吳 靖，金玉芬，厲生杰

（1.金川集團股份有限公司選礦廠，甘肅 金昌 737100；2.金川集團股份有限公司鎳鈷研究設(shè)計院，甘肅 金昌 737100）

1 雙葉輪控制系統(tǒng)浮選機原理分析

雙葉輪控制系統(tǒng)浮選機的核心采用離心葉輪結(jié)合攪拌葉輪加定子的形式，通過離心葉輪能夠?qū)崿F(xiàn)對礦化氣泡的調(diào)整及控制，而利用攪拌葉輪可以實現(xiàn)對礦漿懸浮分散性能的調(diào)整及控制，該設(shè)備存在以下優(yōu)勢：離心葉輪能夠低速狀態(tài)下產(chǎn)生較好的發(fā)泡性能，因此無心擔心轉(zhuǎn)子高速運轉(zhuǎn)達到充氣量需求與構(gòu)成靜態(tài)流分選環(huán)境之間產(chǎn)生矛盾；而離心葉輪能夠產(chǎn)生水力空化效應(yīng)，可在疏水礦物固體顆粒表面產(chǎn)生微小的空泡，而空泡間形成的毛細作用能夠提升微細顆粒的聚積，從而提升顆粒表觀直徑，使疏水及親水礦物固體顆粒的可浮性差異更加的顯著[1]；采用離心葉輪結(jié)合攪拌葉輪加定子的形式可使設(shè)備的操作、調(diào)控更加的實用、便捷，顯著的提升設(shè)備的性能；雙葉輪控制系統(tǒng)浮選機在應(yīng)用中葉輪的攪拌強度相對較低，能夠節(jié)約能耗以及減少磨損；設(shè)備結(jié)構(gòu)較為簡單，能夠在傳統(tǒng)機械攪拌式浮選機之上直接改造升級。

通過上述的分析可知，雙葉輪控制系統(tǒng)浮選機的設(shè)備性能是由離心葉輪、攪拌葉輪所決定，為了能夠獲得最佳的泡沫性能、礦化性能以及礦漿懸浮分散性能，本文將針對不同的離心葉輪以及攪拌葉輪的檢測數(shù)據(jù)進行分析，并根據(jù)分析結(jié)果使用雙葉輪控制系統(tǒng)浮選機與傳統(tǒng)自吸式設(shè)備，實施細粒低品位難選礦物懸浮對比試驗，以此評價出本研究中雙葉輪控制系統(tǒng)浮選機的浮選性能。

2 離心葉輪水力空化效應(yīng)分析

2.1 水力空化作用機理

液體中所存在的球狀氣核具有內(nèi)、外壓強（如圖1所示），其靜力平衡可以表示為：

圖1 球狀氣核靜力平衡

式中，P為氣核附近液體壓力；Pv為氣核飽和蒸汽壓；Pg為氣核氣體分壓；R為平衡狀態(tài)中氣核的半徑；σ為液體表面張力系數(shù)。

當氣核內(nèi)部和外部的壓力具有差距時將會導(dǎo)致氣核發(fā)生收縮或者膨脹現(xiàn)象，因此，液體中流動的氣核周圍壓強減少時氣核將發(fā)生膨脹，此時氣核的邊界將會增加，而當氣核的總壓強高于液體壓強一定程度后，氣核的膨脹速度將會顯著提升，隨后將會發(fā)生慣性失穩(wěn)，之后氣核將會演變成為空泡。

2.2 水力空化效應(yīng)測試方法

當設(shè)備中離心葉輪運轉(zhuǎn)后，內(nèi)部的液體將會產(chǎn)生壓力梯度區(qū)，并且氣核在附近液體壓力較低的區(qū)域?qū)⑿纬煽张?，從而產(chǎn)生空化現(xiàn)象。根據(jù)相關(guān)資料顯示，水力空化所發(fā)生的形成、生長、潰滅的動力學(xué)過程將會產(chǎn)生水分解斷裂的化學(xué)鍵[2]，即羥自由基(·OH)、氫自由基(H·)，由于羥自由基呈活氧性，分子式中缺失一個電子，因此其具有較強的得電子能力（強氧化性），利用亞甲基藍光度法加電反應(yīng)可使羥自由基發(fā)生褪色的原理，通過使用紫外可見分光光度計檢測水力空化前后的吸光參數(shù)便可獲取羥自由基的生成量。按照亞甲基藍的濃度變化以及吸光度曲線（如圖2所示）來計算出的亞甲基藍的濃度變化率，可作為表征水力空化強度的參數(shù)，從而評價各離心葉輪的水力空化性能。

圖2 亞甲基藍標準曲線

水力空化強度可以表示為：

式中：C1為水力發(fā)生空化前的亞甲基藍濃度；C2為水力發(fā)生空化后亞甲基藍濃度。

3 攪拌葉輪懸浮臨界攪拌轉(zhuǎn)速

通過攪拌葉輪能夠創(chuàng)造出穩(wěn)定的靜態(tài)流分選環(huán)境，而只有在保持較低的攪拌葉輪速度的情況下使礦粒充分懸浮分散，才能夠使礦粒達到完全離開浮選槽底并達到懸浮分散狀態(tài)的效果，此時攪拌葉輪的轉(zhuǎn)速就是臨界攪拌轉(zhuǎn)速。在實際的應(yīng)用中對于浮選機臨界懸浮轉(zhuǎn)速所存在的影響因素較多，本文將著重分析其中最主要的幾點因素，即攪拌葉輪的直徑、離底距離以及葉片傾角。

