李修智，楊波,2，陳俊良，支京豪，肖日鵬,2

（1.昆明理工大學(xué) 國(guó)土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650032；2.昆明理工凱吉思科技有限公司，云南 昆明 650032）

離心選礦機(jī)主要是利用離心力來(lái)強(qiáng)化重選的設(shè)備，主要類型有臥式離心選礦機(jī)和立式離心選礦機(jī)等[1]。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占地面積小，處理能力是自動(dòng)溜槽的數(shù)倍[2]。是一種處理微細(xì)粒礦泥的有效設(shè)備，對(duì)37 ～ 19 μm 粒級(jí)回收率高達(dá)90%左右，因?yàn)榈V粒在離心選礦機(jī)中的分選是借離心力和橫向流膜的聯(lián)合作用，所以其富集比高于重力溜槽[3]。但是，離心選礦機(jī)的缺點(diǎn)也很明顯，其耗水耗電量比溜槽大;鼓壁坡度不能調(diào)節(jié)，生產(chǎn)過(guò)程為間斷作業(yè)，不能連續(xù)給礦[4-5]。

1 實(shí)驗(yàn)裝置、試樣和實(shí)驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

自行設(shè)計(jì)和制作了一臺(tái)小型立式離心選礦機(jī)。它由分選轉(zhuǎn)鼓、機(jī)架、電機(jī)、主軸、固定接礦槽、移動(dòng)接礦槽、洗滌水管和給礦管組成[3-6]。

機(jī)架左邊安裝有豎直倒立的小型電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上安裝有皮帶輪。離心選礦機(jī)安裝在機(jī)架右邊，其主軸下端也安裝有皮帶輪，電動(dòng)機(jī)通過(guò)皮帶與離心選礦機(jī)主軸連接[7-8]。電動(dòng)機(jī)直接與變頻器連接，可通過(guò)變頻器來(lái)控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。分選轉(zhuǎn)鼓的半錐角適當(dāng)放大，其直徑為26 cm，高度為20 cm，為了考查轉(zhuǎn)鼓面粗糙度對(duì)石英顆粒運(yùn)動(dòng)的影響，還制造了另一個(gè)備用轉(zhuǎn)鼓。給礦管直徑為2 cm，下端接有給礦嘴，其安裝方向能使礦漿沿著分選鼓的切向方向給入。洗滌水管直徑為2 cm，豎直安裝，通過(guò)下端開(kāi)口將洗滌水給入到分選鼓底部。固定接礦槽為圓環(huán)形，外環(huán)直徑為40 cm，內(nèi)環(huán)直徑為30 cm，內(nèi)環(huán)壁高度為6 cm，外環(huán)壁高度為20 cm。特殊設(shè)計(jì)的移動(dòng)接礦槽長(zhǎng)度約為分選轉(zhuǎn)鼓1/4 的圓弧槽，上半部分有一開(kāi)口，下端排礦口與軟管相連，自成單獨(dú)排礦系統(tǒng)。在備用分選轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁先涂上一層薄薄的固化劑樹(shù)脂，然后將粒度-43 μm 石英砂均勻地噴在鼓內(nèi)壁上，等樹(shù)脂固化干燥后，將轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁表面上沒(méi)有固化的石英砂吹掉，即可完成對(duì)分選面粗糙度的改造。

1.2 實(shí)驗(yàn)樣品

實(shí)驗(yàn)所用石英樣品取自建材市場(chǎng)建筑用石英砂，粒度較粗，其中含有少量沙泥[9-14]，其密度見(jiàn)表1。

表1 石英砂密度測(cè)定結(jié)果/(g·cm-3)Table 1 Quartz sand mass determination results

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 樣品粒度測(cè)定

采用百特激光粒度分析儀對(duì)實(shí)驗(yàn)用樣進(jìn)行粒度測(cè)定[8]。測(cè)定時(shí)攪拌強(qiáng)度為800 r/min 和攪拌時(shí)間為3 min。由于礦物顆粒較細(xì)，可加入分散劑測(cè)定。

1.3.2 石英運(yùn)動(dòng)軌跡測(cè)定法

石英運(yùn)動(dòng)軌跡測(cè)定是在自制實(shí)驗(yàn)室小型離心選礦機(jī)上進(jìn)行，稱取適量石英樣品，加水調(diào)漿，根據(jù)實(shí)驗(yàn)所需，對(duì)各個(gè)分選參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。將移動(dòng)接礦槽接出的產(chǎn)品過(guò)濾、烘干和稱重，并計(jì)算其產(chǎn)率。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 石英砂給礦點(diǎn)實(shí)驗(yàn)

