濃密機(jī)發(fā)展歷程、分類及其高效化改進(jìn)研究現(xiàn)狀

徐 帥 周興龍 劉肖楚 金 蕊 陳 焰 龍澤毅

（1.昆明理工大學(xué)國(guó)土資源工程學(xué)院，云南昆明650093；2.昆明科來賽科技有限公司，云南昆明650093）

濃密機(jī)作為固液分離過程中的經(jīng)典設(shè)備，在礦山、冶金、環(huán)保、化工等行業(yè)廣泛運(yùn)用，適合連續(xù)生產(chǎn)，具有能耗低、操作維修方便等特點(diǎn)。在礦山行業(yè)中，濃密機(jī)用于精礦、尾礦濃縮脫水及中礦濃縮脫泥，產(chǎn)出合格的底流，或者為礦井充填開采提供膏體物質(zhì)［1-3］。同時(shí)，作為濃縮脫水工藝階段的主要設(shè)備，對(duì)物料有短暫存儲(chǔ)作用［4］。

傳統(tǒng)濃密機(jī)在選廠應(yīng)用廣泛，但在使用過程中常存在溢流“跑渾”、底流濃度不達(dá)標(biāo)、自動(dòng)化程度低等問題。因此，國(guó)內(nèi)外研究者針對(duì)現(xiàn)有濃密機(jī)開展了高效化改進(jìn)，并開發(fā)出多種新式濃密機(jī)來滿足選廠要求，如深錐高效濃密機(jī)、斜板（管）濃密機(jī)、高頻振動(dòng)多通道集成斜板分級(jí)濃密設(shè)備、振動(dòng)型斜板濃密分級(jí)機(jī)、振動(dòng)型斜板盒濃密分級(jí)機(jī)等。

隨著選礦工藝的發(fā)展與節(jié)能降耗要求的不斷提高，濃密機(jī)在選礦工藝中的開發(fā)利用潛力巨大。為此，本文以濃密機(jī)的發(fā)展和分類為脈絡(luò)，以傳統(tǒng)濃密機(jī)存在的主要問題為切入點(diǎn)，系統(tǒng)地闡述了傳統(tǒng)濃密機(jī)在自動(dòng)提耙技術(shù)、進(jìn)料井結(jié)構(gòu)、自動(dòng)控制等方面的高效化改進(jìn)，總結(jié)了以深錐高效濃密機(jī)和斜板（管）濃密機(jī)為代表的高效濃密機(jī)在穩(wěn)定底流濃度、改善板面上物料堆積粘結(jié)、減少沉降通道堵塞等方面采取的措施，介紹了振動(dòng)型斜板濃密分級(jí)機(jī)和振動(dòng)型斜板盒濃密分級(jí)機(jī)的技術(shù)特征及應(yīng)用，指出濃密機(jī)未來將以高底流濃度、高處理能力、低故障率、低能耗、智能控制為主要發(fā)展方向。

1 濃密機(jī)發(fā)展歷程及其分類

1.1 濃密機(jī)的發(fā)展歷程

傳統(tǒng)濃密機(jī)（道爾頓濃密機(jī)）于1905年問世，以耙式濃密機(jī)為代表。該設(shè)備使得稀礦漿連續(xù)脫水成為可能［5］。20世紀(jì)80年代以前，我國(guó)主要使用應(yīng)用了前蘇聯(lián)技術(shù)的耙式濃密機(jī)，雖然國(guó)內(nèi)也研制生產(chǎn)了2種型號(hào)（?38 m和?100 m）的周邊傳動(dòng)濃密機(jī)，由于技術(shù)的限制，導(dǎo)致設(shè)備占地面積大、維護(hù)費(fèi)用高，因此應(yīng)用并不廣泛［6］。1886年GAILLET等人首先提出了在連續(xù)作業(yè)的自然沉降濃縮機(jī)中增設(shè)傾斜板，不僅提高了濃密機(jī)處理能力和濃縮效率，還縮小了設(shè)備的體積，降低了設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)基建費(fèi)用。20世紀(jì)60年代，為了適應(yīng)高處理量、高底流濃度的要求，國(guó)外開始了各種高效濃密機(jī)的研制與推廣使用，其中廣泛使用的高效濃密機(jī)有艾姆科型、道爾-奧利弗型等［7］。20世紀(jì)80年代，我國(guó)消化吸收國(guó)外技術(shù)，設(shè)計(jì)、開發(fā)出了高效濃密機(jī)，主要生產(chǎn)單位有馬鞍山礦山研究院、長(zhǎng)沙礦治研究院、廣州有色研究院、唐山煤科院、沈陽礦山機(jī)器廠、淮北礦山機(jī)器廠等。

