简述对浮选机叶轮的选择

导读:5、结语1）对浮选机叶轮材料的调研和实验室试验结果表明，得出橡胶、硬质合金、碳化硅、超高分子聚乙烯4种材料的技术经济指标，试验表明橡胶、硬质合金、碳化硅、超高分子聚乙烯4种材料的相对磨损速率之比为1:；磨损寿命之比为1:。

简述对浮选机叶轮的选择 我们大家应该都清楚，叶轮是机械搅拌浮选机的关键部件，叶轮担负着搅拌并循环矿浆、吸入并分散空气的作用。

其设计与制造质量决定浮选机的机械性能与浮选工艺性能。

叶轮设计又是决定悬浮能力、空气分散能力（表现为充气量大小；常用单位为按槽子横断面积计算的空气流量，亦即流速）、吸浆能力、动力消耗和液面稳定性的关键。

叶轮和定子的组合体称为叶轮-定子系统。

1、叶轮结构的选择；通常叶轮造型是在确定了矿浆循环路线之后考虑的，循环路线的选择着眼于矿粒悬浮。

给矿粒度的组成、最大粒度以及重矿物含量直接影响矿粒悬浮。

槽体形状也会影响矿粒悬浮，槽体愈深，愈难保证良好的悬浮状态，通常应采用较大的循环流量；槽体愈宽，愈易产生死角，应合理地提高叶轮周边线速度。

对于特别容易沉淀的矿浆，如脱了泥的铁精矿、粗粒的长石-石英混合物等，为了造成沿槽底的强烈扰动，要选择是“W”形的循环路线，并相应的降低槽体深度，这样就决定了必须选择锥形叶轮或者锥形棒轮。

对于一般的浮选矿浆，循环路线呈“U”形，循环矿浆可以从上方或下方进入叶轮。

如果既要求自吸气，又不愿意采用浅槽，则还可以选择双循环路线。

在主轮上安装两个独立工作的叶轮，上面的叶轮位于矿浆中部，与带盖板的定子配合，用于吸气及生产气泡；下面的叶轮接近槽底，单纯用于搅拌矿浆。

由于叶轮造型种类繁多，在讨论叶轮结构设计及其参数时，以平直叶片叶轮为主。

浮选机的叶轮设计与水泵叶轮设计有类似之处。

然而，两者的差距是明显的，水流在水泵中沿着规则而又封闭的流道流动，依据水力学原理较容易地推导出流量、压头、功率消耗的计算方式，而浮选中固-液-气三相混合物是在敞开的容器中循环流动，很难在模型研究之间应用理论公式进行预测。

设计的参考资料以经验数据为主。

浮选机的叶轮和定子系统可看成是漏气、漏浆的立式砂泵。

然而，设计者重视的不是出口压头，而是叶轮出口处矿浆流速。

叶轮是一个具有直立径向翘班的圆盘。

叶轮旋转时，离心力将叶轮里面的矿浆甩出，在吸浆室与套筒中造成负压吸气，大气从进气管经套筒和吸浆室进入叶轮，槽内矿浆则通过盖板上的一些圆孔进入叶轮叶片，浆、气在叶轮中良好的混合，离开叶轮时，形成气泡。

