新一代微細(xì)粒尾礦深度濃縮工藝和設(shè)備的應(yīng)用

叢龍斐, 王霄鵬, 周長(zhǎng)春，呂文英

（1. 威海尚品機(jī)械設(shè)備科技有限公司，山東 威海 264200；2. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院，江蘇 徐州 221116；3. 山東金璽泰礦業(yè)有限公司，山東 蘭陵 277700）

隨著國(guó)家環(huán)保政策的升級(jí)，礦業(yè)領(lǐng)域?qū)ξ驳V無(wú)廢處理工藝和設(shè)備的需求已經(jīng)顯現(xiàn)。當(dāng)前無(wú)廢處理工藝是采用旋流器、高頻脫水篩、濃密機(jī)、壓濾機(jī)等設(shè)備結(jié)合處理[1-2]。但是該工藝缺點(diǎn)是旋流器和高頻脫水篩將尾礦中粗粒尾礦優(yōu)先排出干堆或者作為建筑骨料等[2]，造成細(xì)粒尾礦在濃密機(jī)中碰撞幾率降低，沉降困難，進(jìn)而致使?jié)饷軝C(jī)選型沉降面積增大，基建成本升高，也造成壓濾機(jī)壓濾和卸料困難。

水力旋流器作為一種旋流分離設(shè)備[3-5]可以對(duì)料漿進(jìn)行濃縮，并且設(shè)備占地面積小、成本低。張丹[6-7]的研究表明旋流器直徑越小、錐角越小對(duì)細(xì)粒級(jí)物料的濃縮作用越強(qiáng)。崔寶玉[7]的研究表明錐角越小，沉砂的分流比越大。因此根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)尾礦參數(shù)設(shè)計(jì)三段濃縮工藝，將微細(xì)粒尾礦濃縮充填，溢流返回重新利用。

1 試驗(yàn)樣品及研究方法

1.1 樣品性質(zhì)

樣品采自山東金璽泰礦業(yè)有限公司二選廠(chǎng)尾礦，尾礦主要是粗粒尾礦干排系統(tǒng)的溢流，樣品經(jīng)過(guò)混樣、縮分后測(cè)試細(xì)度與濃度。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

>表1 樣品性質(zhì)Table 1 Sample property

1.2 研究方法

根據(jù)物料性質(zhì)設(shè)計(jì)濃縮工藝，見(jiàn)圖1。

圖1 三級(jí)濃縮工藝流程Fig .1 Three stage concentration process

工藝中一級(jí)旋流器的主要作用是將低濃度物料進(jìn)行強(qiáng)力濃縮，二級(jí)旋流器主要作用是增加工藝的顆粒回收能力凈化回水，三級(jí)旋流器主要作用是在保證沉砂充填濃度的前提下，提升沉砂產(chǎn)率。

結(jié)合各級(jí)旋流器在工藝中的作用，將旋流器結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化。Smax100/PU-K 旋流器（簡(jiǎn)稱(chēng)A）將原有Smax100/PU-B 旋流器（簡(jiǎn)稱(chēng)B）取消柱段、縮小錐角、加長(zhǎng)沉砂口濃縮段、增大進(jìn)料體包角，提升一級(jí)旋流器的濃縮能力；Smax75/PU-WY 旋流器（簡(jiǎn)稱(chēng)C）將原有Smax75/PU-B 旋流器（簡(jiǎn)稱(chēng)D）多錐角改為單錐小錐角，增加濃縮魚(yú)尾，增加二級(jí)旋流器對(duì)微細(xì)粒的回收能力并提升沉砂濃度；Smax150/PU-BY 旋流器（簡(jiǎn)稱(chēng)E）將原有Smax150/PU-B 旋流器（簡(jiǎn)稱(chēng)F）加上濃縮魚(yú)尾，增強(qiáng)旋流器對(duì)來(lái)料濃度變化的適應(yīng)性，保證沉砂濃度的穩(wěn)定。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)充填作業(yè)要求，將工藝設(shè)備做成模塊化集成撬裝結(jié)構(gòu)方便現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)充填。整個(gè)模塊中包含A 型、C 型、F 型旋流器，各級(jí)配套泵及變頻器，各級(jí)泵池，各級(jí)液位控制系統(tǒng)，設(shè)備單臺(tái)能力650m3/h。

2 結(jié)果與討論

2.1 A 型與B 型旋流器濃縮性能對(duì)比

試驗(yàn)時(shí)進(jìn)料濃度8%，A 型和B 型旋流器溢流管直徑（do）35 mm（0.35D，D 表示旋流器直徑，下同），底流口直徑（ds）12 mm（ds/do=0.34），溢流管插入深度35 mm（0.35D），分別在0.08MPA、0.1MPa、0.12MPa、0.14MPa、0.16MPa 壓力條件下運(yùn)行A 與B 兩種型號(hào)旋流器，試驗(yàn)果見(jiàn)圖2。

