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水力旋流器是利用離心力場進行兩相流體分離的有效分離設備,它是由上部筒體和下部錐體兩大部分組成的非運動分離設備。其原理是待礦漿以切線、漸開線或螺旋線方式由給礦管射入筒體后,介質和顆粒的混合體產生旋轉形成離心力場,不同粒度、不同密度的顆粒(或液相)產生不同的運動軌跡,在離心力、介質阻力和等力場的作用下,粗顆粒和大密度的顆粒向周邊運動,通過錐形體從沉砂口排出;細顆粒和密度低的顆粒(或液相)向中心運動,由溢流管排出,最終實現固體顆粒的粗細分級和不同密度流體的分離。
旋流器是一種應用廣泛的非均勻相混合物法分類設備,其基本原理是將具有一定密度差的液-液、液-固、液-氣等兩相或多相混合物在離心力的作用下進行分離。除油水力旋流器是利用油水的密度差,在離心力作用下,對油田含油污水進行油水分離的一種水力旋流器;與傳統的油田含油污水處理設備相比,具有體積小,重量小,操作簡便,效率高的特點。
含油污水通過旋液錐管的徑向分布橢圓孔入口進入旋流腔內,受到旋流腔內的導向旋流裝置引導而產生高速旋轉,在旋流離心力作用下,含油污水中水相發生離心沉降,沿著錐管壁面向底流口旋動,在底流口排出;密度小的油相向中間遷移,沿軸線向溢流口旋動,在溢流口排出,在錐管內完成了油水的分離。
旋流器調整參數:
圓柱形筒體的直徑為區分水力旋流器尺寸規格的主要標準,與其他各部件尺寸之間均有一定的比例關系。增大圓柱形筒體的直徑,可提高水力旋流器的處理能力,但同時溢流粒度會變粗,反之亦然。當處理微細粒物料且處理量比較大時,我們可采用多臺小型旋流器并聯成組的辦法。
圓柱形筒體的高度對礦漿在旋流器中停留時間、分級效率有著顯著影響。當溢流管插入深度一定時,增長筒體高度則延長分離時間,減少分離粒度和提高分離效率的作用,但亦有降低產量和增加能耗的負作用,減少筒體高度時,則會得到相反的結果。通常情況下,當圓柱形筒體的高度為圓柱形筒體的直徑的0.6-1.0倍時,效果較好。
給礦口直徑
通常,給礦口直徑為旋流器直徑的0.13-0.25倍,適當增大給礦口直徑可提高旋流器處理量,但同時分級效率會有所降低。通常,水力旋流器給礦管的斷面形狀多為圓形和矩形兩種,而且以矩形居多,其配置方式多呈長邊與旋流器軸線平行,短邊與旋流器軸線相垂直。
早期給礦管的結構形式和與筒體的貫通方式多為切線形,其優點是結構簡單,配置方便,但流型變化突然,沿程阻力損失大,易于產生紊流。后來普遍采用漸開線型給礦管,具有降低能量消耗,增加生產能力和提高分離效率的作用。
溢流管直徑
溢流管多為圓形,其直徑通常為水力旋流器直徑的0.2-0.3倍,其主要作用是把分離好的溢流產物平穩、恒定、連續地引出體外。增大溢流管直徑,溢流量會有所增加,但溢流粒度也會變粗,且沉砂中細粒減少而濃度提高。
沉砂口直徑
通常,沉砂口直徑增大,溢流量減小,溢流細度變細,而沉砂量增加、濃度變低、細度增多,但對旋流器處理量無顯影響,沉砂口直徑變小,沉砂排出量減小,溢流中會出現“跑粗”現象,若過小,會使粗粒在錐頂越積越多,以致出現堵塞現象。
一般情況下,沉砂口直徑應確保沉砂呈傘狀排出,夾角為20°-30°比較理想。沉砂口直徑通常為溢流管直徑的0.07-0.1倍。
溢流管插入深度
若溢流管插入過淺,則短路流量增加、分離時間縮短、溢流產物中粗粒級含量增加、沉砂產物中細粒級含量上升分級(離)效率下降;若溢流管插入過深,底部粗粒級會進入溢流,降低水力旋流器的分級效率。一般情況下,溢流管插入深度應為圓柱筒體高度的0.5-0.8倍。
圓柱形筒體的錐角
增大圓柱形筒體錐角會減小旋流器的高度,而增大礦漿的平均徑向流速。同時,由于錐體的阻流作用增大,礦漿向上的流速也會增大,從而導致溢流粒度變粗。因此,在分離粗粒度顆粒時,建議采用大錐角(30°-60°);在分離細粒度顆粒時,建議采用小錐角(15°-30°);在脫泥時則采用更小的錐角(10°-15°)。
給礦壓力
給礦壓力對旋流器處理量和分離粒度有著直接影響。通常,給礦壓力應保持為49-157kPa。增大給礦壓力可降低分級粒度,提高處理量,但同時也會顯著增加動力消耗和旋流器磨損。當正常工作時,水力旋流器的給礦壓力應保持一個穩定數值。
礦漿性質
礦漿性質主要包括密度、粒度和礦漿濃度。相同礦漿濃度情況下,礦石密度越大,分級粒度就越細。
當礦漿濃度較大、含泥量較高時,礦漿的黏度和密度也會隨之增大,這就增加了粒度的運動阻力,使得分級粒度變粗。反之亦然。理想的礦漿濃度應根據具體生產情況由選礦試驗來確定。