螺旋溜槽的研究现状及展望

螺旋溜槽的研究现状及展望

1 前言

重选由于环境污染小，成本低而被广泛应用于金属矿和非金属矿的选矿中。然而近半个世纪以来，重选工艺没有新的重大突破，而重选工艺的发展主要依赖于新型设备的研制与推广应用。为了满足现代工业对矿物原料需求量的增大，解决矿物日益贫、细、杂的形势，新设备的研制主要朝增大机械处理能力、提高分选精确性的方向发展[1]。螺旋溜槽因功耗低，结构简单，占地面积少，操作简易，选矿稳定，分矿清楚，无运动部件，便于维护管理，单位面积处理量大等特点在众多重选设备中倍受关注。螺旋溜槽有较宽和较平缓的槽面，矿浆呈层流流动的区域较大，更适于处理中细（-4mm）粒级的矿石，已广泛应用在有色金属和稀有金属矿山。

2 螺旋溜槽分选的基本原理

螺旋溜槽的结构特点是断面呈立方抛物线形状，底面更为平缓。分选时在槽的末端分段截取精、中、尾矿，且在选别过程中不加冲洗水。矿浆在槽面上流动情况和分选原理与螺旋选矿机基本相同。

矿浆给入到螺旋槽上，在重力分力的作用下沿槽面向下流动，由于螺旋槽是螺旋线形的，所以矿浆向下流动的同时也作离心回转运动，矿浆在离心惯性的作用下向螺旋槽外缘扩展，于是形成了内缘流层薄、流速低，外缘流层厚、流速高的流动特性。内缘液流呈层流流态，外缘液流则呈明显的紊流流态。液流除了沿槽的纵向流动外，还存在着内缘流体与外缘流体间的横向交换，称作二次环流。由于这种环流运动，使得在槽的内圈出现上升分速度、外圈则有下降分速度。液流的纵向流动与二次环流叠加结果，形成了液流在槽面上的螺旋线状运动。上层液流趋向外缘，下层则趋向内缘。位于矿浆内的固体颗粒既受着流体运动特性的支配，同时也受有自身重力、离心惯性和槽底摩擦力的作用。矿浆给到螺旋槽后，在弱紊流作用下松散，接着按流膜分选原理分层。矿粒在外力的作用下沿槽面作离心回转运动，产生离心惯性，因沉降速度大而进入流膜底层密度大的重矿物受槽底摩擦力影响，运动速度较低，离心惯性较小，在重力分力作用下，沿槽面的最大倾斜方向趋向槽的内缘运动；上层密度小的轻矿物颗粒随矿浆一起运动，速度大，被甩向槽的外缘。由于运动方向不同，于是在槽面上展开分带，重矿物靠近内圈，轻矿物移向外圈，最外圈矿浆中则悬浮着微细粒的矿泥。这种分带现象在第1圈之后即已表现出来，并在以后继续完善。二次环流不断地将重矿粒沿槽底输送到槽的内缘，而同时又将内缘分出的轻矿物向外缘转移，促进着分带的发展。到最后矿粒运动趋于平衡，分带完成，矿泥也基本被甩到最外缘的边流中。精、中、尾矿及矿泥在螺旋槽上的分布如图1所示。最终通过分矿阀及截矿槽将

精矿、中矿、尾矿及矿泥分别接出，如图2所示，从而实现分选。 精矿中矿尾矿

矿泥螺

旋

槽

轴

线

精矿

中矿

螺旋槽轴线

图1 矿物在螺旋槽上的分布 图2 截矿槽分矿图 3 研究现状

3.1 玻璃钢螺旋溜槽

螺旋选矿设备是一种高效的重力选矿设备，于1941年由美国的Humphreys 发明，最初是用铸铁制造的，随后曾改用废旧的汽车轮胎。英国首先采用玻璃钢材质制造出了双层螺旋选矿机。我国从60年代初就开始了螺旋选矿设备的研究，已研制成功了600mm 螺旋选矿机和600~2000mm 系列螺旋溜槽。1989年，北京矿冶研究总院研制成功的ф2000mm 玻璃钢螺旋溜槽[2]，直径大、设备高、处理细粒矿石非常有效。目前工业上应用最广泛的是ф1200mm 的螺旋溜槽，其螺旋槽是设备的主体部件，由玻璃钢制成的螺旋片用螺栓连接而成，内表面涂以耐磨衬里，通常是聚胺酯耐磨胶或渗入金刚砂的环氧树脂。

