裝功率低、浮選指標良好及維修操作簡單的特點。

浮選機槽體外形為圓柱形，通過鼓風機吹入的低壓空氣從空心軸進入葉輪中間，給礦漿從槽體的底部進入，負載著有用礦物的氣泡上浮至泡沫層。轉子的進出口處各自存在低高壓區(qū)，礦漿流在壓力作用下自高壓區(qū)流向低壓區(qū)。

2006年之前TankCell型浮選機容積范圍為5～300m3。2007年奧圖泰開發(fā)了性能更優(yōu)良的新型攪拌機構，新葉輪葉片間的空腔大小均勻一致，同時在葉輪葉片上增加了導流錐通道，大大增強了礦漿的循環(huán)能力，耐用性能也得到了顯著提高，礦漿流線比以前更加合理，定子部分采用分體的形式，易于更換。 2009年在智利TC- 300浮選機與2臺TC- 160浮選機進行了工業(yè)對比試驗。工業(yè)試驗表明：TC- 300浮選機回收率提高了5個百分點，精礦品位提高了1個百分點，能耗為0.68kW/m3。

2.3 FLSmidth浮選機

2002年Eimco兼并了Dorr- Oliver的浮選機，2007年 FLSmidth又收購了Eimco。目前，F(xiàn)LSmidth是國外公司中唯一既有充氣式(Dorr)又有自吸式(Wemco)浮選機的設備供應商。

Dorr- Oliver浮選機需要外部強制供風，能最大化回收細粒級礦物。它主要應用在精選作業(yè)，能最大程度提高精礦品位。短形定子葉片包圍著葉輪，從圓環(huán)頂徑向地懸吊著，通過鼓風機吹入的空氣從空心軸進入轉子葉片間設置好的導溝，礦漿與空氣充分混合后上浮到浮選區(qū)[9]。該設備槽體通常為U型，設計中充分考慮了不必要的紊流，故能在低能耗下仍然獲得良好的固體懸浮液，而且空氣彌散也十分充分。目前該機的規(guī)格為0.1～330m3，2009年，在美國猶他州力拓選礦廠進行了330m3浮選機的工業(yè)測試。2014年開始著手開發(fā)660m3的浮選機。

2.4 Metso浮選機

芬蘭美卓公司RCS浮選機采用的槽體是圓筒形的，它吸收了圓筒形浮選機的優(yōu)點以及其葉輪結構的所有特點，為浮選作業(yè)創(chuàng)造了理想的條件。該浮選機的規(guī)格為5～200m3，該設備采用深型葉片機構使礦漿產(chǎn)生強大的徑向流，葉輪下方產(chǎn)生很強大的回流，可有效避免槽底沉積礦粒[9]。

RCS型浮選機的顯著特點為：①大大降低了上部區(qū)域紊流的發(fā)生，可防止較粗顆粒與氣泡的脫落；②下部區(qū)域能獲得較好的懸浮液，礦粒與氣泡能多次接觸，整個浮選槽內空氣充分彌散，以便回收所有粒級的物料；③液面穩(wěn)定，盡可能減少顆粒的機械夾帶；④攪拌機構使葉輪和分散器內的局部高速區(qū)最小化，延長了易損件的壽命；⑤易于保養(yǎng)。

3 機械攪拌自吸式浮選機

機械攪拌自吸式浮選機的優(yōu)點是可以自吸空氣，還可以自吸礦漿；中礦返回時易實現(xiàn)自流，不用配置泡沫返回泵；操作維護簡單，可水平配置，輔助設備少等。其缺點為能耗高，充氣量較小，磨損較大等[2]。

3.1 北礦院浮選機

3.1.1 JJF型浮選機

JJF系列浮選機采用星型深錐葉輪和輻射狀的葉片，定子為圓筒形，其中間孔作為礦漿通道。該設備葉輪的下部設計有假底和導流管，其目的是使礦漿在槽內產(chǎn)生大循環(huán)，從而有利于槽內下半部分粗顆粒礦物的循環(huán)，避免粗顆粒沉槽。該機葉片面積和葉輪高度均較大，其安裝深度較淺，它能保證足夠強的攪拌力，同時還能自吸足夠空氣，葉輪轉速慢、直徑小，與定子間隙大，因此能延長定子和葉輪的使用壽命[3]。