应该指出，槽内矿浆还可以通过叶轮的叶片与盖板平面之间的缝隙从周边回流到叶轮中，回流矿浆的体积流量明显地影响吸浆室的真空度。

因此，轴向间隙不宜超过规定值。

选定叶轮造型之后，再考虑合理的定予结构。

2、叶轮直径；（1）搅拌力要适中，不应在槽内造成较大的速度头（叶轮圆周速度）。

这是因为速度头大会造成分选区不稳定、液面翻花，影响气泡矿化，降低有用矿物的回收，同时增加了不必要的功率消耗。

（2）通过叶轮的矿浆循环量要大，这有利于矿粒悬浮、空气分散和改善选别指标。

（3）矿浆在叶轮中的流线合理，磨损轻且均匀。

（4）采用结构合理、参数优化的叶轮，在提高选别工艺指标的同时，尽可能降低叶轮圆周速度，达到降低能耗、提高叶轮、定子等易损件的使用寿命的要求。

（5）形式合理，结构简单，功耗低。

用这种表示方法，在对比不同型号的浮选机时很容易看出各主要尺寸之间的相互关系。

叶轮的线速度是影响机械搅拌式浮选机性能指标的重要参数。

叶轮线速度之所以是影响浮选机的重要参数之一，是因为它决定了浮选机的吸气量、气泡分散度、浮选机的功率消耗、浮选机对矿浆的搅拌强度和最大矿浆吸入量等重要指标。

根据叶轮的设计原则，矿浆要得到一定的搅拌力，又不应在槽内造成较大的速度头。

3、叶品进端与出端；叶轮轮毂与主轴相连，为便于更换，一般采用锥形孔；当主轴为空心轴时，也采用螺纹连接。

轮毂应有一定的厚度，以保证其机械强度。

为保护主轴免受矿浆的磨损，轮毂要离开叶片。

叶片与轮毂之间留有足够的空隙，以利于矿浆与空气的流动。

若不计及叶片厚度，在连续流动的情况下叶片进端与出端的高度之间存在着下列关系；浮选机设计中往往在叶片上方的盖板上设置循环孔，其位置对应与叶片中部，用于引入槽内循环矿浆，这样就增加了进入叶轮叶片的通道面积，此时进端叶片高度可适当减少。

为保持矿浆离开叶片时具有向上的垂直分宿舍，叶轮盘常制成皿形，叶片顶部则是水平的。

4、叶片厚度与流道；多数叶轮的叶片呈辐射状布置在叶轮圆盘上。

如果定子叶片是径向的，则叶片的一边经磨损后可将叶轮反转，以延长它的使用寿命，否则，叶轮不能反转。

5、叶轮盖板和进浆室；对大多数叶轮采用半封闭设计，在叶轮上方应设置盖板，以保持矿浆流道的闭封性，维持较大的负压，以利于从盖板中央部位上方的进浆室内抽吸矿浆和空气，此外，在浮选机停机时盖板可以阻挡吸浆和空气。

此外，在浮选机停机时盖板可以阻挡沉降的矿砂进入叶轮，避免叶轮被“压死”。

为保持足够的密封性，叶轮与盖板之间的间隙存在一个最佳值，应该通过试验来确定。

根据我们上述的方法和理论设计的浮选机叶轮在实际应用中达到了很好的效果，搅拌力适中，泡沫层温度，叶轮和定子等易损件的使用寿命有所提高，改善了浮选机的整机性能，是有一定的实际应用价值。

