1、問題的提出
山西鋁廠的拜耳法高壓溶出引進了法鋁的技術裝備。該系統對原礦漿粒度要求非常嚴格(十60#≤1.0%．+160#≤22%)。用傳統的球磨機加螺旋分級機一段磨閉路流程產出的原礦漿，其粒度往往偏粗。以山西鋁廠為例，其粒度指標中+60#，1993年平均2.0%，1994年平均3.2%．1995年平均2. 51%，小于1%的合格率僅為10%左右。螺旋分級機的返砂能力過小是造成原礦漿粒度偏粗的重要原因之一。我廠采用的2FC一24沉末式雙螺旋分
注：1、2#磨共44個樣，平均下料：58.75t/h；平均返砂量：54.53t/h；
2、+60#≤1%共8個樣，合格率為18 .18%；平均下料53 .41t/h；最大返砂量：73.17t/h。級機。于1996年3月對2#格子磨—螺旋分級機進行了系統測定，結果見表l，給礦粒度見表2。實測返砂能力為55t/臺．時，球磨機的設計產能也是55t/臺．時。這樣，系統的返砂比為100%左右，一般來說，要獲得好的磨礦效果，返砂比應不小于200%。返砂比過小，則產出的產品粒度偏粗，同時也限制球磨機的產能；而且，由于磨內可磨物太少，鋼球與磨機襯板、壓塊的碰撞頻繁，使設備損壞嚴重。
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2、新工藝方案及技術特點
2.1磨礦回路的選擇
要想獲得粒度較細的原礦漿，采用多段磨礦回路是理想的辦法。國外先進的氧化鋁廠以及國內的引進了同樣高壓溶出技術的平果鋁業公司，均采用一段棒磨、二段球磨加旋流器組二段磨閉路流程。該工藝能保證產出滿足生產技術指標要求的原礦漿。
但是，對于已經建成投用的格子磨加分級機一段磨閉路流程來說，要改造成一段棒磨、二段球磨加旋流器組的流程，存在很多困難和問題。主要有：(1)現在場地狹小，無法進行工藝配置；(2)增加棒磨機使投資增大；(3)運轉設備的增多使運行費用增大。
因此，在我廠只能采用格子磨加旋流器一段磨閉路新工藝，而別無他途。
在一段磨閉路流程中，球磨機的排放經堿液沖稀后，即成為旋流器的進料，麗不進行二次研磨。這樣的物料粒度粗，且不夠穩定。要處理這樣的物料，對旋流器的性能要求就比較高，旋流器的運行工況也更惡劣，所以，旋流器設計成為實現新工藝的關鍵。
2.2旋流器的設計
水力旋流器是一種典型的離心力粒度分離設備。它構造簡單，處理量大，沒有運動部件，占地面積小，易于實現磨礦回路的自動控制，在國內外選礦及其它工業中廣泛應用。
旋流器的主要參數是：(1)旋流器直徑——即給礦體的內徑；(2)給礦口進入給礦體圓筒處的截面積；(3)旋流器溢流管的內徑及插入深度；(4)圓柱簡體的長度；(5)圓錐簡體的錐角；(6)沉沙咀排出口的內徑。
要正確地確定旋流器的規格和臺數，首先必須考慮所需要的分級或分離粒度；其次考慮所要處理的給礦礦漿體積。
分級粒度的定義是：某一粒度的顆粒有50%進入溢流，50%進入沉砂，則該顆粒粒度叫分級粒度，或者叫D50c點。對每一種直徑的旋流器來說，都有一個基本D50c點，該臺旋流器所能達到的分離粒度，可用如下公式來表示：
D50c(采用的)=D50c（基本的）×C1×C2×C3……[3)公式中的基本的D50c是在基本操作條件下，標準旋流器能夠達到的分級程度。C1則是用來修正給料礦漿中固體濃度的影響；C2是礦漿通過旋流器時產生的壓降修正系數；C3是固體和液體密度對分級影響的修正系數；等等。
旋流器直徑與固體物料百分數，壓降和密度三個系數一起，對預先選擇和確定旋流器規格來說是主要可變因素。其它參數如溢流管和給礦口的大小、沉砂口的大小，旋流保持時間等等，對分級也有影響。
標準旋流器的基本操作條件有：(1)給料液體-20℃時的水；(2)給料固體——密度2.65g／cm3的球形顆粒；(3)給料濃度——固體體積濃度要小于4%；(4)壓力降-69kPa；(5)旋流器的幾何形狀符合標準旋流器參數。
而在本新工藝中，旋流器實際可能的操作條件是：(1)給料液體-100℃左右的強堿液，其中含有大量的NaOH、Na2 C03、Na2 S04等；(2)給料固體——形狀極不規則，粒度分布范圍很廣，包括有鋁礦石、石灰乳等；(3)給料濃度——固體體積濃度約23%～28%。
這樣的操作條件顯然離基本條件相去甚遠。而修正過程也是非常復雜的。首先要確定新工藝的基本技術參數，計算出需旋流器處理的礦漿量，再確定需要旋流器的臺數。
根據我廠的生產實際，選定如下計算參數：
(1)格子磨下料量：80t/h
(2)磨內液固比：0.4～0.6
(3)返砂比：200%～300%
(4)原礦漿固含：350g/l
