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(cháng)石等非金屬礦的分級或脫泥，少量用于脫水行業(yè)。用作分級設備時(shí)，主要用來(lái)與磨礦機等組成磨礦—分級系統。水力旋流器構造示于圖1 ，其上部是一個(gè)中空的圓柱體，下部是一個(gè)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(xiàn)方向進(jìn)入圓柱形筒體，隨即繞軸線(xiàn)高速旋轉，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(dòng)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(xiàn)軌跡下旋到底部，作為沉砂從沉砂口排出。細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螺旋礦流向上運動(dòng)，作為溢流從溢流管排出。
水力旋流器的優(yōu)點(diǎn)是：①構造簡(jiǎn)單，沒(méi)有運動(dòng)部件；②設備費用低。維護方便，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，目前可達2μm 以下；⑤分級效率高，最高可達80%以上；⑥礦漿在旋流器中滯留的量和時(shí)間少，停機時(shí)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粉碎、超細分級及精選提純設備的開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)和銷(xiāo)售。近幾來(lái)，其不斷與研究院所聯(lián)合或自主開(kāi)發(fā)小口徑旋流器設備，在非金屬礦行業(yè)得到了極大的應用。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用。
2 應用
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，導致其自然細粒級相對較少，但是其產(chǎn)品徑厚比大，遮蓋力好，白度相對較高，通過(guò)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(kāi)發(fā)不同級別的高嶺土產(chǎn)品系列。
通過(guò)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認識，添加色素的目的是讓人們盡量少看到聚氨酯聚合時(shí)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的運動(dòng)狀態(tài)，便于操作人員發(fā)現旋流器運行的質(zhì)量好壞。另外采用等靜壓“人”字型管路系統，便于操作和檢修。
 從以上數據分析，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，常規的重選方式基本很難將其與高嶺土實(shí)現分離。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旋流器組應基本可達到相同的溢流指標。一般認為粒度范圍越窄，旋流器的分選效果相應降低。
2.3 工藝改造可行性探討
針對設計院設計的工藝流程，結合古生代的旋流器實(shí)際特點(diǎn)，φ75旋流器錐度大，處理量大，分選效果應遠大于國家非金屬礦深加工研究中心設備工業(yè)性試驗。所以便對旋流器段數的省略作了初步探索。當時(shí)由于檢測條件有限，僅檢測了各級旋流器溢流的- 2μm 含量，試驗結果是基本接近。
這組試驗為現在的生產(chǎn)線(xiàn)試驗提供了前期的基礎。并在試生產(chǎn)調試過(guò)程中，與蘇州非金屬礦工業(yè)設計研究院交換過(guò)相關(guān)的意見(jiàn)，得到初步認可，但由于試驗數據不太完備，沒(méi)有進(jìn)行實(shí)施。
此后，在正常的生產(chǎn)過(guò)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據中也是能夠預見(jiàn)設想的可行性。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。針對這一現實(shí)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)品指標的情況下，提高溢流產(chǎn)品產(chǎn)率，同時(shí)減少底流產(chǎn)品的多樣性，提高經(jīng)濟效益。具體試驗數據匯總如表2。
 從表2的數據非常明確的看出，最終的25Y化學(xué)成分指標，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，Fe2O3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可的偏差范圍內。對于陶瓷產(chǎn)品的生產(chǎn)造成的影響應當是可以忽略的。
就生產(chǎn)數據來(lái)看，北京古生代精細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)品提純和分級設備之一，但是在實(shí)際的使用過(guò)程中也暴露出了一些問(wèn)題，在使用過(guò)程中應不斷得到改進(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，美觀(guān)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(shí)，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(wú)法重復使用。經(jīng)過(guò)改進(jìn)，現采用塑料螺帽，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(gè)非常重要的問(wèn)題。北京古生代精細粉體科技有限公司目前正積極與研究院所聯(lián)合開(kāi)發(fā)添加耐老化劑，延長(cháng)老化時(shí)間，開(kāi)展提高旋流器產(chǎn)品使用壽命的相關(guān)試驗。
(3)從原設計流程實(shí)際生產(chǎn)數據仔細分析，φ50、φ25在分級提純過(guò)程中，φ50作用并不十分明顯，完全可以將該工藝過(guò)程省略，來(lái)達到基本相同的結果，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(wèn)題，而是在工藝設計上。我們一般認為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(guān)上講，今后在在工藝設計過(guò)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 結語(yǔ)
隨著(zhù)近年來(lái)非金屬礦行業(yè)的快速發(fā)展，旋流器的應用越來(lái)越廣泛，尤其是小口徑旋流器越來(lái)越多的應用于超細分級中，北京古生代精細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，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是非常多的，有結構方面的、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，不容易調整和控制，所以這要求國內眾多的旋流器生產(chǎn)企業(yè)能夠加強技術(shù)交流，完善旋流器的結構等方面的設計，不斷推出新的產(chǎn)品；同時(shí)作為旋流器的應用企業(yè)也應該多報告相關(guān)使用方面的經(jīng)驗和數據。以此共同推進(jìn)旋流器生產(chǎn)和應用的不斷發(fā)展，使其在工業(yè)應用和生產(chǎn)中發(fā)揮更大的作用。
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