概述 印度的次生铁矿床的矿石铁档次较高。可是，其间存在的二氧化硅和氧化铝需求去除。大多数选矿厂运用多段水力旋流器取得细粒铁精矿（－100μm）。在水力旋流器分级进程中，许多的含有黏土矿藏的细粒部分随给水进入粗粒产品中，然后下降精矿铁档次。Btadley报导了下降进入到水力旋流器底流中水量的不同办法。其间一种是对底流的排放量节流来操控进入底流中的水量。这种体系易于发作严峻的磨损和需求更多的保护。另一种办法是经过多段分级来改善分选功率。多段分级体系就是选用串联的多台水力旋流器分级，即一台旋流器的底流次序进入下一台旋流器中。这种装备使得进入粗粒产品中的细粒含量显着下降。Rao报导印度Rakha铜选矿厂选用两段旋流器体系进行分级。依据这篇报导，串联的分级体系改善了总的分级效果，可是这种装备需求添加泵池和泵送体系，而且需求添加保护工作量。而且，这种两段分级流程易于遭到工厂操作动摇的影响。 改善分级效果的第三种办法是将压力水经过粗粒产品排放的结尾注入到旋流器中。压力水注入技能初次用在矿山产品的脱泥中。Kll等证明，该法用于直径75mm旋流器时分级精度较好。他们证明，在普通的操作中，给矿中48%的～10μm细粒进入底流中，运用灌水旋流器时只要11.5%～10μm细粒进入底流中。在造纸工业中运用灌水旋流器来添加溢流中纤维的收回率。Firth等人选用灌水旋流器对细粒煤进行分级。Patil等人报导，选用直径为100mm的Krebs型灌水旋流器比普通的水力旋流器处理硅砂有一些优越性。Honaker等人报导了选用灌水旋流器对细粒煤分级的重要性。最近，又用灌水旋流器收回旋流器溢流产品中细粒重物料。一种取得专利权的灌水旋流器，一般被称为“Cyclowash”已经有商业化产品出售。 本研讨是选用这种技能出产铁档次高于66%铁精矿，一起下降铁精矿二氧化硅和氧化铝的含量。 能够将一台灌水旋流器（图1，a）看作一台在沉砂嘴上方设备有灌水体系的普通水力旋流器。因而这套体系具有普通水力旋流器一切的特征，例如，有一个主圆柱体与一个倒置的圆锥联接，一个切线给料口开在圆柱体的上部，以及坐落圆柱体外部突出来的一个圆柱形旋涡溢流管，溢流管坐落旋涡轴的中心，一向延伸到给料口的下部。在普通旋流器椎体下部链接灌水设备。灌水设备（图1，b）由外圆柱体和内圆柱体组成，在内圆柱周边上有许多切线进水孔，进水孔之间的间隔是持平的。外圆柱体经过管道与贮水池相连。新鲜水以必定压力从内圆柱壁上的孔切线注入设备中。在主旋流器和灌水体系之间是一个截锥，用来约束灌水孔处底流矿浆的压力，以避免矿浆经过灌水孔进入新鲜水套中。 给料矿浆经过进料口给到灌水旋流器中。首要分级进程发作旋流器主体部分中。细粒级进入旋流器轴周围的竖直液流中，然后进入旋涡溢流管。粗粒级在到达旋流器壁后进入底流矿浆中。粗粒级底流经过截锥后进入灌水设备中。注入的水横向穿过底流矿浆，在该进程中，进入底流中的给水被注入水所代替，然后使夹藏的细粒进入溢流中。图1  灌水旋流器（a）和灌水设备（b） 一、实验 （一）样品收集和给料特性 铁矿矿浆收集自印度的一个选矿厂。这些样品代表耙式分级器的溢流产品。这些产品在选矿厂中经过串联的水力旋流器进行富集。这些矿浆经过过滤，然后在100℃下烘干。干固体（大约400㎏）经过混合，选用标准取样技能制成每份10㎏的矿样。化学分析成果标明，这些枯燥给矿样品含有63.5%Fe、2.5%Al2O3和3.5%SiO2。然后对这些样品进行粒度分析和化学分析，以便了解Fe、Al2O3和SiO2的散布。图2为各粒级的化学分析成果。从图2能够看出，给料的粒度组成为75%～45μm，50%～25μm。铁含量随粒度减小而下降。可是，铁含量在－25μm粒级中含量急剧降至58.53%，这标明氧化铝和二氧化硅在该粒级中富集。