[科普中国]-旋流器

流体旋流器是一种常见的分离分级设备，常用离心沉降原理。当待分离的两相混合液以一定压力从旋流器周边切向进入旋流器内后，产生强烈的三维椭圆型强旋转剪切湍流运动。由于粗颗粒与细颗粒之间存在粒度差，其受到离心力、向心浮力、流体曳力等大小不同，受离心沉降作用，大部分粗颗粒经旋流器底流口排出，而大部分细颗粒由溢流管排出，从而达到分离分级目的。

工作原理作为离心力与重力复合力场的典型设备,因其结构简单、占地面积小、安装操作方便、运行成本低等优点而被广泛地用于诸多领域。1

旋流器的基本原理是将具有一定密度差的液-液、液-固、液-气等两相或多相混合物在离心力的作用下进行分离。将混合液以一定的压力切向进入旋流器，在圆柱腔内产生高速旋转流场。混合物中密度大的组分在旋流场的作用下同时沿轴向向下运动，沿径向向外运动，在到达锥体段沿器壁向下运动，并由底流口排出，这样就形成了外旋涡流场；密度小的组分向中心轴线方向运动，并在轴线中心形成一向上运动的内涡旋，然后由溢流口排出，这样就达到了两相分离的目的。2

发展史水力旋流器自20世纪80年代末开始在国内出现,是一种离心分离装置,是利用不互溶介质间的密度差而进行离心分离的。在20世纪60年代旋流器发展成为主要的处理设备,用于矿砂的筛选及分级等。3

水力旋流器的用途也由主要进行固-液分离扩展到不互溶介质的液-液分离、液-液-固分离及气-液-固三相分离等。我国许多油田也在积极地进行水力旋流器的试验与应用于采油废水的固液分离和油水分离的研究,并已显示出良好的前景。4

主要类型按照施工工段分为一段分级旋流器、二段分级旋流器。

按照功能分为分级旋流器、脱水旋流器、脱泥旋流器、除渣旋流器、浓缩旋流器、尾矿干排专用旋流器。

一段分级旋流器一段分级旋流器广泛用于单系列日处理量500吨以上的各种金属矿、非金属矿选厂，与一段球磨机构成闭路磨矿分级循环。旋流器根据不同的处理能力，既可单台布置，也可成组配置。在较高的给矿浓度情况下，具有较高的分级效率和较细的溢流细度，溢流产品力促均匀，分机效率比常用的螺旋分级机高出5-10%，有利于磨机利用系数的提高。

（1）大椎角旋流器

旋流器的椎角较大，直至180度（又称平地旋流器），适于处理浓度高、矿物比重大，溢流细度要求-200目60%以下的场合，尤其适于阶段磨选流程的铁矿一段磨矿。这种结构的旋流器具有溢流粒度均匀、溢流产品过磨现象轻、底流产率可大幅调整而不影响旋流器的正常工作等一系列优点，与产同旋流器相比，可提高一段磨矿处理量10-25%。

（2）一段高细度分级旋流器

适用于一段磨矿要求磨矿细度-200目80%以上的场合。由于分级粒度细，普通结构旋流器即使达到要求的分级粒度，分级效率也会大幅下降，返砂量增大，磨机新给矿量低。一段高细度分级旋流器通过结构的改变，降低溢流跑粗和底流夹细程度，在获得较高溢流细度的同时，保持高的分级效率。

二段分级旋流器二段分级旋流器广泛使用在各种金属矿、非金属矿的二段检查，控制分级。旋流器的规格自75mm至660mm,可适用不同处理量、对磨砂细度不同要求的选厂。旋流器采用独特的结构设计，可使二段旋流器的溢流细度自-200目75%至95%之间任意选择和调整。

JY系列旋流器是我公司在吸收、消化美国Krebs旋流器分级技术上研发生产的新一代高效分级旋流器。该系列旋流器具有分级效率和分级精度高，单台处理能力大（单台处理能力4-550m3/h），使用寿命长的优点，已在国内几百家金属矿和非金属矿的磨矿分级作业中得到成功应用。

