基于水力旋流器工作原理及影响因素有关思考

基于水力旋流器工作原理及影响因素有关思考

王新

黑龙江省伊春市伊春鹿鸣矿业有限公司 152500

摘 要：现在世界上的各种矿产资源量明显贫化，选矿生产企业要获得较高的经济效益，就要注重选矿的深度，提高选矿的精度，对物料的粒度要细致要求。尤其是在选矿过程中需要合格的入选粒级，就会对水力旋流器的运行有较高的要求，即对分级效果要求很高，同时对效率也有很高的要求。本论文着重于分析水力旋流器工作原理及分级的相关影响因素。

关键词：水力旋流器；旋流方式；运行原理；产能；影响因素

引言：

旋流器分级在整个的磨矿选矿生产是不可忽视的环节，其能源消耗量非常大，而且工作质量和工作效率会受到诸多因素的影响，诸如其自身的结构、给料压力、给料粒度、人工操作方法等等。水力旋流器的运行中，需要经历离心沉降的阶段和分级分离的阶段，矿浆受到给料泵的作用，就会在切线方向以非常快的速度进入到旋流器本体当中^[1] 。在料浆中有一些粒径非常大的颗粒，在克服液体各种阻力后向器壁运动，持续向筒体周边聚集，到达器壁附近的颗粒受到旋流器上方液体推动，沿器壁向下运动，到达底流口附近汇集成为浓度较高、颗粒较大的浆液，通过旋流器底部的沉砂嘴排出去；粒径各种液体颗粒所产生的阻力的过程中，大部分液体都不会受到离心力的影响或者重力的影响，而是停留在筒体纵轴的中心线上，汇集量也会不断增加，随着给料的持续性，流体会呈现出向上运动的方向，之后发挥溢流管的作用，流体从这里流出来，溢流矿浆产品就会形成。

一、水力旋流器的工作原理

水力旋流器本身是一种利用离心力的选矿设备，它结构简单、便于制造、处理量大且工艺效果良好而被广泛推广使用；目前很多的选矿分级企业单位使用，这种设备可以用于原矿分级、中矿脱泥、尾矿浓缩等工艺流程中。旋流器的设计结构简单，但是其自身的设计结构关乎到产能，也关乎到分级效果，只有高匹配度才能使设备的生产效率有所提高，并获得较高的产能，存在这种现象的主要原因是由于结构因素会对旋流器内部的流动形式产生重要的影响，特别是其复杂的运动方式，如果没有合理控制，必然会对水力旋流器的使用性能产生一定的影响^[2] 。

水力旋流器的工作原理是，原矿料浆的运行速度非常高，从进料管口的位置沿着切线的方向向直筒中流入，由于筒内的空间有限，受到筒壁的限制，以及其自身所具备的重力，在筒壁构造中就会产生导流涡旋，此时液体产生旋转运动的现象^[3] 。当浆液产生这种自上而下的运动现象的时候，就是外旋流运动或者下降旋流运动。料浆颗粒物在离心力的作用下，加之自身重力的影响，颗粒的直径越来越大，离心力也就越来越大，沿着器壁向下产生旋流移动的现象，此时连续料浆流体产生一定的作用下，在其推动下从底流口聚集之后就会排出细颗粒料浆此时没有停止运行，而是呈现出持续向下的运动状态，当进入到锥体中之后，分离器内部的直径就会缩小，在很大压力作用下，浆液流动感到速度加快，沿着径向的方向产生不均匀的压力，与轴线中心的位置越近，就越是会减小离心力，颗粒的直径非常小，这样的颗粒液不能从底流口的位置快速排出，此时在料浆的推动下构成了向上的回旋转运动防止，当旋流碰到顶盖的时候，就会从溢流口处排放出去。

二、水力旋流器中流体运动的形式

（一）内旋流和外旋流

水力旋流器中，浆液流动的时候主要为两种形式，即内旋流动和外旋流动，两种流动形式的方向是相同的，或者都是顺时针旋转，或者都是逆时针旋转，这与进料管切进的方向有直接关系。但是，即内旋流动的方向和外旋流动的方向是截然相反的，外旋流动是从自上向下，内旋流动是从下向上流动^[4] 。浆体在内旋流动的时候，回旋的过程中会携卷非常细小的粒径，物料颗粒非常轻，此时会产生溢流的现象，有很多的液体从溢流口的位置排出；浆体在外旋流动的时候，手段送器壁的局限，比较粗大的粒径以及料浆颗粒比较重的从排砂口释放排出，此时还有少部分的液体从这里排出。（图1：水力旋流器中浆液流向图）

图1 水力旋流器中浆液流向图

（二）短路流

进入到旋流器中的料浆可以被看作是两相流体，受到离心力的摩擦阻力以及筒体内壁的摩擦阻力，如果进料管口存在设计缺陷或者有明显的磨损现象，必然会受到影响，加之压力的作用以及能量损失现象的存在，就会产生突然释放的现象，浆液流动的方向是先向上，碰到旋流器的顶盖，然后浆液会向下运动，汇集之后会汇合内旋流产生的溢流柱，从溢流口的位置排出。浆液的这种流动方式即为短路流，此时料浆还没有分离，会直接进入到溢流中，造成负面影响^[5] 。

（三）平衡流

内旋转流和外旋转流是两股流动上两相的流体，由于溢流口存在规格上的差异，所插入的深度也存在差异，所以就会有一些料浆不能从上排料口和下排料口排出，留存在溢流管与筒体之间，持续性地上、下运动，处于循环旋涡运动状态并保持平衡，这就是平衡涡流，其不会对浆液流动效率产生影响。