1.2 濃密機(jī)的分類及特點(diǎn)

1.2.1 傳統(tǒng)濃密機(jī)

傳統(tǒng)濃密機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能耗較低、易管理等特點(diǎn)，在選礦廠內(nèi)應(yīng)用較多。其主要依靠礦物顆粒自重沉降濃縮，將濃度為10%左右的礦漿濃縮成濃度為20%左右甚至更高的底流礦漿，實(shí)現(xiàn)固液分離；同時(shí)，借助濃密機(jī)耙架的刮集作用，將池底礦泥刮集到排礦口排出。按傳動(dòng)方式不同，可將普通濃密機(jī)簡(jiǎn)單分為中心傳動(dòng)和周邊傳動(dòng)兩大類：①中心傳動(dòng)濃密機(jī)由橋架、驅(qū)動(dòng)裝置、進(jìn)料筒、耙架等部分組成；按懸架類型可分為懸掛式單層與多層、垂架式，其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在中心柱上。②周邊傳動(dòng)濃密機(jī)由槽架、耙架、驅(qū)動(dòng)裝置、中心支架構(gòu)成；按桁架結(jié)構(gòu)可進(jìn)一步分為半跨式一邊刮板型與全跨式對(duì)稱刮板型，中心支柱支撐旋轉(zhuǎn)橋架，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置在槽周［6，8］。

1.2.2 高效濃密機(jī)

高效濃密機(jī)結(jié)合了絮凝技術(shù)和新型進(jìn)料機(jī)構(gòu)，以絮凝技術(shù)為基礎(chǔ)，將深層入料與平流沉降相結(jié)合，適用于分離含微細(xì)顆粒的礦漿［8］。相較于傳統(tǒng)濃密機(jī)，高效濃密機(jī)的中心混合井出口向上有幾十厘米高的過濾層，主要包括水、小絮團(tuán)、未被捕獲的小顆粒及水中殘余的絮凝劑等。濃縮過程中形成的大絮團(tuán)進(jìn)入壓縮沉降帶，未被絮凝劑捕獲的細(xì)粒物料則滯留在過濾層中，保證了溢流水的水質(zhì)［9-10］。高效濃密機(jī)通過安裝安全報(bào)警與在線監(jiān)測(cè)裝置，配合自動(dòng)控制系統(tǒng)，對(duì)濃密池內(nèi)過濾層高度、泥層厚度、加藥量、溢流澄清度及耙架位置等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控調(diào)節(jié)，可以有效提高設(shè)備的單位處理能力、降低溢流水中固體含量、避免壓耙事故的發(fā)生，從而進(jìn)一步提高固液分離效率。

為了追求更高的底流濃度與處理效率，還開發(fā)出了深錐高效濃密機(jī)、斜板（管）濃密機(jī)、高效濃密機(jī)等更為先進(jìn)的設(shè)備：

（1）深錐高效濃密機(jī)。深錐高效濃密機(jī)是國(guó)外20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一種高效濃縮設(shè)備，其主要特點(diǎn)是在高效濃密機(jī)的基礎(chǔ)上，增大了箱體底部的錐角（錐角可以為45°～60°）。深錐高效濃密機(jī)具有產(chǎn)能大、底流濃度高、溢流含固量小的特點(diǎn)，滿足選礦廠對(duì)生產(chǎn)能力的要求，有效提高了水的循環(huán)利用率［11］。

（2）斜板（管）濃密機(jī)。斜板沉降技術(shù)最早發(fā)源于英國(guó)。1915年，出現(xiàn)了傾斜式多層沉降槽。1967年，瑞典薩拉國(guó)際公司推出了單元集成模式的Lamella型斜板濃密機(jī)。我國(guó)于20世紀(jì)60年代開始研究使用斜板濃密機(jī)和斜管濃密機(jī)，通過在濃密池內(nèi)設(shè)置斜板（管）來增加沉淀面積、提高沉淀池的處理能力和縮短顆粒沉降距離，斜板（管）的使用改善了礦漿水力模型，提高了水流穩(wěn)定性，促進(jìn)礦物顆粒與水的分離［12-13］。1987年，國(guó)內(nèi)對(duì)引進(jìn)的Lamella斜板濃密箱進(jìn)行了消化吸收和二次開發(fā)，發(fā)明了單元集成斜淺層水力分級(jí)方法與設(shè)備［14］，提出了“斜窄流”濃密分級(jí)的概念，形成了KMLY和KMLZ兩大系列斜板濃密機(jī)產(chǎn)品，在國(guó)內(nèi)的多個(gè)行業(yè)進(jìn)行了推廣應(yīng)用［15-19］。