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叶轮转速和充气压力对浮选机浮选动力学影响

1.叶轮转速和充气压力对浮选机内矿物和气泡扩散的影响。

　　在机械搅拌式浮选机内湍流对矿浆和气泡主要起到三个作用:湍流迁移(有利于颗粒悬浮)、湍流分散和湍流颗粒 碰撞。

从微观上看，湍流的脉动具有动量、质量、热量的输送和传递作用，这种作用可用湍流扩散系数来表征，扩 散现象对药剂混合和颗粒悬浮有重大影响。

　　湍流扩散系数与脉动速度以及湍流微尺度成正比。

较高的湍流强度有助于矿粒的悬浮、气泡的破碎和扩散以及 药剂的混合，在浮选过程中在混合区具有较高的湍流强度是必要的。

　　随着叶轮转速的增加，混合区的平均湍流强度也随着增加，即湍流对于矿物颗粒以及气泡在槽内的扩散的作用 也随着增强。

随着充气压力的增加，混合区的平均湍流强度先减小后增加，然后再减小，因此湍流对于矿物颗粒以 及气泡在槽内的扩散的作用也是先减小后增加，然后再减小。

　　2.叶轮转速和充气压力对浮选机内充气水平的影响。

　　（1）浮选机矿浆含气量；（2）浮选机内空气横截面速度；（3）浮选机内气泡表面积通量。

　　3.叶轮转速和充气压力对浮选机内气泡矿化的影响。

　　在叶轮与导叶构成的环形空间内为激烈的湍流区，矿浆湍流强度I在https://www.flowerba.com/之间。

　　矿浆雷诺数在105-1护之间。

在此区间内气泡与悬浮的矿粒混杂在一起，受湍流的作用发生无规则的位移、振动 、旋转和翻滚等复杂运动。

随着转速的增加，该区域的湍流强度增加，使该区域矿粒与气泡的接触几率增加，受此 影响，该区域气泡的碰撞概率、矿化概率和脱附概率也随着增加。

随着充气压力的增加，该区域的湍流强度逐渐减 小，因此碰撞概率、矿化概率和脱附概率在该区域也随着减小。

　　在混合区，气泡矿化主要靠湍流作用下的惯性碰撞，此效应随着叶轮转速的增加而增加，随着充气压力的增加 先减小后增加，再减小，同时由湍流强度的径向分布规律也说明了气泡矿化能力沿径向有逐渐降低的趋势。

此区域 湍流强度大，加大了矿粒与气泡的碰撞概率和气泡的扩散，对气泡矿化是有利的。

　　在输运区和分离区，湍流强度逐渐减小，矿浆流态也逐步由湍流性质转变为近似层流性质，矿粒与气泡之间的 碰撞也由惯性碰撞转为粘性碰撞，在输运区矿化过程靠重力下落的矿粒与上浮气泡的上半球面相撞，此处碰撞有利 于粗、重和难浮颗粒的浮选。

此区间的湍流强度和宏观涡流对粗、重颗粒浮选也有负作用，即增大了脱落作用力， 降低了目的矿物的捕获率，同时还会造成细泥污染和泡沫层的不稳定。

因此叶轮转速的增加和较高的充气压力会增 加矿粒悬浮作用力和矿粒脱附作用力，要分析转速对该区域气泡的矿化要综合两方面因素，选择合适的叶轮速度和 充气压力。

　　4.叶轮转速和充气压力对浮选机内矿浆短路的影响。

　　5.叶轮转速和充气压力对浮选机功率的影响。

　　受工业测试试验条件的影响，JFC-150型浮选机的功率随着叶轮转速的增加而增加，随着充气压力的增加而减小 。

在同一转速时，随着充气量的增加浮选机功率的降低主要和三个因素有关，①浮选机内的介质平均密度减小;②叶 片扫过的流体表观密度减小;③叶轮叶片背面形成的气穴使叶轮抽吸矿浆的能力下降，旋转阻力减小。

　　通过浮选机内矿浆流动区域气固液多相流流态分析和简化，建立了JFC-150型充气机械搅拌式浮选机的几何模型 ，并利用第二章论述的控制方程、求解方法、网格划分和迭代策略，对JFC-150型浮选机内气固液三相流流场进行了 数值计算和流动特性分析。

　　在气固液多相流动特性分析的基础上，讨论了叶轮转速和充气压力对浮选机内浮选动力学参数如充气水平(充气 量、槽内空气保有量、空气横截面速度和气泡表面积通量)、矿粒悬浮、矿粒和气泡的分散、矿浆与空气混合、气泡 矿化、矿浆短路以及浮选机功率的影响，并比较了万C-150型浮选机和国外同类型浮选机浮选动力学参数的差别。

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浮选机叶轮耐磨材质的研究与应用

浮选机叶轮耐磨材质的研究与应用 浮选机是选矿厂常用的选矿设备，种类繁多，有充气搅拌式浮选机、机械搅拌式浮选机、浮选柱等。

对选矿厂的日常生产而言，浮选机的运行成本主要由能耗、设备折旧、易损件消耗组成。

易损件主要是叶轮和盖板。

目前，选矿行业所用的浮选机为A型浮选机、SF型浮选机、BF型浮选机和JJF型浮选机等，其叶轮和盖板材质大都是橡胶，叶轮和盖板的磨损寿命一般为3~8个月，目前凡口铅锌矿选矿厂年消耗叶轮、盖板400多套。

叶轮和盖板是选矿厂主要耗材之一。

随着产量的逐年提高，浮选机叶轮、盖板的消耗也会越来越多。

针对以上情况，长沙矿冶研究院和凡口设计研究所对叶轮材料进行了应用研究，通过试验室试验和工业试验，找出了一种新的耐磨材料，其经济技术指标优于现有的橡胶材，即磨损性能优于橡胶，单位时间的运行成本同样低于丁腈橡胶。

