常规旋流器的锥段为直线型锥,在生产过程中伴有不同程度的“溢流跑粗”和“底流夹细”现象,分离精度和效率有待提高。为提高旋流器的分离性能,本文提出并设计了复合曲锥旋流器,其具有上锥段向轴心内凹,下锥段由轴心向外凸的结构特征,并通过理论分析、数值模拟和试验的方法对该结构的分离性能展开研究。首先,对比分析了常规直锥和复合曲锥旋流器的分离性能,结果表明:与常规直锥旋流器相比,复合曲锥旋流器在上锥段内流体的切向速度和外旋流轴向速度提高,下锥段内流体的切向速度和外旋流轴向速度降低,促使零速包络面向下延展和高密度悬浮层形成,粗、细粒径的颗粒分布更加合理;深入研究了曲率指数对复合曲锥旋流器内部流场特性和分离性能的影响规律,在考察范围内确定曲率指数n=3为最优设计参数,此时5μm颗粒底流回收率由5.74%减少至2.72%,50μm颗粒底流回收率由90.75%增加到93.24%,分离精度提高。通过试验验证了数值模拟结果的准确性,底流夹细和溢流跑粗现象得到明显改善,各粒级颗粒的综合分级效率均有所提高。随后,为指导复合曲锥旋流器在生产实践中应用,探索了不同底流口直径、进料压力和进料浓度对其分离性能的影响规律,结果表明:随着底流口直径增大,旋流器内零速包络面上移,削减了高密度悬浮层,各粒级颗粒的底流回收率都增加,分离粒度降低;随着进料压力增大,旋流器内流体的切向速度增大,颗粒更倾向于向底流口方向运动,各粒级颗粒的底流回收率增加,分离粒度降低;随着进料浓度增加,旋流器内流体的切向速度减小,高密度悬浮层进一步延展,各粒级颗粒的底流回收率减小,分离粒度增加。结合产物的浓度、粒度组成、固相产率和综合分级效率等指标,指出了各工艺参数所适用的生产作业,对实践应用具有一定的指导意义。最后,应用复合曲锥旋流器设计了旋流脱泥工艺,成功应用于甘肃某白钨矿的选矿作业中。通过该工艺抛除了占原矿6.65%的不可浮选细泥,细泥中小于10μm颗粒占91.67%,小于20μm颗粒占100%,达到了精确抛除的目的。通过全流程试验后,钨精矿WO3回收率提高了 3.88个百分点,品位提高了 6.80个百分点,减少了选矿药剂消耗,促进了生产顺行,提高了企业效益。本研究对丰富旋流器的结构型式,提高旋流器的分离精度和效率,改善分级、分选等作业技术指标,提高生产效率和资源利用率具有重要意义。