KYF系列大型浮选机的研制与设计

导读:浮选机的叶轮设计中需着重考虑下列问题：②搅拌力要适中，不应在槽内造成较大的速度头，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形式合理，结构简单，功耗低。

KYF系列大型浮选机的研制与设计 1、浮选机结构及工作原理 KYF系列大型浮选机有“U”型槽体浮选机和柱型槽体浮选机两种，浮选机主要由叶轮、定子、主轴、轴承体、空气调节阀和槽体等组成，KYF系列大型浮选机的工作原理为：叶轮旋转时，槽内矿浆从四周经槽底由叶轮下端吸入叶轮叶片间，由鼓风机给入的低压空气经风道、空气调节阀、空心主轴进入叶轮腔的空气分配器中，通过分配器周边的孔进入叶轮叶片间，矿浆与空气在叶轮叶片间进行充分混合后，由叶轮上半部周边排出，排出的矿流向斜上方运动，由安装在叶轮四周斜上方的定子稳定和定向后，分散到整个槽子中。

矿化气泡上升到槽子表面形成泡沫，泡沫自流到泡沫槽中，矿浆再返回叶轮区进行再循环，另一部分则通过槽间壁上的流通孔进入下槽进行再选别。

2、浮选机结构参数的设计研究 （1）槽体设计。

对于充气机械搅拌式浮选机，由于不需要靠叶轮造成负压来吸气，而是靠鼓风机向槽内压入空气，因此槽体可以适当加深：②空气消耗量随槽深增加而减少，气泡上升距离大，气泡在槽内的时间延长，气泡与矿粒碰撞机会相应增加，气泡能得到充分利用；②由于浮选机叶轮直径的大小直接与浮选槽的长宽有关，长宽加大则所需的叶轮直径也大，长宽减小则所需的叶轮直径也小，所以在容积一定的情况下槽深增加，则浮选槽的长宽可以减小，叶轮直径就相应减小，功耗就会降低；②深槽在浮选过程中容易形成比较平稳的泡沫区和较长的分离区，有利于精矿质量的提高和回收率的提高；④深槽设备占据厂房的面积小，可减少基建投资。

对于单槽容积50m3及其以下的浮选机，为避免矿砂堆积、有利于粗重矿粒向槽中心移动以便返回叶轮区再循环，减少矿浆短路现象，将槽底设计为“U”形，载面形状有正方形和八角形两种，泡沫分别采用刮板机械排出自溢两种。

容积在50m3以上浮选机槽底设计为平底，为保证矿浆分散均匀，将槽体载面设计为圆形。

（2）叶轮设计。

浮选机的叶轮设计中需着重考虑下列问题：②搅拌力要适中，不应在槽内造成较大的速度头，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形式合理，结构简单，功耗低。

（3）定子设计。

KYF系列浮选机采用阻尼直悬式定子，采用径向短叶片，安装在叶轮周围斜上方，由支脚固定在槽底。

这样可使得定子下部区域周围的矿浆流通面积增大，消除了下部零件对矿浆的不必要干扰，有利于干矿浆向叶轮下部区域的流动，同时降低了矿浆循环阻力，降低动力消耗，增强了槽体下部循环区的循环和固体颗粒的悬浮能力。

叶轮中甩出的矿浆-空气混合物可以顺利地进入矿浆中，空气得到了很好的分散。

定子的关键参数定子的直径，可通过放大方法放大得到。

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KYF磷矿用浮选机研制

KYF磷矿用浮选机研制 磷矿是制取磷肥和生产黄磷、磷酸及其他多种磷化产品的重要化工原料矿物，具有基础化工原料和支农原料双重属性，在国民经济和社会发展中具有重要地位和作用。

随着国民经济的快速发展，对磷资源的需求量在不断的扩大，磷矿资源的大量消耗给我国磷矿资源的未来带来了隐患。

我国现有磷矿资源呈现出富矿资源少，中低品位矿多，矿物颗粒细，嵌布紧密，有害杂质多，选矿难度非常大等特点，而浮选方法是目前世界上最为有效的选矿工艺，因而对于磷矿的工艺流程、药剂制度及设备设计等进行研究是选矿工作者长期以为的研究方向。

北京矿冶研究总院长期致力于设计及制造各种类型的选矿设备，结合磷矿具有浮选泡沫量大、泡沫黏度大、流动性差等特点，研制出磷矿专用的浮选机。

该浮选机满足了磷块岩浮选工艺对浮选机的特殊要求，使我国选磷浮选机技术达到并超过了国内外先进水平，目前选磷浮选机已形成了单槽容积为1~200m3的系列机型，共16种规格。