2.1.1 中心給礦

稱取500 g 石英砂，添加2000 mL 水置于攪拌桶中。開(kāi)啟設(shè)備，調(diào)節(jié)變頻器使分選轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速為672 r/min，分選轉(zhuǎn)鼓穩(wěn)定運(yùn)行后，從分選轉(zhuǎn)鼓的中心勻速給入礦漿，待礦漿給入完畢，從分選轉(zhuǎn)鼓的中心加入適量的洗滌水，清洗分選轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁，待分選轉(zhuǎn)鼓上的礦漿排干，停止給入洗滌水。待設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)后，將移動(dòng)接礦槽接出的產(chǎn)品過(guò)濾、烘干、稱重，并計(jì)算產(chǎn)率。改變移動(dòng)接礦槽的位置進(jìn)行5 次上述實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 中心給礦實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 2 Test results of center feed

由表2 可以看出，改變移動(dòng)接礦槽的位置時(shí)，每次截取的石英砂的重量相差不大，即在相等的弧長(zhǎng)上截取石英砂的重量幾乎是相等的。其原因可能是：在中心給礦時(shí)，分選轉(zhuǎn)鼓不同位置上的排礦量基本上相等的，移動(dòng)接礦槽截取的礦樣量滿足如下關(guān)系：

式中：Q-截取的礦樣重量；L-移動(dòng)接礦槽的截取弧長(zhǎng)；Q0-給礦重量；D-分選轉(zhuǎn)鼓直徑[15]。

2.1.2 轉(zhuǎn)鼓邊上給礦

稱取500 g 石英砂，添加2000 mL 水，置于攪拌桶中。開(kāi)啟設(shè)備，調(diào)節(jié)變頻器使分選轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速為672 r/min，分選轉(zhuǎn)鼓穩(wěn)定運(yùn)行后，從分選轉(zhuǎn)鼓距離大頭端深度3 cm 處均勻給入礦漿，從分選轉(zhuǎn)鼓的中心加入適量的洗滌水，清洗分選轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁，待分選轉(zhuǎn)鼓上的礦漿排干，停止給入洗滌水。待設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)后，將移動(dòng)接礦槽接出的產(chǎn)品過(guò)濾、烘干、稱重，并計(jì)算產(chǎn)率。改變移動(dòng)接礦槽的位置進(jìn)行5 次實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 邊上給礦實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 3 Test results of edge feed

由表3 可知，當(dāng)從轉(zhuǎn)鼓側(cè)邊給礦時(shí)，礦漿不是從分選轉(zhuǎn)鼓大頭端圓周上均勻排出，而是集中在某一段圓弧上排出，而且給礦深度不一樣，在大頭端圓周的排礦分布也不一樣。

2.2 不同條件對(duì)石英砂運(yùn)動(dòng)軌跡的影響實(shí)驗(yàn)

2.2.1 石英砂粒度

當(dāng)轉(zhuǎn)鼓運(yùn)動(dòng)一周時(shí)，在圓周的某一段弧長(zhǎng)內(nèi)有95%左右的礦物顆粒被排出，該弧長(zhǎng)對(duì)應(yīng)距離給礦點(diǎn)位置的點(diǎn)稱為95%排礦量點(diǎn)。用95%排礦量點(diǎn)與給礦點(diǎn)之間的距離來(lái)評(píng)價(jià)石英砂的運(yùn)動(dòng)軌跡。石英砂是從集中排礦弧段排出，進(jìn)行不同的給礦粒度實(shí)驗(yàn)可研究給礦粒度對(duì)對(duì)其排出軌跡的影響[6，16-18]。

分別稱取500 g的+45 μm、-45+19 μm和-19 μm三個(gè)粒級(jí)石英砂樣品。在礦漿濃度為20%，給礦深度為5 cm，分選轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速672 r/min，洗滌水量為1900 mL/min，給礦時(shí)間為固定的情況下，找出該粒級(jí)的石英砂試樣在分選轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上運(yùn)動(dòng)螺旋線及其最遠(yuǎn)端集中排礦點(diǎn)。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4 ～ 6。

表4 +45 μm 粒級(jí)石英砂實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 4 Test results of +45 μm class quartz

表5 -45+19 μm 粒級(jí)石英砂實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 5 Test results of -45+19 μm class quartz

表6 -19 μm 粒級(jí)石英砂實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 6 Test results of-19 μm class quartz grain-grade real

由上述三個(gè)表的數(shù)據(jù)可知，不同粒度給礦所對(duì)應(yīng)的95%排礦量點(diǎn)距給礦點(diǎn)的距離與其粒度有關(guān)，給礦粒度越細(xì)，95%排礦量點(diǎn)距給礦點(diǎn)越遠(yuǎn)。

2.2.2 給礦濃度[19-20]