1、浮选机叶轮和盖板的磨损 图1为叶轮、盖板及矿浆流动简图。

叶轮高速旋转，在中心区形成负压，空气导管中的空气被吸入，矿浆从侧孔或盖板同时被吸入，形成固、液、气三相流，在离心力的作用下，固、液、气三相流向外运动，经过盖板隔栅时，流速突变，流体被分割，气相变成微细气泡，这种循环使固、液、气三相辊和均匀，气泡成弥散状态的矿浆混和体。

由于矿浆压力分布、运动方向、流速不同，叶轮、盖板各个部位的磨损情况差异很大。

叶轮和盖板的磨损示意如图2所示。

叶轮的磨损主要发生在叶片的外沿迎流面（B区）、圆盘的外沿（C区）、圆盘的底部（图1的A区）。

A区矿浆流速最高，且与矿浆的相对速度最高，流线方向由于与叶轮跟随方向转变为与盖板隔栅平行的方向，这一流向的改变，使矿浆对B区产生最大的磨损，首先是上沿的直角被磨掉，然后向下发展。

C区磨损由矿浆与圆盘相对运动引起，也可能与间隙过小的假底摩擦引起。

当然，离中心越远，圆盘与矿浆的相对速度越高，由此引起的磨损越大。

盖板的磨损主要发生在隔栅的内沿（D区），该区域流向发生强制变化，内沿受强烈的冲击，产生月牙型磨损。

叶片和盖板产生磨损后，间隙增加，矿浆所受的切割作用下降，气泡变粗，固、液、气三相混合程度下降，气泡弥散程度降低。

磨损严重时显著影响浮选指标。

2、浮选机叶轮材质的选择 这里主要针对浮选机叶轮磨损进行研究。

浮选机叶轮材质的选择应符合下列几个条件：①有较好的耐磨性；②20~60℃下的热稳定性；③有一定的冲击强度；④原材料的价格可为生产接受。

3、试验室试验 根据资料研究及对各种材料的物理化学性能分析，认为超高分子聚乙烯、碳化硅、硬质合金是浮选机叶轮的选用材料。

它们均具有优秀的耐磨性能和抗腐蚀性能，超高分子聚乙烯具有较好的冲击强度，便于拆卸和安装。

将超高分子聚乙烯、硬质合金、碳化硅、橡胶分别制成如图3(a)所示的标准块，嵌入如图3(b)所示的磨损试验装置中，其核心是旋转磨损测试平台。

磨损试验装置技术参数列于表1。

本试验采用石英砂作为磨损源，与水配成质量浓度为50%的矿浆。

石英砂的粒度特性见表2。

每天20h测试各试验标准块的磨损量。

以橡胶的磨损速率为1，磨损寿命为1，各材质叶轮磨损试验结果见表3。

从表3可以看出，在相同试验条件下，硬质合金、碳化硅、超高分子聚乙烯的磨损寿命是橡胶的2至倍。

4、工业试验和工业应用 、叶轮工业试验选材 硬质合金、碳化硅、超高分子聚乙烯的磨损寿命不同，价格也格相差悬殊。

以橡胶的单位体积价格为1，硬质合金、碳化硅、超高分子聚乙烯的单位体积价格分别为106，和，橡胶、硬质合金、碳化硅、超高分子聚乙烯单位寿命材料消耗的费用分别为，，和。

从单位经济技术指标来分析，选用浮选机材质优先顺序为碳化硅、超高分子聚乙烯、橡胶、硬质合金。

对3A浮选机而言，碳化硅、硬质合金、超高分子聚乙烯、橡胶均可做成整体结构。

但碳化硅缺乏韧性、冲击强度很低，无法承受安装、拆卸时的敲击，故在工业试验中不采用该材料；硬质合金价格昂贵，考虑价格因素，工业应用不可能整体采用硬质合金，但可以考虑在叶轮关键部位镶嵌少量的硬质合金，降低成本，提高使用寿命，故在本次工业试验中也放弃了该材料。