2008年在德興銅礦進行了工業(yè)對比試驗，2臺200m3浮選機的工藝指標優(yōu)于一段粗選8臺39m3浮選機的工藝指標。在給礦銅品位基本相同的情況下，精礦銅品位提高了2.0%，尾礦銅品位降低了0.008%，銅回收率提高了2.03%[3]。 2012年北礦院采用仿真技術開始研究JJF- 320m3自吸氣浮選機，2014年完成研究設計，2016年開展工業(yè)測試和工業(yè)考察。

3.1.2 BF型浮選機

BF型浮選機是SF型浮選機的改良型，它由刮板、電動機、軸承體、中心筒、吸氣管、主軸、槽體、葉輪及定子等組成。每槽都有吸漿、吸氣和浮選多重功能，能自成浮選回路，安裝功率低。能水平配置，不需要臺階高差，無需任何輔助設備，便于流程的變更。礦漿循環(huán)合理，能最大限度地減少粗粒沉砂。超過16m3的機型可采用雙邊刮泡或單邊刮泡兩種結構。對于小于4m3的機型尾礦箱放在槽體內[2]。

3.1.3 GF型浮選機

GF型浮選機比較適用于中、小型規(guī)模的礦山企業(yè)。該設備處理物料的給礦濃度小于45%，礦漿的粒度范圍為-0.074mm占45%～98%。設計有上下不同的葉片，上葉片的功能在于自吸空氣和給礦礦漿，而下葉片，主要是為了能在槽底部形成礦漿大循環(huán)。采用折角葉片的定子對礦漿流動進行導向和穩(wěn)流，因此可以不用設置穩(wěn)流板。該設備內礦漿分選區(qū)液面平穩(wěn)，礦漿循環(huán)良好，槽內礦漿粒度分布均勻，礦漿無旋轉和翻花現(xiàn)象，分選效率高，有利于提高細粒級回收率，可節(jié)省能耗15%以上。該機有0.35m3至42m3不同的規(guī)格型號[2]。

3.1.4 CGF型浮選機

據(jù)文獻報道CGF型浮選機能在不降低中、細粒級產(chǎn)率的前提條件下，明顯提高+0.15mm粒級范圍的作業(yè)產(chǎn)率，可有效擴大浮選作業(yè)的分選粒度范圍。此機型是北礦院在CLF- 40型粗粒浮選機基礎上開發(fā)的自吸氣粗顆粒浮選機[3]，當時開發(fā)的該機容積為40m3，采用圓筒形結構，設計上下兩部分葉片的葉輪，并在距槽底三分之一槽深處設計了活動式格子板。這種設計使礦漿循環(huán)量更大、礦物上浮距離縮短，有助于粗粒礦物的上浮，減少了浮選槽上部區(qū)域礦漿的紊流。

為了提高整個選廠的銅回收率，2012年德興銅礦選礦廠試驗安裝了CGF- 40的浮選機用于回收銅尾礦中粗顆粒銅礦物連生體。工業(yè)試驗表明：+0.074mm粒級產(chǎn)率高于常規(guī)浮選設備10%左右，銅回收率可達20%[3]。

3.2 FLSmidth浮選機

2007年，F(xiàn)LSmidth公司收購了Eimco公司。原Eimco公司的典型產(chǎn)品是Wemco SmartCell浮選機，它的槽體形狀采用的是傳統(tǒng)圓柱形，設計有獨特的圓錐形的通氣引流管和推泡器，轉子式分散器安裝在槽體中部，除了通氣還有強力攪拌的作用?？諝饪哭D子經(jīng)空心軸吸入后，再經(jīng)空氣分配器打散成微小的氣泡，上升均布在整個礦漿中。其通氣裝置安裝在遠離槽底的上方位置，可大大減小轉子和分散罩的磨損，增加其使用壽命，所有浮選機轉動設備可實現(xiàn)在線更換，而且停車后可以立即啟動[10]。

2002年冬瓜山銅礦采用了18臺130m3SmartCell浮選機, 目前已正常運行16年；2005年洛陽欒川鉬礦采用了 8臺130m3SmartCell浮選機，正常運行一年多后2006年又采購了10臺；2017年普朗銅礦采用了16臺330m3SmartCell浮選機，目前已經(jīng)進入生產(chǎn)階段，應用良好。