图2  给料各粒级产率和铁含量 △－产率；●－铁档次 （二）实验设备和实验进程 图3为实验设备示意图。实验设备由一个200L的给料筒和一个100L的灌水罐组成，二者设备在固定的平台上。给料筒的底部与一台离心泵衔接，离心泵由三相5.5kW电动机驱动。泵的出口经过管道与竖直设备在矿浆桶上方的直径100mm灌水旋流器给料口相衔接。经过隔阂压力计丈量旋流压力降。经过操控阀调理旁路管的流量，使灌水旋流器中的压力降坚持固定。 旋涡溢流管、截锥和沉砂嘴的尺度与实验规划的灌水旋流器相匹配。将称量好的固体和水在给料槽中混合10～15min，并使给料矿浆的固体浓度为25%。依据实验规划先将新鲜水注入到灌水设备中。之后，经过翻开操控阀，将给料矿浆给入旋流器中，并操控回流阀使进浆压力坚持在70kPa。在安稳状态下（15s到达），对溢流和底流别离取样。样品经过过滤、枯燥和称重，而且对铁、氧化铝和二氧化硅含量进行分析。经过分量散布和金属含量，依据金属平衡，核算精矿中的铁的收回率和氧化铝和二氧化硅的去除率。图3  灌水旋流器实验设备图 （三）实验规划 本实验中选用正交实验办法，其间包括16个实验（24∶2水平，4要素），包括的要素为灌水流量、截锥直径、沉砂嘴直径和溢流管直径。要素的水平如表1所示。截锥直径、溢流管直径、沉砂嘴直径和灌水流量别离用A、B、C和D标明。所研讨的下限和上限如下所示： 表1  实验中的要素和水平要素称号单位实践低值实践高值低水平高水平A截锥直径（TCD）mm19.0525.40－1＋1B溢流管直径（VFD）mm25.4031.75－1＋1C沉砂嘴直径（SPD）mm22.2326.97－1＋1D灌水流量（IWR）L／min15003000－1＋1①截锥直径：19.05和25.4mm； ②溢流管直径：25.4和31.75 mm； ③沉砂嘴直径：22.23和26.9 7 mm； ④灌水流量：1500和3000 L／min 在统计分析时，低水平用－1码标明，高水平用1码标明。 二、成果与评论 表2为在不同的实验条件下得到的铁精矿铁档次和收回率、氧化铝和二氧化硅的去除率。由表2可知，在不同的操作条件下铁精矿（旋流器底流产品）的铁档次为65.2%～67.9%，氧化铝的含量为0.31%～1.33%，二氧化硅的含量为1.39%～2.40%。尾矿（旋流器溢流产品）铁含量为40.9%～45.6%，氧化铝含量为8.25%～13.15%，二氧化硅含量为10.0%～13.1%。铁的收回率为86.6%～92.3%。氧化铝的去除率为54.0%～89.0%，二氧化硅的去除率为39.6%～65.0%。 表2  实验条件和实验成果实验 编号实验条件 TCDVFDSODIWR125.4031.7526.971500 225.4031.7526.973000 325.4031.7522.231500 425.4031.7522.233000 525.4025.4022.231500 625.4025.4022.233000 725.4025.4026.971500 825.4025.4026.973000 919.0525.4026.971500 1019.0525.4026.973000 1119.0525.4022.231500 1219.0525.4022.233000 1319.0531.7522.231500 1419.0531.7522.233000 1519.0531.7526.971500 1619.0531.7526.973000 实验成果   （%）铁氧化铝二氧化硅Fe收回率Al去 