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粉體分級

旋流器在非金屬礦加工過程中的應用

來源：中國粉體技術網更新時間：2014-11-26 10:55:38 瀏覽次數：

（中國粉體技術網/班建偉）非金屬礦種類繁多，用途廣泛，比如菱鎂礦、高鋁礬土及石墨可以作為耐火材料；螢石不僅可以作為裝飾品，同樣具有其他多種用途，可以作為制取氟化合物的原料，又由于其熔點低而廣泛用于煉鋼、有色金屬冶煉、航天等工業；高嶺土、陶瓷土則可以用來制作陶瓷；石英巖、石英砂等則可以作為玻璃硅質原料。伴隨著高新技術材料產業及建材、塑料、化工等產業的高速發展，我國非金屬礦及其礦物材料加工產業發展迅速，加工技術取得了顯著進步，加工裝備與世界先進水平的差距不斷縮小。
旋流器作為一種高效率的分級、濃縮、脫泥設備，在非金屬材料加工過程中被廣泛應用，具有結構簡單、便于制造維護、處理量大、分級效率高等諸多優點。旋流器依靠離心沉降進行分離，將需分離的兩相混合液以一定的壓力從旋流器圓筒段上部的進料口送入，從而在旋流器內部形成強烈的旋轉運動。由于輕相和重相的力度差異和粗細顆粒之間的粒度差異，所受的離心力和流體拽力的大小不同，大部分的輕相（或細顆粒）通過旋流器溢流管排出，重相（或粗顆粒）則從旋流器底流口排出，如圖1所示。

海王旋流器有限公司生產的旋流器，由于其分離效率高、濃縮效果好、使用壽命長、持續改進快，技術支持優等特點，在非金屬礦加工行業中得到廣大認可。為了提高旋流器的分級效率及分級精度，海王旋流器有限公司在傳統旋流器的基礎上對旋流器結構進行了優化，采用“專利改進型漸開線進料口”、“進料管由圓漸變為方”、“專利厚壁溢流管”、“雙錐體和多錐體的復合”、“合理的柱錐段長度比例”等結構，保證了旋流器內部流場的平穩；而為了延長旋流器的使用壽命，海王公司采用聚氨酯、HRT耐磨橡膠、高鋁陶瓷、KM復合材料、NM材料等多種耐磨材料組合制作，實現旋流器整機工作時間長，維護量小。
1、旋流器在高嶺土分級中的應用
高嶺土是一族粘土礦物的總稱，其基本組成為高嶺石組和多水高嶺石組，主要由高嶺石、埃洛石組成，含量可達90%以上，其次還有水云母，?；煊悬S鐵礦、褐鐵礦、銳鈦礦、石英、玉髓、明礬等，有時還有少量的有機質。高嶺土具有可塑性、粘結性、燒結性及耐火性等優良的工藝特性，所以被廣泛應用于陶瓷、造紙、橡膠、塑料和耐火材料等工業。
高嶺土原礦的加工工藝取決于原礦的性質及產品的最終用途。在工業生產中應用的工藝有兩種：干法工藝和濕法工藝，若要得到高純優質高嶺土則需要使用濕法工藝。濕法工藝包括礦石準備、選礦加工和產品處理三個階段。準備階段包括配料、破碎和搗漿等作業。搗漿是將高嶺土原礦與水、分散劑混合在搗漿機內制漿，搗漿作業可使原礦分散，為選別作業制備適當細度的高嶺土礦漿，并同時去掉大粒的砂石。選礦階段可能包括水力分級、除砂、浮選、選擇性絮凝、磁選、化學處理(漂白)等作業，以除去不同的雜質。除砂及水力分級作業中常用的旋流器有FX150-PU型、FX100-PU型、FX75-PU型、FX50-PU型、FX25-PU型及FX10-PU型。φ150型旋流器用于初步分級，隨著分級步數增加，旋流器直徑遞減。
因高嶺土等粘土礦物屬微細顆粒，而高嶺石與石英、長石等物料比重相近，故需選用φ25~150型的長錐旋流器；對微細(5μm左右)高嶺土可選用φ10mm型旋流器。壓力的大小對旋流器分選效果影響最大，用于高嶺土分選一般采用0.20~0.35MPa。水力旋流器運作中，給礦壓力的波動，會使旋流器的平衡狀態遭到破壞，嚴重地影響分選效果，需嚴格控制給礦壓力的穩定性。濃度的大小直接影響旋流器分選產品的粒度與濃度，一般旋流器給礦濃度不大于30%。各類軟質高嶺土選廠均已采用水力旋流器作為重選手段，將大量粗粒級石英、長石等粒狀雜質和比重較大的鐵、欽氧化礦物從高嶺土產品中分離出去，從而提高了高嶺土的純度，為進一步深加工提供優質高嶺土。
海王公司生產的聚氨酯旋流器（PU型）已在多家高嶺土選別現場得以應用，比如廣西合浦某公司選用的有φ500、φ100、φ50、φ25四種規格，廣西北海某高嶺土公司現場選用的旋流器有φ150、φ75兩種規格。
2、旋流器在鉀長石加工中的應用
鉀長石粉具有熔點低(1150±20℃)、熔融間隔時間長、熔融粘度高等特點，廣泛應用于陶瓷坯料、陶瓷釉料、玻璃、電瓷等工業領域，其中在陶瓷領域的用量較大。陶瓷生產企業為了降低成本，一般均采購鉀長石原料進行選礦加工，生產成品鉀長石粉。目前鉀長石粉的生產工藝如圖2所示。