1.3 國(guó)外常用3種高效濃密機(jī)

國(guó)外常用新型高效濃密機(jī)主要有3種，即艾姆科型、恩維羅型和道爾-奧利弗型［20-21］。

艾姆科型高效濃密機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示，其突出的特點(diǎn)是將給料井隔成三段豎直的機(jī)械攪拌室，并與濃密機(jī)的中心豎軸同心。礦漿給入排氣系統(tǒng)，帶入的空氣被排出，然后通過給礦管進(jìn)入混合室，與絮凝劑充分混合后再經(jīng)混合室下部呈放射狀分布的給礦管直接給到過濾沉降帶，液體經(jīng)濾層的過濾后上升成為溢流，絮團(tuán)則留在沉砂層中進(jìn)入底流［20］。

恩維羅型高效濃密機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中心有一個(gè)倒錐形的進(jìn)料筒，礦漿沿進(jìn)料口從反應(yīng)筒中心循環(huán)筒的下部往上，由循環(huán)筒的上部進(jìn)入進(jìn)料筒，經(jīng)旋轉(zhuǎn)葉輪攪拌與絮凝劑充分混合，再?gòu)倪M(jìn)料筒底部進(jìn)入沉砂層，然后斜著下降至沖擊擋板上。沖擊擋板施加給固體和溶液一水平分力，使粒狀物料和絮團(tuán)直接進(jìn)入循環(huán)著的濃縮層（絮團(tuán)層）中，濃縮層捕集了加進(jìn)來的固體物料（絮團(tuán)），而清液通過濃縮層毛細(xì)通道上升進(jìn)入溢流堰排出［21］。

道爾-奧利弗型高效濃密機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖3（a）所示。該設(shè)備有一特殊結(jié)構(gòu)的給礦筒，如圖3（b）所示。送進(jìn)濃密機(jī)的礦漿被分成兩股，分別給到給礦筒上部和下部的環(huán)形板上，兩者流向相反，使得由給礦造成的剪切力最小。當(dāng)一定濃度的絮凝劑從給礦筒中部給入后可與礦漿均勻混合，形成的絮團(tuán)便從剪切力最小的區(qū)域較平緩地流到濃密機(jī)內(nèi)沉降［22］。

2 濃密機(jī)存在的問題及其改進(jìn)

2.1 傳統(tǒng)濃密機(jī)存在問題及其改進(jìn)

在高效濃密機(jī)還存在建造、維護(hù)費(fèi)用較高的背景下，繼續(xù)研究并完善傳統(tǒng)濃密機(jī)仍具有重要的實(shí)際意義。

傳統(tǒng)濃密機(jī)雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能耗低，但存在以下幾個(gè)不容忽視的問題［23-24］：①設(shè)備占地面積大，土地成本高；②單位面積脫水效率低、細(xì)顆粒沉降速度慢；③中心給礦位置高，沉降層大而清水層小，礦漿自然沉降速度較慢，當(dāng)?shù)V漿量增大或波動(dòng)時(shí)，容易出現(xiàn)“跑渾”現(xiàn)象；④給排料異常增大時(shí)，床層厚度不斷增加，容易出現(xiàn)“壓耙”事故。為解決傳統(tǒng)濃密機(jī)使用過程中存在的問題，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者從自動(dòng)提耙技術(shù)、進(jìn)料井結(jié)構(gòu)、自動(dòng)化等方面對(duì)傳統(tǒng)濃密機(jī)進(jìn)行了高效化改進(jìn)。

2.1.1 自動(dòng)提耙技術(shù)

早期的傳統(tǒng)濃密機(jī)在設(shè)計(jì)之初未考慮自動(dòng)提耙功能，當(dāng)沉降到濃縮池底部的物料增多（給料異常增多、排料異常）時(shí)，床層增厚，耙架的工作阻力隨之加大，耙架無法提升將導(dǎo)致壓耙、耙架斷裂等生產(chǎn)事故。

