尾礦輸送管道的選擇與應(yīng)用

孔令輝 楊 輝

(1.山東東宏管業(yè)股份有限公司；2.山東水利職業(yè)學(xué)院)

尾礦輸送管道的選擇與應(yīng)用

孔令輝1楊 輝2

(1.山東東宏管業(yè)股份有限公司；2.山東水利職業(yè)學(xué)院)

通過介紹尾礦輸送管道的種類和性能，針對(duì)目前尾礦輸送管道存在的問題，結(jié)合尾礦輸送對(duì)管道的技術(shù)要求，提出尾礦輸送管道正確選擇和應(yīng)用的基本原則。以陜西東塘子鉛鋅礦尾礦輸送管道應(yīng)用為例，說明了正確選擇和應(yīng)用尾礦管道的重要性。對(duì)選礦廠選擇和應(yīng)用尾礦輸送管具有指導(dǎo)作用。

尾礦輸送 復(fù)合管材 安全監(jiān)測(cè)

尾礦是經(jīng)選礦廠選出有價(jià)值的精礦后產(chǎn)生的“廢渣”。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)現(xiàn)有尾礦庫(kù)已達(dá)12 718 座，尾礦堆存總量約100億t[1]。大量尾礦已成為制約我國(guó)礦山持續(xù)發(fā)展，危及礦區(qū)及周邊生態(tài)環(huán)境的重要因素。國(guó)家出于安全和環(huán)保方面的考慮，要求選礦廠排出的尾礦送往尾礦庫(kù)堆存[2]。尾礦庫(kù)堆存的尾礦和尾礦水都是重要的污染物。其中，輸送尾礦管道在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中極易磨蝕而損壞，經(jīng)常發(fā)生的跑、冒、滴、漏現(xiàn)象是造成環(huán)境污染的主要原因之一，發(fā)生污染的頻率比尾礦庫(kù)要大，污染規(guī)模卻比尾礦庫(kù)要小。因此，在做好尾礦庫(kù)安全管理的基礎(chǔ)上，更要關(guān)注尾礦輸送管道的安全。

1 尾礦輸送管道的種類及性能

目前尾礦輸送中主要使用管道有鋼管、高密度聚乙烯管(HDPE)、陶瓷復(fù)合管、超高分子量聚乙烯管、鋼絲網(wǎng)骨架聚乙烯復(fù)合管等。

1.1 鋼 管

鋼管是一種最常用的管道，強(qiáng)度高，接口方便，承受內(nèi)壓力大，但耐磨、耐沖擊、耐腐蝕、自潤(rùn)滑和吸收沖擊性能差，對(duì)管道的防腐要求比較高。

1.2 高密度聚乙烯管(HDPE)

高密度聚乙烯管在尾礦輸送中具有以下特點(diǎn)：

(1)耐腐蝕性強(qiáng)。耐磨損性比普通鋼管強(qiáng)，大約是普通鋼材耐磨性的4倍。

(2)不結(jié)垢，摩擦阻力小，輸送能耗低。

(3)管道重量輕，僅為普通鋼管重量的1/5左右，管道可隨意切割焊接，拆卸、安裝和檢修很方便。

(4)承受水壓較低，不大于1.6 MPa。

(5)抗外力撞擊性能一般,管道發(fā)生局部堵管時(shí)，不可用金屬器械重力敲擊管道。

1.3 陶瓷復(fù)合管

陶瓷復(fù)合管是以三氧化二鋁為主要原料，以稀有金屬氧化物為熔劑，采用自蔓燃高溫離合合成法制造而成，從內(nèi)到外分別由剛玉陶瓷、過渡層、鋼3層組成，過渡層將陶瓷層與鋼管牢固結(jié)合，具有耐磨、耐熱、耐蝕及抗機(jī)械沖擊與熱沖擊、可焊性好等綜合性能，是尾礦輸送、選煤等領(lǐng)域重點(diǎn)推薦的耐磨、耐蝕管道之一。但由于工藝限制，存在以下局限：