除率Si去除率UFsolRIW%OFUFOFUFOFUF137.243.165.812.00.6911.02.090.773.246.815.3264.944.766.611.80.6311.41.990.473.947.113.2356.744.766.512.80.3510.91.689.886.254.225.8496.745.667.611.00.3310.61.586.688.561.515.2542.7840.965.511.41.1311.91.890.762.552.113.7669.144.765.810.61.0312.51.886.969.460.68.2737.643.365.213.01.3313.12.492.654.039.615.9851.741.365.313.01.3113.02.092.354.844.010.4944.045.666.010.31.2011.61.991.254.745.725.21082.441.866.810.41.1312.01.988.066.257.39.91150.942.266.310.50.8712.51.887.571.964.715.91271.043.866.910.60.9912.51.789.864.956.79.81358.144.166.812.30.3313.01.5878.089.065.021.11484.445.667.911.20.4611.01.588.881.957.920.41552.044.366.710.90.6311.81.989.076.253.619.31647.043.566.913.20.6111.71.788.083.259.68.8OF－灌水旋流器溢流（尾矿） UF－灌水旋流器底流（铁精矿） Rec－收回率 Rej－去除率 UFsol－底流中固体质量百分含量 RIW－灌水比列（注入的水流量与底流水流量比值） 实验成果还标明，各个变量之间存在交互联系。为了了解各变量独自和之间的交流影响效应，运用商业化的Design Expert软件对实验成果进行统计分析。不同变量对铁档次、收回率、氧化铝和二氧化硅去除率的影响如表2所示。 用来点评独自和交互效应的遍及的公式为： Yi＝α0＋α1A＋α2B＋α3C＋α4D＋α5AB＋α6AC＋α7AD＋α8BC＋α9BD＋α10CD＋α11ABC＋α12ABD＋α13ACD＋α14BCD＋α15ABCD  （1） 式中：Yi－呼应（i代表铁档次、铁收回率、氧化铝去除和二氧化硅去除）；α0－截距；α1…α15－模型参数；A、B、C和D－截锥直径、旋涡溢流管直径、沉砂嘴直径和灌水量的码值。 A、B、C和D的码值可由下式核算 A＝（AR－Aa）／（Aa－Al）  （2） B＝（BR－Ba）／（Ba－Bl）  （3） C＝（CR－Ca）／（Ca－Cl）  （4） D＝（DR－Da）／（Da－Dl）  （5） 式中：AR－截锥直径所期望的水平；Aa－截锥直径高水平和低水平的平均值；Al－截锥直径的低水平。BR、Ba和Bl；CR 、Ca 和CR ；Da和Dl具有相似的意义。 虽然为了模型的完整性，均提到了模型中一切的参数，可是，为了解说物理机理，下面只评论影响比较大的单变量和双变量的影响。 （一）变量对灌水比值的影响（RIW） 再灌水旋流器中，首要的分级发作在主旋流器中，二次分级发作在灌水体系中。在灌水体系中，新注入的水代替底流矿浆中的水。在该进程中，注入的水别离进入溢流和底流中，而进入溢流和底流的水的比值取决沉砂嘴直径。截锥直径、溢流管直径和灌水流量的巨细。对灌水别离进行准确量化是比较困难的。因而，运用灌水流量和底流水流量的比值来描绘分级的机理是不错的代替办法。因而，在本研讨中，分析各个变量对这个比值（用RIW标明）的影响，然后用它来描绘它对其他分选目标的影响。在不同实验条件下得到的RIW值如表2所示。 