根據上述參數，計算出返砂比為200%時，需旋流器處理的礦漿量為480rr13／l1；當返砂比為300%時，需旋流器處理的礦漿量的為560m3／}i。
旋流器的處理能力在一定的范圍內是可變的，這主要取決于該旋流器工作時的壓降范圍。
經過反復計算，我們確定設計內徑為<P550m／m的旋流器用于本新工藝中，作為礦漿的分級分離設備，以取代原有的螺旋分級級。
2.3新工藝技術特點
工藝流程比較見圖1、圖2。
在新工藝中，旋流器取代螺旋分級機作為礦漿的分級分離設備，這種取代是革命性的，形成了一種新的原礦漿生產工藝。它比傳統的格子磨——螺旋分級機及國際上較先進的兩段磨——旋流分級工藝要優越。與原工藝相比提高了礦漿質量、提高了磨機產能、簡化了磨機操作、大幅度降低了成本；與兩段磨旋流分級流程相比，在保證質量和產量前提下，減少了棒磨機，節約了投資，降低了磨礦能耗，提高了經濟效益。
在新工藝中，旋流器的溢流即是合格的原礦漿。原礦漿除了有粒度方面的要求，還對其固含有要求。技術指標也必須保證在這個范圍之內。新工藝設計的旋流器能夠滿足以上各種要求。
3、工業試驗情況及有關計算
3.1工業試驗情況
從1994年9月份，我們就開始了新工藝的研究。至1996年5月，已經制作出合乎要求的旋流器，并完善了新工藝流程，確定了操作條件。1996年5月（5日～17日）正式在1#格子磨上進行工業試驗。
試驗條件是：
(1)格子磨裝球量：73～75t/臺
(2)礦石下料量：75t/h
(3)石灰下料量：10t／h
從表4中可以看出，旋流器溢流固含基本在300～400g/l，十60#含量小于1%，+160#也基本上小于22%，只有一個超標。
應當指出的是，溢流中粗顆粒含量一般是隨固含的增大而升高的。本次工業試驗中有3個樣，其固含均超過400g/l，而其粒度分布較之其余未見明顯變化，這說明了兩個問題：第一，新工藝改善了球磨機內的磨礦工況，增強了球磨機的研磨能力；第二，在保證工作壓力的前提下，旋流器具有優良的分級性能，可以有效地將粗顆粒從沉砂口排出，而不至于影響產品的質量。
3.2返砂比及沉砂中+60#粒級的分級量效率計算
3,2.1返砂比計算
根據公式
4、新工藝流程的可靠性研究
1996年12月，本新工藝通過原中國有色金屬工業總公司的科技成果鑒定，鑒定意見為：(1)該項目鑒定資料齊全、數據準確；(2)通過初步試驗和工業試生產的數據說明，完成了任務書規定的主要技術參數，原礦漿固含、細度及格子磨產能均達到了項目合同的要求；(3)新工藝采用水力旋流器代替螺旋分級機作為格子磨排礦的分級分離設備，主要參數的確定和設計合理，其分級和分離性能都滿足工業生產要求，解決了實現新工藝的關鍵技術問題；(4)該項目的開發成功，處理一水硬鋁石型鋁土礦，是一種新的有效的制備拜耳法原礦漿的工藝流程，具有顯著的經濟效益，屬于行業國內先進水平；(5)建議抓緊時間，進一步試生產，發現問題，及時解決，盡快完善工藝，并加快耐磨材質的研制工作進度。
新工藝和旋流器獲發明專利和實用新型專利。
工業試驗的成功，表明用格子磨+旋流器組的一段閉路磨礦新工藝，是可以生產出符合管道化高壓溶出要求的拜耳法原礦漿的。然而，新工藝的可靠性如何，亦即新工藝連續進行能力和安全性能如何，是需要深入研究并經受時間考驗的。
在新工藝中，新增的礦漿槽和給料泵通過正確選型和定期維護檢修，可以保證生產的連續運行。作為關鍵設備的旋流器，最初是用灰口鐵做的，安全性能較差，加之易出現鑄造缺陷，運輸和安裝過程中都易造成損壞，安全隱患較多，不宜長期用鑄鐵制作旋流器。
力了解決這個問題，使旋流器既安全，又耐用，我們做了多方面的工作，研制出襯膠旋流器。襯膠旋流器的外殼采有用鋼板焊接。所用橡膠具有耐溫( >100℃)，耐強堿，有良好的耐腐蝕性等優點；所用膠粘劑也具有耐溫、粘結牢固度好等優點。經工業運行，證明襯膠旋流器的使用壽命可以超過6個月，各項性能指標都滿足生產要求。現1#磨新工藝流程正式轉入工業生產。于1999年3月又進行了測定，數據見表5。經計算，試驗條件：裝球75t/臺（設計為90t/臺），礦石下料量80t／h，石灰lOt/h，返砂比C60= 280.8%，分級量效率Eh+= 99.39%。
5、結語
(1)工業試驗和生產證明一段磨閉路磨礦新工藝，在技術上是可行的，系統的可靠性也令人滿意。
(2)為新工藝專門設計的旋流器，其分級和分離性能都能滿足工業生產要求，證明其各項參數的設計是合理的。
(3)新工藝可提高球磨機產能，節能效果顯著，具有明顯的經濟效益。
(4)該新工藝技術合理、流程簡單、生產效率高，可實現自動控制，對類似的氧化鋁生產廠家有推廣價值。