(1)反應(yīng)時(shí)間短，低溫相氧化鋁與鐵水分離不徹底，造成陶瓷層不致密，顆粒松散，微觀裂紋多，質(zhì)脆，容易局部脫落失效，而且脫落后無(wú)法彌補(bǔ)，致陶瓷層厚度不均勻，管道質(zhì)量不穩(wěn)定。

(2)該技術(shù)下的陶瓷管復(fù)合管只能做成直管，不適合做彎頭或大小頭，妨礙物料輸送。

(3)陶瓷復(fù)合管單管長(zhǎng)度短，通常不超過3 m。主要原因是隨著復(fù)合管加長(zhǎng)，陶瓷層厚度在長(zhǎng)度方向不均勻性明顯增加，復(fù)合管整體質(zhì)量變差。

1.4 超高分子量聚乙烯管

超高分子量聚乙烯是由乙烯、丁二烯單體在催化劑的作用下，聚合而成的平均分子量大于200萬(wàn)的熱塑性工程塑料[3]。根據(jù)管道產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不同，超高分子量聚乙烯管又分為3類：超高分子量聚乙烯管、超高分子量聚乙烯鋼塑復(fù)合管、超高分子量聚乙烯鋼骨架復(fù)合管，都具有優(yōu)異的特性。

(1)強(qiáng)耐磨性，超高分子量聚乙烯的分子鏈特別長(zhǎng)，使得管材的耐磨性在輸送各種漿體時(shí)比鋼管、不銹鋼管高4～7倍。

(2)抗腐蝕性，產(chǎn)品具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性，除對(duì)某些強(qiáng)酸在高溫下有輕微腐蝕外，在其他的堿液、酸液中不受腐蝕。

(3)超強(qiáng)的抗拉強(qiáng)度和高抗沖擊性，按GB1843標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行懸臂梁沖擊實(shí)驗(yàn)，無(wú)破損，其彈性模量是PE100的1.5倍以上， 抗疲勞強(qiáng)度大于50萬(wàn)次。

(4)不結(jié)垢，超高分子量聚乙烯具有自潤(rùn)滑性和不粘附性，摩擦系數(shù)最小。在漿體輸送過程中，壓力損失小，大大提高了輸送效率，降低了輸送成本。

超高分子量聚乙烯管以其特有的優(yōu)異性能成為當(dāng)前尾礦輸送管的主要選擇，但該產(chǎn)品的價(jià)格及加工效率使其在實(shí)際應(yīng)用中受到一定的限制。

1.5 鋼絲網(wǎng)骨架聚乙烯復(fù)合管

鋼絲網(wǎng)骨架聚乙烯復(fù)合管是以高強(qiáng)度鋼絲左右螺旋纏繞成型的網(wǎng)狀骨架為增強(qiáng)體，以高密度聚乙烯為基體，并用高性能的粘結(jié)樹脂層將鋼絲網(wǎng)骨架與內(nèi)外層高密度聚乙烯緊密地連接在一起的復(fù)合管材[4]。由于鋼絲的強(qiáng)度(1 800 MPa 以上)遠(yuǎn)高于聚乙烯(30 MPa 以內(nèi))，通過鋼絲網(wǎng)狀增強(qiáng)層的作用，在同等外徑的條件下，鋼絲網(wǎng)骨架聚乙烯復(fù)合管較普通聚乙烯實(shí)壁管承受更高的管內(nèi)壓力，最高可承受7 MPa公稱壓力，遠(yuǎn)高于聚乙烯管的最高公稱壓力1.6 MPa。如在鋼絲網(wǎng)骨架聚乙烯復(fù)合管內(nèi)層再增加高耐磨PE改性材料層，就構(gòu)成一種新型的耐磨復(fù)合管道，即鋼絲網(wǎng)骨架聚乙烯耐磨復(fù)合管，既能承受管內(nèi)較大的壓力，又不怕管內(nèi)介質(zhì)的磨損和腐蝕，管材質(zhì)量和使用可靠性大大提高。

目前，用于尾礦輸送的各種管道中，鋼絲網(wǎng)骨架聚乙烯耐磨復(fù)合管是性價(jià)比最好的管道，但是適用于該耐磨復(fù)合管用的連接方式還需要進(jìn)行研究。