淮北礦山機(jī)器廠開發(fā)了一種新型中心自動(dòng)提耙濃密機(jī)，使自動(dòng)提耙技術(shù)不僅可以用于周邊傳動(dòng)濃密機(jī)，還可以用于中心傳動(dòng)濃密機(jī)。當(dāng)該新型中心自動(dòng)提耙濃密機(jī)底部沉淀的物料增厚，或底流濃度增大時(shí)，耙架的工作阻力矩也隨之增大；安裝在耙架上的刮泥阻力檢測(cè)裝置檢測(cè)到阻力過大時(shí)，向PLC發(fā)出過載信號(hào)，PLC發(fā)出升耙信號(hào)，控制中心油缸將提起耙架，從而達(dá)到自動(dòng)提耙的目的；當(dāng)耙架提到一定高度，耙架的阻力矩減少到允許值時(shí)，則停止提耙，耙架停留在該高度上運(yùn)轉(zhuǎn)；經(jīng)過耙齒刮動(dòng)，沉淀的泥漿向池中心集聚，隨著阻力矩的減小，耙架緩慢下降，若耙架下降過程中阻力矩一直未超過允許值時(shí)，則耙架一直下降到最低位置。當(dāng)耙架提高到最高位置時(shí)，耙架仍可在該高度上運(yùn)轉(zhuǎn)；若阻力矩繼續(xù)增大到設(shè)定的保護(hù)值時(shí)，整機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)需排除故障方可重新恢復(fù)開機(jī)［10，25］。

NT-30濃密機(jī)的機(jī)架與耙架是一體的鋼結(jié)構(gòu)，無法對(duì)設(shè)備的耙架進(jìn)行調(diào)節(jié)，且該種結(jié)構(gòu)設(shè)備的整體質(zhì)量集中在中央軸承及周邊轉(zhuǎn)動(dòng)的托輥上，嚴(yán)重縮短設(shè)備的使用壽命［26］。因此，長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)院通過改變?cè)幸惑w鋼結(jié)構(gòu)為可活動(dòng)的四連桿的結(jié)構(gòu)，將刮泥板改為可上下移動(dòng)的機(jī)構(gòu)，對(duì)NT-30濃密機(jī)進(jìn)行提耙改進(jìn)，改進(jìn)后的提耙結(jié)構(gòu)原理如圖4所示。改進(jìn)后的濃密機(jī)以礦物沉積濃度、濃密機(jī)傳動(dòng)力矩信號(hào)為依據(jù)，通過刮板提升電機(jī)和提耙開關(guān)將耙架調(diào)整到合適位置。改進(jìn)后的設(shè)備有效地解決了壓耙問題，延長(zhǎng)了設(shè)備軸承的壽命，極大地節(jié)約了生產(chǎn)成本；同時(shí)，優(yōu)化后的設(shè)備處理能力提高了8%～10%，礦漿濃度提高4～6個(gè)百分點(diǎn)。

2.1.2 進(jìn)料井結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的進(jìn)料井僅用于分散物料，物料由設(shè)備上部中心給入，礦漿動(dòng)能大，影響沉降效果，同時(shí)破壞原有沉降平衡，造成濃密機(jī)“跑渾”，導(dǎo)致固液分離效率較低［27］。

諸多已經(jīng)投入使用的濃密機(jī)仍采用傳統(tǒng)的圓筒型進(jìn)料井結(jié)構(gòu)或圍繞圓筒形進(jìn)行改造，優(yōu)化后的進(jìn)料井改善了進(jìn)料方式，但仍存在布料不均、無法適應(yīng)不同進(jìn)料速度的缺點(diǎn)［28］。因此，行業(yè)內(nèi)學(xué)者對(duì)于進(jìn)料井的優(yōu)化設(shè)計(jì)從未停止。宋戰(zhàn)勝等［29］提出了一種新型的鐘型進(jìn)料井裝置，該新型給料井采用兩端切向給料的方式，料漿碰撞降低動(dòng)能的同時(shí)穩(wěn)定流速，提高了布料均勻性，其結(jié)構(gòu)模型如圖5所示。

譚慰等［30］開發(fā)了一種新型進(jìn)料井，該給料井改變了傳統(tǒng)進(jìn)料井的進(jìn)料方向，在傳統(tǒng)進(jìn)料井上焊接溢流槽和導(dǎo)流葉片，并增設(shè)稀釋口。優(yōu)化后的進(jìn)料井能夠適應(yīng)不同進(jìn)料速度的料漿、有效耗散進(jìn)料的動(dòng)能，均勻分布物料。錐形導(dǎo)流板改變了礦漿流動(dòng)方向，防止礦漿對(duì)已沉積的物料進(jìn)行沖擊，同時(shí)導(dǎo)流葉片間形成的導(dǎo)流通道，增加了固體顆粒的沉降時(shí)間，使溢流更加澄清，提高了固液分離效果。新型進(jìn)料井結(jié)構(gòu)剖面如圖6所示［30］。