（四）零速包络面

零速包络面是在旋流器运行的过程中产生的循环流的中心线，也是内旋流与外旋流的分界线。当旋流器的结构参数一定的时候，零速包络面的形状也保持不变，大小也不会有很大的变化。

三、水力旋流器工作影响因素

（一）水力旋流器的内直径

当给矿的压力不变时，旋流器的处理量会随直径的增大而增加，但是对于离心力强度来说，内直径的增大反而会减小，想要保证离心力的不变，则需要增加给矿压力，也就需要提高给矿泵的频率；如果从设备角度来讲，为了增加处理量，提高压力造成较大的离心力来提高处理量是不可取的，可以用几个相对小型旋流器并联进行分级，提高处理能力。

（二）水力旋流器给矿口尺寸

给矿口的大小也是影响旋流器分级效率的重要因素之一，给矿口的尺寸与旋流器的直径有一定的关系，根据实践证明，给矿口直径和旋流器直径的比值在0.13-0.16之间比较好。

（三）给矿压力

给矿压力是旋流器工作的重要参数之一，它直接影响旋流器的处理量和分级效果。当给提高矿压力，旋流器的处理量会增大，同时分级效果会降低，所以单一提高给矿压力致使处理量的提高也是不合理的，这样的操作方式不但会让设备损耗加快，也会使矿浆在旋流器中停留时间缩短，不能有效分级，影响分级效率。

（四）中心溢流管的直径和插入深度

增大中心溢流管的直径，溢流量会随之增大，溢流粒度变粗，沉砂中粗粒级含量增大，浓度变高。但过大的溢流管直径也会造成溢流产品品质下降，溢流细度降低，对选矿入选所需的细度造成影响。

溢流管的插入深度会对溢流产品品质有很大影响，插入过深时，容易使粗颗粒进入溢流中，降低分级效率，插入过浅时，粗颗粒在离心力的作用下来不及分层就会进入溢流中。

（五）柱体高度

柱体高度的大小影响矿浆受离心力作用时间的长短，柱体的增高，会让矿浆在旋流器内的时间增加，分级效果会提高，但是过长的柱体，会使压力损失过大，离心力变弱，溢流粒度变粗，一般柱体高度为直径的0.6－1.0倍为宜。

（六）旋流器的锥角大小

锥角的大小主要影响分离粒度，锥角大，粗粒易混入溢流，锥角小，溢流粒度变细；锥角大小影响矿浆向下流动的阻力和分级自由面的高度。一般来说，细分级或脱水用旋流器应采用较小的锥角；粗分级或浓缩旋流器采用大锥角^[6]。

（七）沉砂嘴直径

沉沙嘴在现场实际生产过程中是最容易更换的备件，当旋流器其他结构因素不变时，增大沉沙嘴直径，沉沙量会随之增大，溢流粒度会变细；在闭路选矿流程中，过大增加沉沙嘴直径，会造成返砂量的增大，致使磨机负担增加，磨矿效果降低，给矿粒度变差，周期循环，分级效果越来越差，出现恶性循环。

（八）给矿浓度

给矿浓度过高，会增加矿浆的密度和粘度，分级产品浓度增高，给矿浓度过小，分级效果提高，处理量会大大减小，同样不可取。所以给矿浓度应根据实际情况，试验确定。在伊春某大型矿山，粗选入选浓度在26%-33%之间，给矿浓度60%-70%之间。

（九）给矿粒度

给矿中细粒级含量多，分级效果好，粗粒级多，溢流中跑粗也就越明显。

（十）设备磨损及损坏

随着处理量和时间的增加，设备本身会出现磨损及损坏，如出现椎体、蜗壳、沉沙嘴等设备组成件的磨损和损坏，同样会使分级效果下降，溢流出现跑粗现象。

（十一）设备安装不当

溢流旋流器整体本身不是单一结果，是由不同结构组成，如再安装结合的过程中出现安装错位，椎体与沉沙嘴衔接处出台阶现象也会造成溢流产品品质较差情况。当下椎体口大于沉沙嘴上口时，此时出现正台阶，影响旋流器内矿浆流向，造成溢流出现跑粗现象。

结束语：

通过上面的研究可以明确，水力旋流器在运行的过程中有其自身的工作原理，需要在操作的时候严格遵循。对水力旋流器要注重分析结构，了解运动方式，还要掌握流体的流向，影响其工作因素，以正确使用工艺技术。水力旋流器已经在工业企业中广泛应用，而且发展和运用上都比较成熟，其在运行的过程中，运动流向是非常复杂的，影响工作因素是较多的，如果没有掌握好，就会影响生产效率。所以要对水利旋流器进行深度了解和掌握，以提高水力旋水力旋流器的使用效率，且达到节约能源的效果。

参考文献：

[1] 覃殿归. 浅谈水力旋流器工作原理及影响因素[J]. 企业科技与发展, 2020，000(6)：87-88.

[2] 隋元伟, 贾广如, 许高洁,等. 水力旋流器研究现状及其在煤化工废水处理中的应用前景[J]. 过程工程学报, 2019，000(2):235-245.

[3] 梁益虎. 水力旋流器参数在实际生产中的调节与应用[J]. 世界有色金属, 2019,538(22):254-256.

[4] 张艳, 蒋明虎, 张勇. 基于响应面法的水力旋流器结构参数优化[J]. 化工机械, 2019,272(2):62-65+103.

[5] 颜冬青, 王枭, 王进,等. 煤用水力旋流器发展现状研究[J]. 选煤技术, 2020, 000(2):26-29.

[6] 于春梅, 闻红军,等. 选矿原理与工艺[J].冶金工业, 2005，000(11):13.