1、KYF磷矿用浮选机的研制 https://www.flowerba.com/、KYF磷矿用浮选机设计原则 根据浮选机设计方法及浮选流体动力学理论，结合磷矿选矿工艺特点，确定浮选机内部有用矿物颗粒与气泡的碰撞、黏附、脱附过程及其物理因素对此过程的影响因素，提出选磷浮选机最佳流体动力学参数，并据此提出适于KYF磷矿用浮选机的设计原则。

1）充气量可调范围大，调整精度高，其最小充气量要能调到/左右。

2）浮选机液面要平稳，由于磷矿在气泡上附着力不强，因此要保持分离区矿浆稳定，否则会造成已附着的矿粒脱落，影响分选指标。

3）磷矿常规的浮选方法有直接浮选、反浮选、正—反浮选、反—正浮选及双反浮选工艺。

KYF磷矿用浮选机综合考虑磷矿浮选特点，槽内搅拌力不能太强，以免影响气泡矿化，同时也不能太弱，因为磷矿物沉降速度快，易发生沉槽，因此选磷浮选机搅拌力要适中。

任爱军、魏明安等通过研究叶轮转速对硅钙质胶磷矿双反浮选的影响也证明了其要求的搅拌力的范围较窄。

4）磷矿捕收刘主要分为改性脂肪酸、阳离子捕收剂、两性捕收剂、混合捕收剂等，磷矿选矿抑制剂主要有磷酸盐类抑制剂和含磷矿物抑制剂等。

磷矿选矿中通常不仅要脱硅还要脱镁，使用的脂肪酸类药剂常会使矿浆中气泡更小，上升速度更慢，矿浆中含有大量微泡，因此要求叶轮—定子系统满足槽内含有大量微细气泡的浮选动力学要求。

5）同时大量的捕收剂和抑制剂的加入使得磷矿浮选泡沫细而黏，从槽内排出的泡沫不易破碎，流动性很差，浮选机要求及时快速回收泡沫，同时要考虑中矿泡沫返回问题，保证流程畅通。

6）由于磷矿浮选对于充气量较为敏感，补加水量及药剂用量均对选矿指标有较大的影响，因而先进的自动控制系统对于保证浮选机的工艺性能是非常必要的。

KYF磷矿用浮选机除了满足上述要求外，还应满足如结构简单、操作方便、功耗低、易损件寿命长和容易维修等常规浮选机的要求。

、KYF磷矿用浮选机主要结构及参数设计 根据设计原则要求，KYF磷矿用浮选机采用外加充气式，充气量可任意调节。

该设备由叶轮、空气分配器、定子、主轴、轴承体和槽体等组成，结构图如图1所示。

浮选机的工作原理是：当叶轮旋转时，由鼓风机给入的低压空气经过空心轴，空气分配器进入叶轮叶片间，与此同时，叶轮从槽底部抽吸槽内矿浆，与空气在叶轮叶片间充分混合后，由叶轮周边排出，经定子稳流定后向后进入槽中，矿化气泡上升到槽子表面形成泡沫层。