由圖2所示工藝流程可知，旋流器在鉀長石生產工藝中主要用于分級、入浮前脫泥、精礦濃縮脫水三個環節。各環節對旋流器的技術要求如下：
（1）分級
鉀長石磨礦粒度較粗、且泥化越輕越好，一般要求分級粒度為60目-120目。由于旋流器分級粒度較細，因此分級設備一般采用分級機或分級篩，當分級粒度要求在120目可建議選用旋流器。河南某礦業公司選用的是FX350-GX型旋流器作為分級設備，廣東某長石礦選用的是FX350-GX-S2型旋流器。
（2）浮選前脫泥
鉀長石原礦一般含泥，并且在磨礦作業中也會生成次生泥，因此在進入浮選前必須進行脫泥處理（即使現場無浮選工藝，為了保證產品品質，也需進行脫泥處理），有些現場為了保證成品粒度，采用兩級旋流器脫泥工藝。脫泥粒度要求一般為325目—500目，旋流器進料濃度一般為20~30%。脫泥旋流器一般選用FX100-PU-B或FX150-PU-B（FX150-GX-B），當物料粒度較粗時建議選用φ150旋流器，同時旋流器沉砂口徑配置一般較大，以避免堵塞。
（3）精礦脫水
鉀長石精礦濃度一般為25%左右，直接進入皮帶過濾機的話一方面濃度低、過濾效果不好，另一方面過濾機的投資及運行費用均較高，因此需采用旋流器對精礦漿進行預濃縮處理。
根據對精礦產品的粒度要求情況，濃縮旋流器的溢流可直接拋掉、或進入濃密機再次濃縮，濃縮旋流器的規格一般選用FX100-PU-B或FX150-PU-B（FX150-GX-B），在物料粒度較粗時，考慮選用φ150的規格，配置較大直徑的沉砂口，以防沉砂口堵塞。
海王公司以進口原料及特殊配方生產制作的橡膠作為旋流器的內襯材料，具有優異的耐磨性、強度及彈性，能夠耐受較高濃度兩相流的磨損。

3、旋流器在碳化硅回收中的應用
目前，工業生產太陽能電池基板時不斷排放出大量廢砂漿，這些砂漿中通常含有聚乙二醇、碳化硅以及貴重的硅屑粉。為了保證切割硅片的質量和效率，在生產硅片過程中需使用大量的新鮮切割液同時排出大量的切割廢砂漿，這些砂漿中含有的碳化硅與硅具有很高的附加值，可以經回收后循環使用。碳化硅的比重為3.2g/cm³，硅的比重為2.4g/cm³，由于二者的比重差異，碳化硅與硅的回收過程中，可以使用旋流器對二者進行高效分離。旋流器用于碳化硅的回收，其設備工藝如圖3所示。

此工藝從左到右共8個級別，原料與水由第4或者第5級旋流器給料，溢流向前洗滌，底流向后洗滌。由于不同公司物料性質的不同，底流的具體走向需通過調試確定。該工藝，使用海王旋流器有限公司生產的FX50-PU-Ⅱ型旋流器，已在多個碳化硅分離現場獲得成功應用。工藝中，進料質量濃度約在15%~20%之間，工作壓力需要達到0.25~0.40MPa。當原料中碳化硅含量在在80%以上時，底流產品的最終碳化硅可以達到96.5%以上，碳化硅回收率可以達到90%以上。海王公司生產的聚氨酯旋流器（PU型）具有耐磨損、耐腐蝕、耐沖擊，使用壽命長。

4、結語
旋流器在非金屬礦加工中的應用，不僅僅包括碳化硅、鉀長石及高嶺土三種礦物，凡是存在粒度或者比重差異的物料，均可以考慮使用旋流器作為其分級、脫泥或濃縮設備。海王公司生產的旋流器，其分級效率及使用壽命，通過在多家非金屬礦生產加工現場的應用實踐，獲得了廣大用戶的

本文收錄在《第十五屆全國非金屬礦加工利用技術交流會會議論文集》內。
資料來源：威海市海王旋流器有限公司

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