尾礦濃縮及輸送技術(shù)研究

郝志偉

（首鋼集團(tuán)有限公司礦業(yè)公司，河北遷安066400）

1 工程概況

礦山選礦規(guī)模為年處理原礦2.2×107t/a，采礦為露天開采，選礦采用2段連續(xù)磨礦—弱磁—強(qiáng)磁—3段磨礦—反浮選工藝流程（強(qiáng)磁給礦濃縮），礦石密度3.28t/m3。根據(jù)礦石性質(zhì)及選礦試驗(yàn)，選礦的最終產(chǎn)品為鐵精礦：鐵品位65%，鐵精礦產(chǎn)量 7.4×106t/a，尾礦量 1.5×107t/a。

2 尾礦濃縮

為了提高尾礦輸送濃度、減少輸送流量，降低系統(tǒng)投資及能耗，也使?jié)饪s溢流水能夠得以充分利用，提高廠礦循環(huán)水率，滿足排放要求，一般要求濃縮設(shè)施既可獲得合適的排漿濃度，又可使溢流水達(dá)到利用或排放的水質(zhì)要求。故集濃縮和澄清過程于一體的濃縮設(shè)施在工程中優(yōu)先使用。濃縮過程是一種復(fù)雜的物理、化學(xué)作用過程，受物料的密度、粒徑、形態(tài)和漿體的溫度、濃度、黏度及凝聚性能的影響，一般可通過濃縮試驗(yàn)或靜止沉降試驗(yàn)取得必要的數(shù)據(jù)和資料，或參考類似漿體濃縮設(shè)施的生產(chǎn)運(yùn)行指標(biāo)，經(jīng)計(jì)算選擇設(shè)備和設(shè)施。

一般的濃縮池只是用來脫水提高漿體濃度的，而尾礦濃縮池具有2個(gè)功能：（1）池子下半部用于壓縮脫水，使礦漿濃度提高至設(shè)定的濃度，具有制漿作用；（2）池子上半部用于沉淀水中的固體顆粒，澄清溢流水，使水質(zhì)合格后回收使用，具有水處理沉淀池的作用[1]。因此，要合理地選擇高濃度尾礦濃縮池的規(guī)格和設(shè)置方式，盡可能通過動(dòng)態(tài)沉降濃縮試驗(yàn)進(jìn)行確定。

此項(xiàng)目通過與清華大學(xué)水利水電工程系合作，共同進(jìn)行了尾礦沉降試驗(yàn)，選取了具有代表性的物料原漿，試驗(yàn)過程中沉降效果不好，自然澄清無法達(dá)到預(yù)期效果，故采用了加聚丙酰胺絮凝劑凝聚，尾礦濃度大幅度提高?？紤]借助投加絮凝劑使?jié){體中微細(xì)顆粒凝聚成團(tuán)，提高沉降速度，達(dá)到高效的目的則選用高效濃縮機(jī)。設(shè)置高效濃縮機(jī)綜合考慮底流排放濃度，濃縮池面積、絮凝劑投料量以及尾礦堆壩等因素，底流濃度過高或過低，均會(huì)增加尾礦壓力輸送過程中的電力能耗，藥劑的選擇是關(guān)鍵，應(yīng)按照來源可靠、價(jià)格低廉、效果良好等因素比較確定。通過與清華大學(xué)水利水電工程系教授共同研究決定，濃縮設(shè)備選型結(jié)果和底流濃度如表1所示。

表1 濃縮設(shè)備選型結(jié)果

強(qiáng)磁選尾礦漿進(jìn)入磁選尾礦濃縮池，采用直徑為54m高效濃縮機(jī)1座，浮選尾礦漿進(jìn)入浮選尾礦濃縮池，采用φ70m高效濃縮機(jī)1座，2個(gè)濃縮池均需加藥20~30g/t絮凝，藥劑經(jīng)攪拌槽攪拌稀釋到濃度為5mg/m L，然后經(jīng)排液泵送到貯液罐，由加藥泵加壓送給濃縮池，溢流水含固體量在300mg/L以下，自流至環(huán)水泵站供磁選和浮選工藝循環(huán)使用。濃縮池底流通過通廊引到濃縮池外部喂料間分砂泵站內(nèi)，通過渣漿泵加壓后，送至喂料間礦漿分配槽，進(jìn)入圓筒篩，去除大顆粒，流至礦漿倉，靜壓喂料，送給總砂泵站隔膜泵，經(jīng)隔膜泵加壓輸送至尾礦庫。