2 尾礦輸送管道存在的問題

2.1 磨損問題

由于尾礦漿里含有礦渣和硅，特別是硅的硬度大于鋼的硬度，尾礦顆粒流動(dòng)作用下具有很高的動(dòng)能，激烈跳動(dòng)的顆粒沖擊管壁，造成磨損變形，滑動(dòng)的顆粒則造成切削磨損，從而對(duì)管道磨損非常嚴(yán)重。

應(yīng)用唑來(lái)膦酸后出現(xiàn)急性葡萄膜炎一般需要糖皮質(zhì)激素治療。本研究中1例患者首選給予眼部抗病毒及抗炎治療，眼部癥狀惡化[16]，提示抗病毒及抗炎治療通常無(wú)效。一般局部應(yīng)用類固醇激素能使大部分病例的眼部癥狀完全緩解。如局部應(yīng)用類固醇激素，患者眼部癥狀未明顯改善，或患者急性葡萄膜炎始發(fā)癥狀較嚴(yán)重，可口服或靜脈全身給予糖皮質(zhì)激素治療。另外，為解除睫狀肌痙攣，改善局部血循環(huán)，減少滲出物，防止虹膜后黏連，可聯(lián)合使用睫狀肌麻痹滴眼劑[31]。

陶瓷復(fù)合管、超高分子量聚乙烯管、鋼絲網(wǎng)骨架聚乙烯耐磨復(fù)合管都具有優(yōu)異的耐磨特性。因此，對(duì)于較高耐磨要求的管道可在這3種管材中選擇。

2.2 腐蝕問題

管道腐蝕主要是指管道內(nèi)壁腐蝕。由于尾礦管內(nèi)含有一些化學(xué)藥劑，極易引起電化學(xué)現(xiàn)象，產(chǎn)生鐵銹。鐵銹在一定程度上可阻止水中的氧向陰極擴(kuò)散形成氧化保護(hù)層，從而減小腐蝕率。但尾礦管中的固體顆粒在流動(dòng)中連續(xù)不斷地將隨時(shí)生成的鐵銹沖磨干凈，造成管內(nèi)壁腐蝕。

針對(duì)尾礦耐腐蝕方面，可在高密度聚乙烯管(HDPE)、陶瓷復(fù)合管、超高分子量聚乙烯管、鋼絲網(wǎng)骨架聚乙烯復(fù)合管中選用。

2.3 耐壓性問題

在尾礦管道的耐壓方面，陶瓷復(fù)合管具有鋼管的特性，耐壓性好。鋼絲網(wǎng)骨架聚乙烯耐磨復(fù)合管耐壓可達(dá)7 MPa，基本上能滿足尾礦管道耐壓需求。

2.4 連接問題

經(jīng)驗(yàn)證明，管道系統(tǒng)的可靠性關(guān)鍵在于其連接方法。尾礦管道主要用于各種高腐蝕性、高粘附性、高磨損性的液體或固液混合物的輸送，管道輸送介質(zhì)的壓力較高，管體的有效連接就顯得尤為重要。目前，尾礦輸送管路存在的跑、冒、滴、漏等突出頻發(fā)問題基本上都是連接問題導(dǎo)致的。

尾礦輸送管道的連接須重點(diǎn)關(guān)注2點(diǎn)：密封和連接強(qiáng)度。管道密封可采用耐酸堿的三元乙丙膠墊或聚乙烯材料。管道的連接強(qiáng)度主要指塑料管道連接。尾礦管道壓力低于1.6 MPa情況下，采用熱熔加電熔套連接方式；尾礦管道壓力高于1.6 MPa，且不高于7 MPa條件下，需采用超強(qiáng)雙密封連接，不僅將耐磨復(fù)合管的內(nèi)層熔接，而且將主要起承壓作用的鋼絲網(wǎng)層連接在一起，增強(qiáng)管道的連接強(qiáng)度。

3 尾礦輸送管道的選擇和應(yīng)用

尾礦輸送的介質(zhì)特性千差萬(wàn)別，采用的輸送工藝要求也是各異，所以尾礦對(duì)輸送管道的要求也是有差別的。通過上述尾礦管道種類及特性分析，結(jié)合東塘子鉛鋅礦尾礦管道的選用，建議遵循以下原則選擇尾礦輸送管道：