本次工业试验选材只选用橡胶和超高分子聚乙烯。

、超高分子聚乙烯叶轮设计要点 1）叶轮采用整体成型。

2）轮毂和轴套预埋在超高分子聚乙烯中，为了防止相对运动，轮毂上预先焊接筋条。

3）成型后进行加工，保持叶轮的静平衡。

超高分子聚乙烯叶轮示意如图4所示。

、工业试验 本次工业试验采用超高分子聚乙烯叶轮和橡胶叶轮，安装在3A浮选机上，叶轮与导轮之间的间隙为，电机功率为，在同等条件下进行分组对比试验。

试验地点为凡口设计研究所试验厂；试验时间为6个月；试验测量浮选机的工作状态，即浮选机空载（清水情况下）和满载时电机电流，测量叶轮的磨损量（磨损重量），并观察主要磨损部位。

试验结果列于表4。

工业主茅舍（6个月）后，发现橡胶叶轮底部严重扭曲变形，橡胶叶轮完全报废，而超高分子聚乙烯叶轮保持原状；主要磨损区域发生在：①图2中的B区，磨成圆角，园角R均值为7mm。

②叶轮外圆上下边沿（图2中C区的上下边沿处），圆角半径R均值为3mm。

另外，装用超高分子聚乙烯叶轮浮选机比装用橡胶叶轮浮选机能明显的降低电机电流，这在节能方面意义重大。

、工业应用 本次超高分子聚乙烯叶轮工业试验于2000年11月在凡口科研所试验厂完成，并于2002年至今在凡口科三所试验厂用于工业生产。

凡口科三所试验厂是一个日处理能力为75t的小型选厂，在承担该矿的选矿半工业试验以外，也进行日常生产，主要用于微细矿泥回收和流失矿回收的生产，杜绝选厂二次金属流失，该厂装用22台3A浮选机，从近三年来该厂消耗的3A浮选机叶轮统计显示，橡胶叶轮平均使用时间为151个工作日；超高分子聚乙烯叶轮平均使用时间为248个工作日。

目前超高分子聚乙烯叶轮单价比橡胶叶轮高出50%，所以使用超高分子聚乙烯叶轮单价比橡胶叶轮高出50%，所以使用超高分子聚乙烯叶轮在降低备件费用上收到了一定的效果，此外由于使用超高分子聚乙烯叶轮比使用橡胶叶轮能延长叶轮使用寿命60%以上，这在减少浮选机检修时间、提高浮选机使用率，有效降低工人劳动强度方面效果非常明显。

5、结语 1）对浮选机叶轮材料的调研和实验室试验结果表明，得出橡胶、硬质合金、碳化硅、超高分子聚乙烯4种材料的技术经济指标，试验表明橡胶、硬质合金、碳化硅、超高分子聚乙烯4种材料的相对磨损速率之比为1:；磨损寿命之比为1:。

考虑价格因素理论上橡胶、硬质合金、碳化硅、超高分子聚乙烯叶轮单位寿命材料消耗的分加盟为1,。

以碳化硅的运行费用最低，超高分子聚乙烯次之，但由于超高分子聚乙烯具有较好的冲击韧性，便于安装，故实验室试验结果建议浮选机叶轮选材优先选用超高分子聚乙烯。

2）工业试验结果表明，3A浮选机采用超高分子聚乙烯叶轮比采用橡胶叶轮能提高叶轮使用寿命60%以上，采用超高分子聚乙烯叶轮能明显的减少备件更换次数、大幅的降低工人劳动强度。

另外由于超高分子聚乙烯叶轮密度小，质量轻，有利于浮选机能耗的降低，对3A浮选机而言，其能耗只有橡胶叶轮的。

但由于人们长期的使用习惯，加上超高分子聚乙烯叶轮的市价明显高于橡胶叶轮，另外超高分子聚乙烯叶轮用于不同型号浮选机时，对浮选指标是否有影响等方面仍有待进一步研究，所以目前选矿浮选机仍然大部分装用传统的橡胶叶轮。

在目前全国电力供应紧张的情况下，超高分子聚乙烯叶轮的推广应用在节能方面意义重大。

3）超高分子聚乙烯由于具有耐冲击性、耐磨损性、耐化学腐蚀性、自润滑性、不粘着和密度小等性能，是工程材料中的佼佼者，可以考虑作为目前在选矿行业中广泛应用的橡胶制品的部分替代品，以提高其使用寿命。

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