旋流分离技术在颗粒分级与固液分离中的应用.pdf

旋转流分离技术在颗粒分级与固液分离中的应用

（威海市海王旋流器有限公司威海264209）

摘要

旋转流分离是在超重力场中对有粒度、比重、形状等差异的颗粒进行快速高
效分离。旋流器是旋转流分离的主要设备之一，在国民经济各行业得到广泛应用。
本文主要介绍旋转流分离机理，以及评价旋流器分离性能的指标。介绍旋流器在
矿业磨矿分级、分选、浓缩、脱泥脱药、微细粒分级、组合分级等工艺中成熟应
用经验，并结合实验室和现场试验数据分析主要结构、操作、物料性质等参数对
旋流器分离性能的影响因素。
结合现场旋流器运行过程中经常出现的问题，提出一些分析解决问题的方
法，对于生产应用有一定的指导意义。同时本文还简单介绍了旋流器柱体、锥体、
溢流管、沉砂咀、进料口等结构的改进对分离性能的影响，对改进现场用传统旋
流器，提高分离性能有参考意义。
1、前言
旋转流分离是在超重力场中对有粒度、比重、形状等差异的颗粒进行快速高
效分离。旋流器是旋转流分离的主要设备之一，该设备是一种用途十分广泛的湿
式机械分离分级设备,它可以用以完成液体澄清、料浆浓缩、固相颗粒洗涤、液
体除气与除砂、固相颗粒分级与分类、以及两种非互溶液体的分离等多种作业。
由于旋流器具有结构简单、无运动部件、设备紧凑、占地面积小、设备成本低和
处理量大等许多优点,迄今已经在矿物加工、化工、石油、轻工、环保、采矿、
食品、医药、纺织与染料业、冶金、机械、建材及煤炭等众多工业部门获得了广
泛的应用;而且由于水力旋流器结构及型式的日趋多样化,其应用领域仍在不
断拓展。
在国内,旋流器的应用正受到越来越多的工程师们的关注。本文将简单介绍
旋流器的工作原理--旋转流分离理论，并从颗粒分级和固—液分离两方面来介绍
旋流器应用开发的新情况，便于工程师们更系统地了解旋流器在国内外的应用情
况。

2、旋转流分离技术
2．1旋流器分离机理
旋流器的工作原理是离心沉降。当两相流体以渐开线、切线或螺旋线方式给
矿管以一定速度进入筒体后，由于受固定筒体壁的约束，浆体中固体颗粒与液体
在器内的运动均由切向、轴向、径向运动组成。在强大离心力场的作用下，首先
沿器壁以螺旋线方式向下运动，形成外旋流。但因旋流器下部锥体，其断面面积
向下逐渐缩小，流速越来越大，致使底流口无法将全部外旋流排除。沿程有部分
流体将逐渐脱离外旋流，以螺线涡的形式向内迁移，越接近底流口内迁的量越大。

这部分呈螺线涡形式内迁的流体，只能调转方向向上运动，形成内旋流并从上部
溢流管排出。外旋流和内旋流是旋流器中流体运动的主要形式，它们的旋转方向
相同，但其运动方向相反。
此外，旋流器内部还有短路流、盖下流、空气柱、闭环涡流、零速包络面等

几种运动形式存在。

2．2分离性能的评价指标
旋流器的性能评价指标主要是分离粒度、单台处理能力和分级效率。分离粒
度和单台处理能力是选择旋流器的主要指标，而分级效率则是衡量旋流器效率高
低的主要指标。
分离粒度定义为：当某一特定的极窄级别的颗粒，它进入粗产物和进入细产
物的概率均等，各为50%，那么，该极窄级别的中值粒径即为分离粒度，又称为

平衡粒度或切割粒度，通常用d表示。它是分级设备的主要性能参数之一。
50
衡量分级效果的指标主要是分级质效率和分级量效率。分级质效率又称为牛
顿效率，其物理意义是细产物中合格粒级的回收率与细产物中不合格粒级的混入
率之差；分级量效率是指分级产品中合格粒级的回收率，为使分级量效率能够科
学准确评价分级效果，通常还有一个指标限制，即细度合格的条件。
另外，在选矿过程中，有用粒级的回收率也是评价旋流器分级效果的一个重
要指标。

2.3影响旋流器分级性能的因素
根据不同的要求，对旋流器分级分离性能指标的描述有以下几个：溢流浓
度、溢流固相粒度分布、分离粒度、分级效率、分离精度、分股比等。虽然水力
旋流器结构简单，但影响其工作性能指标的因素却非常多，总体上说有结构参数、
操作参数、物性参数三部分综合影响，具体如表1所示。

表1影响旋流器分级效果的主要因素

因素类别因素名称

（1）旋流器直径（2）溢流口直径（3）进料口直径

（4）沉砂口直径（5）溢流管壁厚（6）圆柱段高度
结构参数
（7）溢流管插入深度（8）旋流器壁面粗糙度（9）锥角

（10）安装倾角

操作参数（1）进料流量（2）进料压力

（1）进料浓度（2）固相粒度及分布（3）固、液相密度
物性参数
（4）物料粘度
3、旋流器在矿物加工生产中的应用
3．1磨矿分级
在现代选矿厂中，水力旋流器在各段磨矿中都有应用。其中，二、三段磨矿
和中矿再磨回路中的分级作业几乎全部用水力旋流器。在某些选矿厂里，只在一
段磨矿中部分使用螺旋分级机，也逐渐被水力旋流器所替代。特别近几年来，一