脱水旋流器脱水旋流器主要用于各种矿物浆液的脱水作业。根据不同的物料特性，不同的生产安装环境，采用不同的结构设计，具有压降低，处理量大、脱水效率高的优点。应用于某尾矿再选制浆脱水作业中，在给矿浓度5 - 12%， -200目含量75%的情况下，旋流器的溢流平均浓度控制在1.5%以下，在达到了有效脱水目的的情况下，避免了有用矿物的流失。在某硅砂的脱水作业应用中，脱水旋流器的溢流浓度达到了0.5%以下，并且溢流脱出的几乎是不合格的细泥，达到脱水和脱泥的双重效果，旋流器溢流水经沉降后，重新利用，节省成本。

脱泥旋流器高效脱泥旋流器主要用于各种金属矿、非金属矿浆的脱泥作业。高效脱泥旋流器在吸收国外优秀成果的基础上，经过几年的实践，确定高效脱泥旋流器的主要构件的比例及协调性，设计生产的高效脱泥旋流器具有脱泥效率高，有用矿物损失少，节省用户成本，提高生产效率的优点。案例：某硅砂矿丢弃的尾矿种泥质矿物占12.7%，细度-325目占39.3%，泥质矿物几乎全部贮存-325目级别中。

除渣旋流器除渣旋流器：应用于电厂湿法脱硫、石灰制浆、原油除渣、自来水除砂、污水处理等作业中，可有效去除浆液中的粗砂、金属等颗粒杂物，具有渣物去除效率高，有用浆液损失少等优点。

浓缩旋流器高效浓缩旋流器常与浓密机、过滤机等配合使用，应用于各种矿物过滤前的浓缩，矿物细磨浮选、金的矿浆氰化等之前的浓缩准备作业，以及尾矿的高浓度输送等作业中，实现矿浆的浓缩。

高效浓缩旋流器很少单独使用，常与其他设备相结合使用，浓缩旋流器可根据客户要求及上下游作业的具体情况进行结构和安装方面的调整，达到使用效果的最优化，同时旋流器利用独特的内部结构设计，可在较低的溢流浓度的前提下，产生较高的底流浓度，提高生产效率，减少支出，节省成本。

尾矿干排旋流器◆****工艺特色

■尾矿由筑坝式排放改为堆土场排放,取消了尾矿库和库容水，避免了溃坝、漫坝、垮坝等事故的发生,提高了安全性。

■经济性高，降低了投资成本,节约了征地费用,缩短建设周期，维护运营费用低廉

■达到废水的零排放,为社会节约大量水资源,为企业节省大量资金。

■尾矿干堆处理技术解决方案,既可围堰造田植树,又可回填矿坑和塌陷区,实现资源开发和环境保护双丰收。

■管理简单,易于操作,应用面广,适用于各种粒度和浓度尾矿的浓缩干排。

◆****应用设备示例

■高效浓缩旋流器------尾矿干排系统****的核心

高效浓缩旋流器与浓密机、脱水筛组合，可以高效完成浓缩与脱水工艺。经旋流器浓缩脱水后，底流浓度的提高为脱水筛作业创造了良好的条件，可大幅度提高脱水筛产能，溢流浓度的降低可有效减轻浓密机的负荷。利用独特的结构设计，广泛应用于各类选矿厂，在铁矿中，即使给矿浓度在8%左右，底流浓度依然能保持70%以上，产率在75%以上。

操作方式1．开始试车前要确保旋流器机组所有连接点都已紧固，清除管道、机组箱体中的各种残留物，以免开车后有泄露及堵塞发生。确保把投入运行的旋流器阀门完全打开。
2．阀门可以完全开启（如运行旋流器）或完全关闭（如备用旋流器），但绝不允许处于半开启状态（即绝不允许用阀门控制流量）。
3．如有可能，请先用清水试车。旋流器的进料可由泵入或高位槽方式提供。如果泵与旋流器吞吐量匹配，则压力表显示恒定读数。要确保压力表读数不波动，如有明显波动则需检查原因。设备要求在不高于0.3MPa压力下工作。
4．设备在正常压力下平稳运行时，要检查连接点漏损量，必要时采取补救措施。
5．检查进入旋流器的残渣引起的堵塞。旋流器进料口堵塞会使溢流和沉砂流量减少，旋流器沉砂口堵塞会使沉砂流量减小甚至断流，有时还会发生剧烈震动。如发生堵塞，应及时关闭旋流器给料阀门，清除堵塞物。为防止堵塞，在水力旋流器组进料池可加防止粗料和杂物的设施(如除屑筛)，同时在停车时应及时将进料池排空，以免再次开车时由于沉淀、浓度过高而引起堵塞事故。
6．设备经清水试验证实运行良好时，可输入料浆运行。

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所