3.1 臨界攪拌轉(zhuǎn)速測試

選用體積質(zhì)量為3.51g/cm3的礦粒，顆粒直徑為0.15mm～0.20mm，1L玻璃鋼浮選槽，配置質(zhì)量分數(shù)為30%的礦漿，啟動并調(diào)節(jié)雙葉輪控制系統(tǒng)浮選機攪拌葉輪轉(zhuǎn)速，觀察礦粒在槽底懸浮時間，當達到1s～2s時說明礦粒處于完全離底懸浮裝填，此時雙葉輪控制系統(tǒng)浮選機攪拌葉輪轉(zhuǎn)速即為臨界攪拌轉(zhuǎn)速。

3.2 測試結(jié)果及分析

測試選用的攪拌葉輪的直徑分別選取為32mm、34mm、36mm、38mm、40mm，離底距離分別設(shè)置為5mm、10mm、15mm、20mm，葉片傾角分別設(shè)置為15°、20°、25°、30°、35°。測試的方式為：以不同離底距離為基礎(chǔ)，測試不同攪拌葉輪的直徑下采用各葉片傾角時攪拌葉輪的臨界攪拌轉(zhuǎn)速，并將各測試結(jié)果參數(shù)帶入到MATLAB分析軟件中，從而得到攪拌葉輪的直徑、離底距離以及葉片傾角之間相互關(guān)系的回歸方程式：

式中：Nc為臨界攪拌轉(zhuǎn)速；D為攪拌葉輪的直徑；θ為葉片傾角；H為葉輪離底距離。

根據(jù)公式（3）可以看出，對攪拌葉輪的臨界攪拌轉(zhuǎn)速影響最大的因素為攪拌葉輪的直徑及葉片傾角，而葉輪離底距離因素在允許范圍內(nèi)對臨界攪拌轉(zhuǎn)速所產(chǎn)生的影響較弱。

而在攪拌葉輪結(jié)構(gòu)對磷礦浮選效果的測試中可以發(fā)現(xiàn)，當保持浮選機轉(zhuǎn)速一定時攪拌葉輪的直徑及葉片傾角會對磷礦浮選效果產(chǎn)生較大的影響，并且這兩個因素所產(chǎn)生的影響具有相互性，如增加攪拌葉輪的直徑時需要適當減小葉片傾角。根據(jù)攪拌葉輪結(jié)構(gòu)對磷礦浮選效果的測試結(jié)果顯示（如表1所示），當選用36mm攪拌葉輪直徑及20°葉片傾角時浮選機的磷礦浮選效果可達到最佳。

表1 攪拌葉輪結(jié)構(gòu)對磷礦浮選效果的測試參數(shù)

4 細粒低品位難選礦物懸浮驗證

為了能夠有效評價浮選機葉輪結(jié)構(gòu)的改造優(yōu)化之后的浮選性能，將對其進行細粒低品位難選礦物懸浮的驗證，具體方式為：以相同藥劑制度及浮選機改造優(yōu)化條件為基礎(chǔ)，已經(jīng)螺旋溜槽預(yù)處理后顆粒尺寸為0.025mm的尾礦為磷礦樣品，藥劑采用Na2CO3（6kg/t）、Na2O·nSiO2（4.3kg/t）、磷礦浮選捕收劑（2.5kg/t）；浮選采用正浮選一次粗選。浮選機磷礦懸浮驗證結(jié)果如表2所示

表2 浮選機磷礦懸浮驗證參數(shù)對比

根據(jù)不同類型的浮選機磷礦懸浮驗證結(jié)果顯示，雙葉輪控制系統(tǒng)浮選機相較于傳統(tǒng)攪拌式浮選機具有更好的性能，其中磷精礦的P2O5品位、P2O5回收率以及選礦效率分別提升了3.39%、7.21%、9.83%。

5 結(jié)語

本研究對雙葉輪控制系統(tǒng)浮選機中離心葉輪及攪拌葉輪進行了改造升級，根據(jù)研究結(jié)果顯示，對浮選機進行優(yōu)化后設(shè)備的泡沫性能、礦化性能以及分選性能均得到了顯著的提升。研究中發(fā)現(xiàn)雙葉輪控制系統(tǒng)浮選機離心葉輪的空化強度與性能以及礦化性能呈正比關(guān)系；浮選機的浮選效率與離心葉輪水力空化強度具有緊密的聯(lián)系；當保持浮選機轉(zhuǎn)速一定時攪拌葉輪的直徑及葉片傾角會對磷礦浮選效果產(chǎn)生較大的影響，并且這兩個因素所產(chǎn)生的影響具有相互性，并且當選用36mm攪拌葉輪直徑及20°葉片傾角時浮選機的磷礦浮選效果可達到最佳。