2.1.3 自動(dòng)化

傳統(tǒng)濃密機(jī)自動(dòng)化程度低，發(fā)現(xiàn)、解決問題不及時(shí)，通過增設(shè)自動(dòng)加藥系統(tǒng)、生產(chǎn)過程綜合控制系統(tǒng)對(duì)傳統(tǒng)濃密機(jī)進(jìn)行自動(dòng)化改進(jìn)。

（1）自動(dòng)加藥系統(tǒng)的應(yīng)用。目前，大多數(shù)選礦廠主要采用人工方式進(jìn)行配藥、加藥。但人工操作耗時(shí)耗力且不確定性大，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配藥、加藥是濃密機(jī)未來的發(fā)展方向之一［31-34］。在國(guó)外，如南非、澳大利亞、芬蘭等都開發(fā)了相應(yīng)自動(dòng)控制模塊［31，35］。國(guó)內(nèi)如東北大學(xué)、北京礦冶研究總院等均建立了綜合控制模型來保證濃密機(jī)處于最佳處理量和平穩(wěn)生產(chǎn)狀態(tài)［35-36］。在選擇合理藥劑制度的前提下，李德金［31］提出劃分給藥系統(tǒng)為藥劑自動(dòng)配置子系統(tǒng)和添加自動(dòng)控制子系統(tǒng)，特別強(qiáng)調(diào)了根據(jù)藥劑本身特性采取加熱、多次攪拌和切線入料等措施，全過程的控制均由控制器來完成，投藥量自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理、運(yùn)算及控制功能由可編程控制器完成。改進(jìn)后，尾煤濃縮機(jī)底流濃度為327 g/L，既達(dá)到了壓濾機(jī)要求，又能將煤泥及時(shí)排出，溢流水的澄清度也滿足要求，實(shí)現(xiàn)了良性循環(huán)。

（2）生產(chǎn)過程綜合控制系統(tǒng)的應(yīng)用。雖然生產(chǎn)流程自動(dòng)化并非新技術(shù)，但是數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)儀與監(jiān)視控制程序的結(jié)合較困難，邏輯程序控制器與包括電磁流量計(jì)、密度計(jì)、泥漿界面計(jì)在內(nèi)的許多輸入量相互配合才能完成這一控制。張曉東等［36］基于智能耦合的思想，從全局上綜合考慮回路間的控制行為，削弱相互耦合作用，驗(yàn)證了智能協(xié)調(diào)控制在濃密機(jī)生產(chǎn)過程中運(yùn)用的可行性。在智能控制系統(tǒng)投運(yùn)后，底流濃度較好地穩(wěn)定在工藝指標(biāo)（42%）附近，未出現(xiàn)“跑渾”及排空現(xiàn)象。此外，在濃密機(jī)安全高效運(yùn)行的同時(shí)，絮凝劑的消耗量從25 g/t下降到8 g/t，大幅降低了生產(chǎn)成本，極大地提高了生產(chǎn)效率。

2.2 高效濃密機(jī)存在的問題及其改進(jìn)

高效濃密機(jī)的固液分離效果與藥劑和料漿的相互作用以及進(jìn)料井內(nèi)過濾沉降帶的濾層屬性有關(guān)。因此，對(duì)給料、加藥等環(huán)節(jié)的自動(dòng)控制系統(tǒng)要求較高。給料濃度、給料量的波動(dòng)以及藥劑未與料漿充分混合將導(dǎo)致過濾層厚度變化。過濾層變薄或消失，會(huì)出現(xiàn)溢流水“跑渾”、底流濃度不達(dá)標(biāo)等問題；過濾層過厚，上升水流的阻力加大，會(huì)影響濃密機(jī)的生產(chǎn)能力。針對(duì)目前常用的深錐高效濃密機(jī)和斜板（管）濃密機(jī)所存在的上述問題，專家學(xué)者通過各種改進(jìn)措施來實(shí)現(xiàn)給料的高效濃縮。

2.2.1 深錐高效濃密機(jī)