4 浮選機設計選型應注意的問題

(1)浮選機設計選型應根據(jù)礦石的可浮性、入選品位、磨礦后P80的數(shù)值、礦漿pH值、礦漿比重是否易沉槽等綜合因素選用合適的浮選機[11]。在礦石難選且充氣量要求大的情況下，建議選用機械攪拌外充氣式浮選機，反之，可選擇機械攪拌自吸式浮選機。

(2)選廠的規(guī)模不同對應的浮選機規(guī)格亦不同。通常情況下中小型選礦廠應選用中小規(guī)格的浮選機；大型、特大型選廠宜選用大規(guī)格浮選機。除此以外，還應該進行技術經(jīng)濟比較來確定浮選機的規(guī)格。

(3)粗、掃選作業(yè)目的主要是拋尾，浮選泡沫可適當厚一些，可采用充氣量大一些的浮選機；而精選作業(yè)的浮選泡沫層則不宜太厚，由于精選是為了提高精礦的品位，泡沫層太厚不利于將脈石分離出來，故宜采用充氣量小的浮選機或者直接采用自吸式浮選機。

(4)浮選作業(yè)盡可能采用單一系列。單系列與多系列相比，可節(jié)省占地面積，減少浮選機的總安裝功率，浮選指標也會更好。國內選礦廠單系列的規(guī)?？蛇_30 000t/d。

4.1 中小型浮選機

一般來說，根據(jù)試驗浮選時間計算選擇浮造機。除浮選時間外，還要考慮給礦量波動系數(shù)、浮選機幾何容積的利用系數(shù)等。以此來確定設計的工業(yè)型浮選機的型號和臺數(shù)，設備選型最終主要以浮選機的容積來確定型號，沒有對浮選機的安裝功率、充氣速率或浮選機攪拌轉速等做設計計算要求，這部分技術參數(shù)主要以設備制造商試驗決定。

4.2 大型或超大型浮選機

大型或超大型浮選機選型時除中小型浮選機選型時所考慮的因素以外，還應重點考慮短路和礦漿停留時間的問題。

(1)短路情況。據(jù)國外文獻介紹，一些大型浮選機存在7%～45%的選別死區(qū)[12]，其數(shù)據(jù)波動范圍盡管存在著爭議，但在一定程度上反映了大型或超大型浮選機短路情況的存在。在中小型浮選機設計中，一般認為粗、掃選作業(yè)的浮選機總槽數(shù)不宜少于6槽。但隨著近10年來浮選機設備日趨大型化，關于選擇槽數(shù)的理論也發(fā)生了變化，目前在生產(chǎn)的選礦廠中有許多粗、掃選浮選槽少于6槽的實例，單槽和雙槽的配置也已經(jīng)出現(xiàn)。因此，在選擇計算浮選槽的數(shù)量時，應根據(jù)浮選機的型號、浮選時間等因素，再類比類似礦山企業(yè)的實例來確定[13]。

(2)浮選時間。由于大型或超大浮選機短路情況比中小型浮選機嚴重，在計算工業(yè)浮選時間時，其取值應該至少為試驗浮選時間的3倍以上。在計算小型浮選機浮選時間時，一般為某作業(yè)總容積除以作業(yè)首槽的給礦體積量。對大型或超大型浮選機來說，一個浮選作業(yè)有單槽、兩槽或更多槽組成，單一浮選槽泡沫產(chǎn)率都較大。對于雙槽的作業(yè)來說，其第二槽的礦漿給礦量應減去首槽的泡沫體積量，而不能簡單地依照首槽的礦漿給礦量來計算。

5 結語

(1)對于不同規(guī)模的礦山企業(yè)，機械攪拌外充氣式和機械攪拌自吸式浮選機有各自的優(yōu)缺點。中小型選礦廠比較適宜采用配有吸漿槽的機械攪拌充氣式浮選機或者機械攪拌自吸氣浮選機。而對于大型、特大型選礦廠浮選流程中的粗掃選作業(yè)，則比較適宜選用機械攪拌外充氣式浮選機。

(2)浮選機選型應根據(jù)礦石的可浮性、入選品位、磨礦后P80數(shù)值、礦漿pH值、礦漿比重、是否易沉槽等綜合因素選用合適的浮選機。

(3)大型或超大型浮選機應充分考慮浮選機短路情況與礦漿的停留時間。

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