給礦濃度在離心選礦機(jī)的分選過(guò)程中是很重要的，它影響著礦漿的黏度，從而影響礦粒的松散分層[20-21]。固定條件為：給礦深度為5 cm，分選轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速為672 r/min，洗滌水量為1900 mL/min。稱取500 g石英砂兩份，分別加水(1500和2500) mL，此時(shí)，礦漿濃度分別為25%和16.67%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7、8。

表7 給礦濃度為25%實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 7 Test results of 25% density feed

表8 給礦濃度為16.67%實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 8 The results of 16.67% density feed

由上表可知，給礦濃度分別為25%和16.67%的礦漿，其95%排礦量點(diǎn)L 的值分別為30.2 和28.1 cm，即礦漿濃度越大，其95%排礦量點(diǎn)距給礦點(diǎn)距離就越近。

2.2.3 給礦量

給礦量的大小不僅影響到礦粒在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上的分布及運(yùn)動(dòng)軌跡，而且直接決定離心選礦機(jī)的處理能力[22]。

固定條件為：給礦深度為5 cm，分選轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速為672 r/min，礦漿濃度為20%，洗滌水量為1900 mL/min。實(shí)驗(yàn)中，給礦量的大小采用在給礦閥門打開(kāi)不同程度來(lái)控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表9 ～ 11。

表9 大給礦量實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 9 Test results of large-scale feed

表10 中給礦量實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 10 Test results of middle-scale feed

表11 小給礦量實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 11 Test results of small-scale feed

綜合上述三個(gè)表格可知，在一定范圍內(nèi)，給礦量越大，其95%排礦量點(diǎn)距離給礦點(diǎn)越近。

2.2.4 洗滌水量

水是重力選礦的重要介質(zhì)，對(duì)分選過(guò)程具有重大影響[10-11]。適量的洗滌水是礦粒有效分選的重要保證[16-17，19]。

實(shí)驗(yàn)固定條件為：給礦深度為5 ㎝，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速672 r/min，礦漿濃度為20%，給礦量中等。洗滌水量分別為1200 和2400 mL/min。結(jié)果見(jiàn)表12、13。

表12 1200 mL/min 洗滌水實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 12 Test results at 1200 mL/min washing water

表13 2400 mL/min 洗滌水實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 13 Test results at 2400 ml/min washing water

由上述表可知，洗滌水量與95%排礦量點(diǎn)距給礦點(diǎn)距離成反比關(guān)系。

2.2.5 轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速

轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn)固定條件為給礦深度為5 cm，礦漿濃度為20%，洗滌水量為1900 mL/min，中間給礦量。轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速分別設(shè)定為（532 和784）r/min，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表14、15。

表14 轉(zhuǎn)速為532 r/min 實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table14 Test results at 532 r/min speed

表15 轉(zhuǎn)速為784 r/min 實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 15 Test results at 784 r/min speed

由上述結(jié)果可知，在一定范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速越大， 95%排礦量點(diǎn)距離給礦點(diǎn)也越遠(yuǎn)。

2.2.6 轉(zhuǎn)鼓粗糙度

離心選礦機(jī)實(shí)質(zhì)上是一種斜面流膜選礦設(shè)備，斜面的粗糙度對(duì)礦物的分選是有影響的[19]。用特制的粗糙度大的分選轉(zhuǎn)鼓進(jìn)行了轉(zhuǎn)鼓粗糙度實(shí)驗(yàn)[14-18]。固定條件為，給礦深度為5 cm，分選轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速為672 r/min，礦漿濃度為20%，洗滌水量為1200 mL/min，給礦量為中等，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表16。

表16 石英砂涂層分選轉(zhuǎn)鼓實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table16 Test results of quartz sand coating drum

由上表可知，用石英砂涂層的分選轉(zhuǎn)鼓時(shí)[19]，其95%排礦量點(diǎn)距給礦點(diǎn)距離為L(zhǎng)=30.8 cm 處，而其他條件相同，用未經(jīng)石英砂涂層的分選轉(zhuǎn)鼓時(shí)，其L=28.7 cm。

3 結(jié) 論

（1）在向分選轉(zhuǎn)鼓中心給礦時(shí)，分選轉(zhuǎn)鼓不同位置上的排礦量基本上相等的；而從轉(zhuǎn)鼓側(cè)邊給礦時(shí)，礦漿不是從分選轉(zhuǎn)鼓大頭端圓周上均勻排出，而是集中在某一段圓弧上排出，而且給礦深度不一樣，在大頭端圓周的排礦分布也不一樣[20]。

（2）從轉(zhuǎn)鼓側(cè)邊給礦時(shí)，隨著實(shí)驗(yàn)條件的不同，95%排礦量點(diǎn)距給礦點(diǎn)的距離也不相同，其距離與分選鼓轉(zhuǎn)速和分選轉(zhuǎn)鼓粗糙度成正相關(guān)關(guān)系，與給礦粒度、給礦濃度和給礦量成反相關(guān)關(guān)系[21]。