(1)選用適合的尾礦輸送管材。尾礦輸送管道的選擇應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要，滿足工礦需求，做到性價(jià)比最優(yōu)。如某些尾礦輸送距離短，管道壓力低，就不必選用承受高壓力陶瓷復(fù)合管，可選用超高分子量聚乙烯管或耐磨聚乙烯復(fù)合管；同樣，在一些抗腐蝕、耐磨、耐高壓的工況條件下則需要選擇陶瓷復(fù)合管或鋼絲網(wǎng)骨架聚乙烯耐磨復(fù)合管等管材。

(2)關(guān)注尾礦輸送管道整體性能。不僅考慮管材本身性能滿足要求，而且要關(guān)注管道的連接，還要方便現(xiàn)場(chǎng)施工，整體上符合尾礦輸送的使用要求。

(3)充分考慮尾礦輸送管道的發(fā)展趨勢(shì)。隨著選礦廠提質(zhì)增效、節(jié)能降耗工作的開展和尾礦壩逐步升高，尾礦輸送管道的發(fā)展是一個(gè)從短距離到長(zhǎng)距離、低濃度到高濃度、小管徑到大管徑、非均質(zhì)流到偽均質(zhì)流、紊流到層流的過程。因此，尾礦輸送管道選擇應(yīng)符合行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，避免重復(fù)投資。

(4)加強(qiáng)尾礦輸送管路的安全監(jiān)測(cè)。在尾礦管道運(yùn)行時(shí)，應(yīng)避免管道泄漏或堵塞，否則可能導(dǎo)致整條管道因物料沉淀板結(jié)而報(bào)廢，以及帶來(lái)物料損耗，污染環(huán)境。因此，建議選礦廠在實(shí)施尾礦庫(kù)監(jiān)測(cè)的同時(shí)，把尾礦輸送管道也納入監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)中。

東塘子鉛鋅礦尾礦輸送介質(zhì)為40%濃度的礦漿，漿液密度為1.5 g/cm3左右，pH值在12以上，堿性大，屬腐蝕性介質(zhì)。管線總長(zhǎng)約3.5 km，礦漿泵輸送壓力高達(dá)4 MPa。故尾礦管道務(wù)必滿足耐磨、耐腐蝕的條件，符合要求的有陶瓷復(fù)合管、超高分子量聚乙烯管、鋼絲網(wǎng)骨架聚乙烯耐磨復(fù)合管；由于超高分子量聚乙烯管耐壓等級(jí)只能到2 MPa，同時(shí)該尾礦管道明敷在彎曲的山路中，考慮到施工方便及管道成本因素，最終選用鋼絲網(wǎng)骨架聚乙烯耐磨復(fù)合管道，采用超強(qiáng)雙密封連接和三元乙丙膠墊。該尾礦輸送管道運(yùn)行近2 a，未發(fā)生管道事故。

4 結(jié) 語(yǔ)

尾礦輸送管道是集耐壓、耐磨、耐腐蝕、抗沖擊等特點(diǎn)于一身的特殊管材。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展和漿體管道輸送技術(shù)的提高，對(duì)于管道材質(zhì)、性能等方面要求也越來(lái)越高，對(duì)于不同輸送介質(zhì)，應(yīng)根據(jù)其自身特點(diǎn)及工程要求，因地制宜地選擇最適用、最具性價(jià)比的管道，以符合選礦廠降本增效、節(jié)能減排和安全環(huán)保的發(fā)展要求。

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[2] 鄒 嘉.淺談某金礦尾礦輸送[J].有色冶金設(shè)計(jì)與研究，2008(6)：38-40．

[3] 王殿亮，于新立，王貴德，等.超高分子量聚乙烯塑料管在工程中的應(yīng)用[J].礦業(yè)快報(bào)，2004(3)：53-55．

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2015-05-18)

孔令輝(1970—)，男，工程師，273100 山東省曲阜市東宏路1號(hào)。