水力旋流器10790.pdf

水力旋流器

水力旋流器是一种连续作业的分级设备，利用离心力来加速颗粒的沉降速度。
水力旋流器是选矿工业中最重要的设备之一，在选矿中主要用作分级设备，尤其
在细粒分级作业中极为有效。它广泛用于闭路磨矿作业（Napier-Munn等，1996）
但也可用于脱泥、除砂和浓密等其他作业。
在许多场合水力旋流器可代替机械式分级机，其优势在于操作简便及与其尺
寸相比有较高的处理能力。它的变体“水介质旋流器”已经用于煤（Osborne，1985）
和其他矿物的精选。
典型的水力旋流器（图9.13）由一个圆锥形容器构成，其底部（沉砂口）敞
开，锥体上连接一个筒体，筒体上部有一个切向给料口。圆筒顶部有盖板，一个
轴向溢流管穿过盖板。轴向溢流管有一段插入筒体内，该管段可拆卸，称之为旋
流器溢流管，用以防止给矿短路而直接进入溢流。
矿浆在一定压力下通过切向给料口给入，这使矿浆产生漩涡运动，进而使其
在旋流器内产生旋流运动，并沿垂直轴形成一个低压区。沿垂直轴还形成空气柱，
通常通过沉砂口同大气相连接；但一部分空气柱是由从低压区溶液中析出的溶解
空气所产生的。
水力旋流器作用的经典理论是，旋流器内颗粒的流动方式受到两个反向作用
力：一个是向外的离心力，另一个是向内的拉力（图9.14）。离心力可加速颗粒
的沉降速度，因而可按粒度、形状和密度对颗粒进行分离。沉降较快的颗粒被抛
向器壁（此处速度最慢），之后逐步流向沉砂口。由于拉力的作用，沉降较慢的
颗粒流向垂直轴线周围的低压区，并向上运动，最终经由溢流管进入溢流。

图9.13水力旋流器
（Napier-Munn等，1996；朱利
图9.14水力旋流器中圆周运动颗粒所受的力
叶斯克鲁特施尼特矿物研究中
心（JKMRC），昆士兰大学）
由于存在着一个向下料流的外区和一个向上料流的内区，势必有一个垂直速
度为零的区域。这见之于旋流器的大部分，因此在整个旋流器内应存在着一个垂
直速度为零的包络面（图9.15）。受较大离心力作用而被抛出垂直速度为零的包
络面以外的颗粒将进入沉砂，而受较大的拉力作用而进入旋流器中心的颗粒则进
入溢流。处在垂直速度为零的包络面上的颗粒受到相等的离心力和拉力的作用，
进入沉砂或溢流的几率相等。

1/12

伦纳和科恩（Renner和Cohen，1978）的研究表明，旋流器内的分级并不是
像经典模型所假定的那样在整个体积内发生。实验采用高速取样器，从直径
150mm旋流器内的若干选定位置取出一些试样，做粒度分析。结果表明水力旋
流器的内部可以分为四个粒度分布差异明显的区域（图9.16）。

图9.15水力旋流器中速度的垂直分量和径向
图9.16旋流器内粒度分布相似的各区
分量的分布
基本上未分级的给矿处在靠近圆柱体壁和旋流器顶部的窄区A。B区占据旋
流器圆锥体的大部分，其中包含充分分级的粗粒物料，即，粒度分布几乎是均匀
的，且类似于粗粒产品的粒度。与此类似，充分分级的细粒物料处于C区，即
围绕溢流管并沿旋流器轴线伸展。只是在圆环状的D区似乎发生分级。各种粒
级通过该区做径向分布，据轴线的径距离越小，颗粒的粒度越小。旋流器在低压
下工作，因此在设备中D区的范围更大。
水力旋流器分级效率和处理量较高，因此其一般广泛应用于磨矿流程（图
9.17）。水力旋流器也可用于较宽粒级分布物料（代表性的为5～500μm）的分级，
小尺寸旋流器可用于细粒分级。
9.3.3.1水力旋流器效率
表示旋流器效率最常用的方法是应用特性曲线或分配曲线（图9.18），该曲
线表明给矿中进入水力旋流器沉砂的每一粒级的质量百分数与颗粒粒度之间的
关系。此曲线与按密度分离的分布曲线近似（参见第11章）。旋流器的分离点或
分离粒度是指给料中有50%的颗粒进入沉砂中的粒度，也就是说，这一粒度的颗
粒进入沉砂或溢流的几率相等（，1984）。该点通常表示为粒度。
Svarovskyd50
分离的精确度取决于分配曲线中心部位的斜率；斜率越趋于垂直，分级效率越高。
在曲线上截取75%和25%的给矿进入沉砂的粒度，就可表示曲线斜率，分别以
和粒度表示。于是分级效率或所谓的不完整度如下式表示：
d75d25I
d−d
I=7525（9.14）
2d50

2/12

图9.17球磨机与水力旋流器构成
的闭路磨矿流程，印尼巴都希贾乌
（BatuHijau）矿（朱利叶斯克鲁特图9.18旋流器分布曲线
施尼特矿物研究中心（JKMRC）和
JKTech公司）
水力旋流器的许多数学模型均含“校正”，该参数取自“校正”分级曲线。
d50
凯尔瑟尔（Kelsall，1953）指出在所有分级机中，粗粒矿浆产品中夹带的所有粒
级物料与进入底流的给矿水成正比。
例如，若给矿中含某一粒度的给料16t/h，其中12t/h进入底流，则进入底流
的这