圖2 A 型和B 型旋流器沉砂濃度隨著運(yùn)行壓力變化 趨勢(shì)Fig .2 Changes of the sediment concentration of type A and type B hydrocyclones with the operating pressure

由圖2 可知，A 型和B 型旋流器沉砂濃度隨著運(yùn)行壓力的增大逐漸增大， 在運(yùn)行壓力P ≤0.1Mpa 時(shí)兩類(lèi)旋流器濃縮效果相近，N ≤4.3。A 型旋流器濃縮效果整體優(yōu)于B 型旋流器，在0.16MPa 時(shí)A 旋流器沉砂濃度達(dá)到最大，Cs=46.74%，N=5.84； 此時(shí)，B 型旋流器Cs=41.30，N=5.16。試驗(yàn)結(jié)果表明：改進(jìn)后的A 型旋流器濃縮效果優(yōu)于B 型旋流器。

分析中涉及的濃縮度計(jì)算公式為：

N——旋流器濃縮度

Cs——旋流器沉砂濃度/%

Ci——旋流器進(jìn)料濃度/%

2.2 Smax 75/PU-WY 與Smax75/PU-B 凈化能力對(duì)比

試驗(yàn)時(shí)進(jìn)料濃度4%，A 型和B 型旋流器溢流管直徑(do)25 mm(0.33D)，底流口直徑(ds)10mm(ds/do=0.4)，分別在0.20 MPA、0.18 MPa、0.16 MPa、0.14 MPa 壓力條件下運(yùn)行C 與D 兩種型號(hào)旋流器，試驗(yàn)果見(jiàn)圖3。

圖3 C 型與D 型旋流器的沉砂和溢流濃度隨著運(yùn)行壓力變化趨勢(shì) Fig. 3 Change of the sand-settling and overflow concentrations of C and D type hydrocyclones with the operating pressure

由圖3 可知，C 型和D 型旋流器沉砂濃度隨著運(yùn)行壓力的增大逐漸增大，C 型旋流器沉砂濃度整體高于D 型，在運(yùn)行壓力0.20 MPa 時(shí)，分別達(dá)到27% 和19.45%。C 型旋流器溢流濃度隨運(yùn)行壓力增大，先逐漸增大再減小，在運(yùn)行壓力0.18 MPa時(shí)，達(dá)到1.3%。C 型旋流器達(dá)到0.2MPa 時(shí)溢流濃度增加是因?yàn)槌銎漭^佳處理量范圍，沉砂呈柱狀排料不暢，導(dǎo)致溢流跑料。D 型旋流器溢流濃度隨壓力增加，溢流濃度變化不大。

因?yàn)閱为?dú)用沉砂濃度或者溢流濃度都無(wú)法表征旋流器的凈化能力，所以用沉砂產(chǎn)率與溢流濃度的比值代表旋流器凈化系數(shù)，結(jié)果見(jiàn)表2。

>表2 C 型和D 型旋流器凈化系數(shù)Table 2 Purification coefficients of C and D type cyclone

由表2 可知，C 型旋流器凈化能力優(yōu)于D 型旋流器，在運(yùn)行壓力在0.18MPa 時(shí)，凈化能力最強(qiáng)達(dá)到0.55。

分析中涉及的凈化系數(shù)計(jì)算公式為：

F——旋流器凈化能力

γ——旋流器沉砂產(chǎn)率/%

Cy——旋流器溢流濃度/%

2.3 SPWK-650 撬裝式集成尾礦處理系統(tǒng)工業(yè)試驗(yàn)

試驗(yàn)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)總細(xì)粒尾礦泵輸送量為400 m3/h，輸送尾礦濃度9% 左右，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

>表3 SPWK-650 撬裝式集成尾礦處理系統(tǒng)運(yùn)行指標(biāo)Table 3 Operation index of spwk-650 crowed integrated tailings processing system

表3 表明，采用優(yōu)化結(jié)構(gòu)后旋流器，結(jié)合三級(jí)濃縮工藝可以達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)充填和回水要求指標(biāo)，充填濃度≥68.23%，回水濃度≤2%。

試驗(yàn)表明SPWK-650 撬裝式集成尾礦處理系統(tǒng)可以替代濃密機(jī)等濃縮設(shè)備，并且設(shè)備成本和運(yùn)行成本低。

3 結(jié) 論

（1）在微細(xì)顆粒礦漿的凈化方面，小直徑、小錐角旋流器比小直徑、多錐角旋流器更有優(yōu)勢(shì)。

（2）縮小錐角、縮短柱段、加長(zhǎng)沉砂口濃縮段可有效提升旋流器的濃縮能力。

（3）采用SPWK-650 撬裝式集成尾礦處理系統(tǒng)可以替代濃密機(jī)等濃縮設(shè)備，并且設(shè)備成本和運(yùn)行成本低。