从对KYF磷矿用浮选机的结构和工作原理的分析可知，此类浮选机的关键部件与常规浮选机设计重点应放在槽体、叶轮和定子上。

、槽体设计 KYF磷矿用浮选机槽底设计成“U”形，有利于粗重矿粒向槽中心移动，避免沉砂。

由于外部充气，叶轮不需要负压吸气，因而可采用深槽设计。

加大槽深可以使得气泡上升距离增大，气泡与矿物颗粒碰撞几率加大，气泡在槽内的弥散更为均匀。

同时加大槽体深度，在浮选机容积固定的情况下，可以减少浮选机长宽，这样厂房的占地面积减小。

深槽设计可使浮选机叶轮直径减小，有利于功耗的降低，同时浮选机叶轮距离溢流堰更远，搅拌力对液面的影响减小。

对于磷矿反浮选工艺，由于矿浆常在酸性环境中进行浮选，因而槽体常需要防腐耐磨处理，保证设备的稳定性。

、叶轮设计 叶轮是机械搅拌式浮选机最为关键的部件，其设计制造质量决定了浮选机的机械性能与浮选工艺性能。

KYF磷矿用浮选机的叶侏罗纪设计主要考虑下列问题：1）搅拌力要适中，不应在槽内造成大大的速度头（叶轮圆周速度）。

速度头过大不仅会造成分选区不稳定、液面翻花，降低有用矿物的回收，同时还增加了不必要的功率消耗。

2）矿浆循环量要大，要有利于矿粒悬浮和空气分散。

3）矿浆流线合理。

4）结构简单，功耗低，使用寿命长。

叶轮形状：选磷浮选机的叶轮设计成叶轮片后倾、高比转数叶轮，结构如图2所示。

后倾叶片流量大、理论压头低，且总理论压头中动压头较小，功耗低；高比转速叶轮也具有流量大、压头小的特点，符合磷矿用浮选的设计要求。

叶轮直径：叶轮直径是影响选别指标的重要参数之一。

根据磷矿用浮选机的设计要求，在实验室对不同直径的小型浮选机进行试验，确定基准直径后，再通过相似放大的方法确定工业型浮选机叶轮直径。

叶轮转速：叶轮转速直接关系到浮选槽内矿粒的悬浮以及气泡和药剂的分散，同时也对矿粒和气泡的碰撞、脱落有重要影响。

试验表明，如果转速低了，由于磷矿沉降速度较快，要么形成分层现象，要么形成积砂。

如果转速高了，则易造成表面翻花，无法形成稳定的泡沫层，影响分选。

因此，对磷矿浮选，应在保证不沉槽的情况下，尽量采用较小叶轮转速，有利于提高选磷工艺指标。

、定子设计 浮选机槽内为气-液-固三相混合区，在三相紊流区，需要较强的搅拌强度，使矿浆呈现紊流状态，使矿粒与气泡发生碰撞和黏附，但分选区和泡沫区则需要相对稳定，因而定子必须能够将叶轮产生切向矿浆流转化为径向流，保证稳定的分离区和泡沫区。

KYF磷矿用浮选机采用悬空式径向定子，由支腿固定在槽底，使定子下部区域矿浆流通面积大，有利于降低动力消耗，增强槽下部的循环和固定颗粒的悬浮。

、CFD模拟 随着计算流体力学（CFD）技术的发展，更多地对于给定条件下反应器的流体流动状态进行预测成为可能。

国内外大型选设备设计机构均采用CFD对其新型设备进行模拟，利用CFD能节约大量的研究经费，同时可以获得试验手段所不能得到的数据。

通过CFD数值模拟，其结构和流体动力学特性如图3和图4。

由图可知， KYF磷矿用浮选机槽体内的流体动力学状态和气体分散状况，浮选机搅拌力适中，气体分散均匀，与设计一致，可满足工业生产要求。

2、结语 KYF磷矿用浮选机在国内外率先成功地解决了磷矿选别要求充气量小、泡沫量大、泡沫黏难破碎输送等难题，实现了在小充气量、低转速的同时保证矿浆悬浮等磷矿选别的要求。

通过CFD流体力学模拟进一步证明KYF磷矿用浮选机设计合理，能满足设计要求。

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大型浮选机的设计原则

大型浮选机的设计原则 目前工业生产中的浮选机通常是根据经验来设定各设计操作参数，虽然最近几年国内外学者对这方面进行了一定的研究，但对浮选机的流体动力学参数的研究不够。

对于大型浮选机，在理论研究中主要是针对大型浮选机流体动力学的特殊要求，对浮选槽内不同粒级的矿物与气泡的碰撞、粘附、脱落过程及影响这些过程的原因及如何防止浮选过程短路、提高气体分散度并保证气泡与矿浆均匀混合等方面作为研究重点。

如何在大型浮选机内部实现矿物的均匀搅拌，既要使矿粒在整个浮选槽内有效悬浮和气泡均匀分布，同时又要避免液面的过分扰动，是设计大型浮选机所遇到的突出问题之一。

北京矿冶研究总院在浮选机研究及浮选动力学理论研究的基础上，通过探索大型浮选机流体动力学的特殊规律，确定了浮选机内部各粒级矿物与气泡的碰撞、粘附、脱落过程及影响这些过程的原因，并据此提出了KYF系列大型浮选设备的设计原则。

1、保证浮选槽内能充入足量空气，使空气在矿浆中充分地分散成大小适中的气泡，保证槽内有足够的气-液分选界面，增加矿粒与气泡碰撞、接触和粘附的机会。

2、叶轮-定子系统所产生的流体动力学状态要满足浮选动力学的要求，以利于粗粒矿物与气泡集合体的形成和顺利上浮，建立一个相对稳定的分离区和平稳的泡沫层，减小矿粒的脱落机会。

3、叶轮搅拌力适中，流程畅通无阻，槽底不会有沉砂，同时保证较粗矿粒充分悬浮。

4、定子应有利于叶轮产生的旋转矿流变成径向矿流，形成细微空气泡，降低能耗。

5、适当加大槽深，延长气泡上升距离，以增加矿粒与气泡的碰撞机会。

6、充气量易于调节，操作简单方便。

7、可在全负载下开、停车。

8、通过控制给气、给药、补水、调节液面，可迅速调节浮选过程，实现自动化控制。

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