玻璃钢螺旋溜槽是选别有色金属、黑色金属和非金属矿及稀有金属矿物理想的高效重选设备，如金矿、铜矿、硫铁矿、钨矿、金红石、煤矿等等。除具有螺旋溜槽一般特点外，还具有：结构简单、防潮、防锈、耐腐蚀、重量轻、操作维修方便、适应性强、选别粒级宽、处理量大、分选效果好等特点。型号有LL 系列、BL-1500[3]、DL-2000等序列，其中最典型的是BL1500系列，现在各大矿山运行，分选效果较好。而且根据矿物特性和使用的场合，目前已研制出A 、B 、

C 、

D 和F 5种型号，BL1500-A 型适合于脱泥及含泥量大的矿物重选，也适合于金属及非金属的细粒级(200目左右)矿物重选；BL1500-B 型则是专为金属矿的重力选别作业而设计的，坡度大，适于粗粒级矿物的分选。湖北大悟硫酸渣经一次粗选、一次扫选、一次精选，单一BL1500螺旋溜槽重选分选流程，获得产率为55.0%、全铁品位63.1%、硫含量0.16%的合格铁精矿产品。

3.2 楔形刻槽螺旋溜槽

多年来铁矿物螺旋溜槽选别实践表明，一部分已单体解离的铁矿物和富连生体、不是丢失在尾矿中，就是返回再磨回路中成为过磨粒子难以回收。而楔形刻槽螺旋溜槽能够解决这方面的难题。

楔形刻槽螺旋溜槽[4]借鉴了摇床床面上横向槽的作用机理及淘米盆刻槽分

布形式加以改进，在螺旋溜槽叶片上刻出楔形的槽，楔形刻槽具有同心圆槽和导向槽，这样不仅可以改善叶片断面上浓度分布和增强水流的脉动作用，还可以借助导向槽使重矿物沿槽向内侧移动，有利于提高重矿物的回收率。楔形斜面沿径向内逐渐上升为H型，向外逐渐上升为Z型叶片。可以有多种不同的组合方式，例如上部2片H型和下部2片Z型叶片组装成2H2Z型。

楔形刻槽螺旋溜槽比普通螺旋溜槽减轻了叶片槽面上的脱水现象，改变了浓度分布，在精矿带浓度相近情况下，中矿带和尾矿带浓度平均低5%以上，这有利于物料松散，有利于较粗重矿物回收。鞍钢齐大山选矿厂通过2H2Z型和4P型工业对比试验，得到在给矿条件和精矿品位相近情况下，2H2Z型比4P型金属回收率提高3.79%，选矿效率提高2.81%，精矿产率提高2.29%。

3.3超极限h/D螺旋溜槽

张一敏，刘惠中等[5]针对原生红柱石的独有特性，在普通细粒螺旋溜槽分选原理基础上，首次提出并研制了超极限距径比(h/D)螺旋溜槽，从而解决了非金属矿物的脱泥及初步富集问题。

通常，普通螺旋溜槽出于对单机处理能力以及回收粒度下限等因素的考虑，距径比h/变化一般在0.45~0.8之间，下限值不超过0.40，通常取0.5~0.6倍。当螺旋槽外径一定时，若降低螺旋槽螺距，将使h/D比值变小溜槽坡度趋势变缓。

所谓超极限h/D螺旋溜槽，其螺旋槽螺距h与螺旋槽外径D的比值突破了距径比不能小于0.40的传统理论极限，采用了超极限距径比设计。具有操作便利，低耗、高效等明显优越性；增大螺旋槽直径后可对微细粒物料进行有效回收；提高了小密度差分选物料的分选效率。采用大直径设计，单机设计处理能力比传统螺旋溜槽处理（LL系列螺旋溜槽最大规格LL-1200）能力强2倍。通过工业对比试验得出，在相同的条件下，与普通溜槽相比，超极限溜槽脱泥作业粗精矿产率可提高约10%，Al2O3含量可提高约4%[4]；在硫酸渣工业化生产中效果明显，产率达到53.00%~63.50%，TFe精矿品位达到61.50%~63.10%，回收率高达64.03%~79.86%。硫精矿品位0.15%~0.20%，回收率6.83%~15.90%。

下图是超极限h/D螺旋溜槽和普通型LL-1200×540螺旋溜槽进工业对比试验，两次脱泥富集作业给矿浓度和产率关系见图3。