灌水比值在不同的实验条件下在37.2%～96.7%之间改变。灌水比值的模型公式为： RIW＝59.2－2.07A＋2.97B－7.05C＋11.75D＋3.83AB－2.19AC＋1.78AD－4.80BC＋0.65BD－2.36CD＋1.20ABC＋4.03ABD－0.72ACD－3.09BCD＋3.11ABCD  （6） 从模型常数能够看出，截锥直径和沉砂嘴直径的添加会下降RIW值。当这些变量在较高水平操作时，来自给料的水和注入的水许多进入底流中，因而这个数值减小。溢流管和灌水流量变量项前的常数为正值，这标明跟着这些变量的添加，RIW值添加。 截锥直径和沉砂嘴直径（AC）、溢流管直径和沉砂嘴直径（BC）和沉砂嘴直径和灌水流量（CD）的交互影效应标明，一切与沉砂嘴直径的交互效应都是负面效应。与截锥有关的交流效应，例如，截锥直径和溢流管直径（AB）和截锥直径与灌水流量（AD）交互影响是正效应。截锥和沉砂嘴直径的交互影呼应为负面效应，这标明，沉砂嘴的直径起首要影响效果。 用对RIW数值影响的调查成果来证明变量对精矿铁档次、收回率、二氧化硅和氧化铝去除率的影响。 （二）变量对精矿铁档次的影响 铁精矿档次模型公式如下。实践值与模型猜测值符合较好，R2为0.98，标准偏差为0.23。 Fegr＝66.3－0.246A＋0.509B－0.203C＋0.174D＋0.160AB－0.189AC－0.159BC＋0.188BD－0.189CD＋0.217ACD－0.132ABCD  （7） 由上式可知，在独立变量影响中，溢流管直径对铁档次影响最大，其次是截锥直径、沉砂嘴直径和灌水流量。溢流管直径和灌水流量的是正效应，这标明铁精矿铁档次随这些变量的增大而添加。截锥直径和沙嘴直径是负效应，这标明随这些变量的增大，精矿铁档次下降。 与灌水比值的影响相似，与沉砂嘴直径相关的交互影响（AC、BC和CD）是负效应，这标明一起添加这些变量，铁精矿档次会下降。铁档次的下降可由下列机理来解说： 1、AC添加标明截锥和沉砂嘴尺度变大，这将缩短给料在主旋流器和灌水体系中的停留时间，在灌水体系中，注入的水对底流矿浆进行清洗； 2、关于CD，因为沉砂嘴直径和灌水流量一起添加，注入的水大部分进入底流中，改善对底流的清洗； 3、溢流管的影响是正效应，一起添加溢流管和沉砂嘴直径（BC），会发作负面效应，这标明沉砂嘴直径的影响是首要的。 上述机理能够由经过底流排放矿浆流的添加而使RIW值减小得以证明。 截锥直径和溢流管直径的组合（AB）的影响是正效应，这标明随该变量的增大，精矿铁档次升高。这可能是因为溢流管直径增大能够增大由溢流带走的黏土数量。而且，截锥开口变宽时，因为注入水的竖直上升流的增大（由RIW正值可看出），能够有用的将细粒黏土清洗到溢流中。 （三）变量对精矿铁收回率的影响 精矿铁收回率模型公式如下。实测值与模型猜测值符合较好，R2为0.99，标准偏差为0.33。 Ferec＝89.3＋0.804A－0.405B＋1.095C－0.336D－0.246ACB－0.519AC－0.498AD－0.367BC＋1.064ACD＋0.271BCD－0.351ABCD  （8） 由式（8）可知，在一切的独立变量之中，沉砂嘴的直径对铁精矿铁收回率影响最大，其次是截锥直径、溢流管直径和灌水流量。截锥和沉砂嘴的直径增大使铁精矿铁收回率添加。溢流管和灌水流量的影响是负效应，这标明跟着溢流管直径和灌水流量的增大，铁精矿铁收回率下降。 变量之间的交互影响研讨成果标明，截锥直径和沉砂嘴直径的组合（AB、AC、AD和BC）的影响是明显的。一切这些组合的影响都是负效应，这标明添加这些组合的水平会下降铁精矿铁的收回率。截锥直径或沉砂嘴直径的增大标明，向底流排放固体的孔更大，然后进步精矿铁收回率。 （四）变量对氧化铝和二氧化硅去除率的影响 细粒铁矿石中存在的氧化铝和二氧化硅来自黏土矿藏。此外，二氧化硅还来自石英。显微镜调查标明，给猜中的黏土的粒度小于5μm，90%的二氧化硅的粒度小于10μm。氧化铝和二氧化硅去除率的模型公式如下所示。 Alrej＝71.9－1.59A＋9.61B－4.88C＋0.95D－1.46AC＋0.40AD＋1.54CD－2.52ACD  （9） Sirej＝54.2－3.41A＋1.57B－4.93C＋1.44D－1.43AC＋1.12AD－1.00BC＋1.35CD－2.74ACD  （10） 氧化铝去除率的实测值与模型猜测值符合较好，R2为0.99，标准偏差为1.7。相似的，二氧化硅的去除率实测值与模型猜测值符合得也较好，R2为0.98，标准偏差为1.5。 由公式（9）可知，在一切的独立变量中，溢流管直径对氧化铝去除率影响最大，其次是沉砂嘴直径、截锥直径和灌水流量。沉砂嘴直径对二氧化硅的去除率（式（10））影响最大，其次是截锥直径、溢流管直径和灌水流量。溢流管直径和灌水流量对氧化铝和二氧化硅的去除率发作正效应，这标明添加溢流管直径和灌水流量能够添加氧化铝和二氧化硅的去除率。截锥和沉砂嘴的直径发作负效应，这标明增大截锥直径和沉砂嘴直径会下降氧化铝和二氧化硅的去除率。 变量之间的交流影响研讨成果标明，AC影响是负效应，AD和CD影响是正效应。截锥和沉砂嘴直径的添加导致精矿中夹藏的黏土和其他含二氧化硅的矿藏增多，这是因为向下的矿浆流速增大引起的，因而下降了氧化铝和二氧化硅的去除率。 AD交互影响研讨成果标明，一起增大变量，会增大氧化铝和二氧化硅的去除率。一起添加截锥直径和灌水流量会增大注入水的上升流速，这可由模型中RIW（公式（6））为正值看出。在注入体系中的竖直上升流能够将黏土和细粒石英矿藏冲入溢流中，因而，增大了二氧化硅和氧化铝的去除率。 一起添加沉砂嘴直径和灌水流量（CD）会增大氧化铝和二氧化硅的去除率。 （五）变量对底流固体含量的应先 底流中固体含量的模型公式如下所示： UFsol＝66.3－0.794A＋1.870B－0.763C－3.512D＋0.789AB－0.261AC＋0.560AD－2.478BC＋0.538BD－0.641CD＋1.717ACD＋0.560ABCD  （11） 在独立变量中，灌水流量对底流固体含量的影响最大，其次是涡流溢流管直径、截锥直径和沉砂嘴直径。溢流管影响是正效应，这标明随灌水流量增大，底流固体含量增大。截锥和沉砂嘴直径会下降底流中的固体含量。 一起添加与沉砂嘴的直径有关的组合（如AC、BC和CD），会下降底流中的固体含量。AC组合增大标明截锥和沉砂嘴直径的值较大，这有利于稀的矿浆进入灌水体系中，也使更多的注入水进入底流产品中。截锥开口进一步增大，因为注入的竖直上升水流更多，所以截锥直径与溢流管直径组合（AB）和截锥直径和截锥直径与溢流管直径组合（AD）的影响为正效应。 三、定论 （一）用灌水旋流器对含63.0%Fe、2.5%氧化铝和3.5%二氧化硅的物料进行分级，能够得到Fe档次大于66.0%、含1.5%氧化铝和2.0%二氧化硅的铁精矿。 （二）用溢流管直径为31.75mm、沉砂嘴直径为22.23mm的灌水旋流器，能够在坚持上述精矿铁档次的前提下，铁精矿铁收回率大于85%，氧化铝和二氧化硅的去除率别离高于80%和50%。 （三）变量影响的统计分析成果标明，增大溢流管直径和灌水流量，以及减小截锥直径和沉砂嘴直径能够进步精矿铁档次，进步氧化铝和二氧化硅的去除率。 （四）当截锥直径较小时，取得所要求的铁档次所需的灌水流量较低。 （五）能够在小的沉砂嘴直径、宽的溢流管直径和低的灌水流量下取得固体含量较高的底流产品（精矿）。