3 尾礦輸送

3.1 尾礦輸送泵選擇

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，漿體泵的類型也較多，涉及冶金、礦山、煤炭、化工等各個(gè)領(lǐng)域。根據(jù)漿體泵的工作原理，可將漿體泵分為3種類型：離心式、容積式和特種型。離心式漿體泵的系列和型號比較多，流量覆蓋范圍廣，單臺泵的流量變化幅度較寬，同型號泵可以在不同流量的工況下工作，對物料的適應(yīng)性很廣，特別是對夾有大粒徑物料的適應(yīng)性是其他類型泵所不及的，缺點(diǎn)是輸送揚(yáng)程相對較低，過多的串聯(lián)又帶來經(jīng)濟(jì)不合理、管理不方便的弊端；其次，效率較低能耗高，易損件較多，更換比較頻繁，維修工作量大，過流件的頻繁更換成為生產(chǎn)中的突出問題。容積泵屬往復(fù)式泵，利用活塞或者柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)為漿體提供能量的輸送設(shè)備，包括油隔離泵、柱塞泵及隔膜泵等。容積式泵的主要優(yōu)點(diǎn)是輸出壓力高、效率高及堅(jiān)固耐用等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是只適用于恒定流量輸送，流量范圍相對較窄，輸送物料相對嚴(yán)格。以前容積式泵多采用國外進(jìn)口型，因?yàn)閲饬髁俊毫σ雀邇?nèi)高很多。隨著國內(nèi)技術(shù)的進(jìn)步以及開發(fā)，產(chǎn)品得到了大幅度提升，尤其在近十幾年內(nèi)，隔膜泵輸送固-液兩相介質(zhì)的流量、壓力、溫度、耐磨蝕性等技術(shù)參數(shù)的研究得到了長足的發(fā)展，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于長距離管道輸送。隔膜泵是在往復(fù)式活塞泵的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，其特點(diǎn)是用橡膠隔膜將輸送的漿體與泵的缸套、活塞等部件隔離開來，提高了易損件的壽命，可靠性高，自動(dòng)化程度、連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)率、運(yùn)行成本等技術(shù)指標(biāo)明顯優(yōu)于其他往復(fù)泵。隔膜報(bào)警具有獨(dú)創(chuàng)性，逐漸成為其他往復(fù)泵在尾礦工藝系統(tǒng)中的替代產(chǎn)品[2]。渣漿泵與隔膜泵方案，比較設(shè)備管理及工作環(huán)境（管理、操作、檢修）等方面，確定使用隔膜泵。

3.2 尾礦輸送管徑選擇

在漿體水力輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，對于長距離漿體管道系統(tǒng)，臨界流速、管徑和摩阻損失是最重要的水力參數(shù)。臨界流速是指流體力學(xué)中，流動(dòng)形態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)，水流的斷面平均流速，也叫不淤流速。關(guān)于固液流的臨界流速的計(jì)算，可參照有關(guān)專著經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算方法，如杜蘭德公式、尤芬公式、清華大學(xué)泥沙研究室的鐵尾礦經(jīng)驗(yàn)公式等。這些公式并不能普遍適用，需要在特定的漿體條件下適用，應(yīng)盡量參照試驗(yàn)資料或生產(chǎn)實(shí)踐來確定臨界管徑等參數(shù)[3]。本工程最終選擇管徑600mm，根據(jù)漿體性質(zhì)采用復(fù)合陶瓷鋼管，優(yōu)點(diǎn)超硬耐磨，同時(shí)降低了尾礦輸送成本。

4 結(jié)語

通過對尾礦濃縮及輸送技術(shù)的研究及應(yīng)用，經(jīng)過3年多的投產(chǎn)使用，實(shí)踐證明該項(xiàng)目投資省、見效快，節(jié)能降耗，取得了十分顯著的經(jīng)濟(jì)效益，對礦山發(fā)展具有重大的現(xiàn)實(shí)意義，屬國內(nèi)領(lǐng)先水平，在同類型礦山中具有推廣應(yīng)用價(jià)值。