深錐高效濃密機(jī)是一種特殊的濃密機(jī)，其結(jié)構(gòu)如圖7所示，形狀類似一個(gè)沉降漏斗，其錐角為45°～60°。深錐高效濃密機(jī)直徑大、泥層厚度高，底部設(shè)有粑料裝置，可為螺旋推料式或刮板式。由于深錐高效濃密機(jī)設(shè)備高度高，保證了尾礦充分的壓縮和足夠的停留時(shí)間，故底流濃度很高。深錐高效濃密機(jī)底流濃度影響因素眾多，主要有給料量、給料濃度、底流流量、泥層高度、耙機(jī)轉(zhuǎn)速、絮凝劑用量等［37］。其中給料濃度受選廠生產(chǎn)工況限制；底流流量受底流流動(dòng)性的制約；耙機(jī)轉(zhuǎn)速與絮凝劑添加量取決于入料特性；泥層高度由給料量與底流流量動(dòng)態(tài)控制，取決于料漿與絮凝劑混合狀態(tài)；適宜的泥層高度能夠保證足夠的壓力，使?jié){體中水分泌出。因此，深錐高效濃密機(jī)主要通過優(yōu)化進(jìn)料方式、加藥方式以及提高底流流動(dòng)性來改善沉降效果，保障底流濃度的同時(shí)穩(wěn)定底流排放。

云南三環(huán)化工有限公司采用NXZ-25深錐高效濃密機(jī)對(duì)磷礦漿進(jìn)行濃密時(shí)，出現(xiàn)溢流水“跑渾”、底流濃度達(dá)不到生產(chǎn)要求、轉(zhuǎn)耙壓死等問題［38］。通過垂直均勻8點(diǎn)進(jìn)料，進(jìn)料井底部新增分配盤、稀釋口，加藥裝置優(yōu)化等方式改進(jìn)設(shè)備，優(yōu)化后的濃密機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，有效消除了溢流水“跑渾”現(xiàn)象，其水質(zhì)達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)，底流含固量大于62.15%，處理能力則由原設(shè)計(jì)的干基礦140萬t/a提高到180萬t/a以上，極大地提高了選礦廠的經(jīng)濟(jì)效益。

為滿足膏體充填采礦工藝要求，陳輝等［39］對(duì)深錐濃密機(jī)進(jìn)行了調(diào)試。針對(duì)調(diào)試過程中出現(xiàn)的壓耙、溢流水復(fù)渾、底流濃度不達(dá)標(biāo)等問題，采取了以下改進(jìn)措施：①優(yōu)化進(jìn)料井，封堵進(jìn)料井稀釋口，避免絮團(tuán)沖擊泥層，防止尾礦漿進(jìn)入澄清層；②在箱體內(nèi)安裝阻尼板，形成箱內(nèi)紊流，消除料漿多余動(dòng)能的同時(shí)促進(jìn)料漿與絮凝劑混合；③改進(jìn)底流循環(huán)管道，保證底流料漿的流動(dòng)性，預(yù)防壓耙。改造后的深錐高效濃密機(jī)運(yùn)行狀況良好，未出現(xiàn)“跑渾”問題，底流濃度平均達(dá)68%以上，在底流濃度提高的情況下也未出現(xiàn)壓耙現(xiàn)象。

2.2.2 斜板（管）濃密機(jī)

對(duì)于斜板（管）濃密機(jī)，隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，沉降在斜板面上的細(xì)粒級(jí)物料發(fā)生堆積，堆積的物料有時(shí)不能依靠其自身重力從斜板面上滑落，從而造成其在斜板面上的粘結(jié)，甚至堵塞斜板沉降通道，使斜板濃密機(jī)失去應(yīng)有的效能。目前應(yīng)用的斜板沉降設(shè)備，由于斜板材質(zhì)、設(shè)備水力模型、結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)等方面的局限，均出現(xiàn)了斜板面上物料堆積粘結(jié)、沉降通道堵塞等問題，嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)斜板組垮塌，設(shè)備完全失效。

在保證設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，為消除斜板面上物料的粘結(jié)與通道堵塞問題，國(guó)內(nèi)外專家普遍認(rèn)同以下解決方式：①優(yōu)化設(shè)備內(nèi)水力模型［13-14，40-47］；②使用新型材料［48］；③定期人工清洗［49］；④使用外加機(jī)械裝置［48-54］。

從具體的實(shí)踐來看，使用優(yōu)化的水力模型和新型斜板材料，可強(qiáng)化物料在斜板面上的滑落，能在一定程度上緩解細(xì)粒物料在斜板面上的堆積、粘結(jié)和堵塞，延長(zhǎng)沉降通道人工清洗的周期。對(duì)于經(jīng)過浮選或濕法浸出等工藝的細(xì)粒尾礦和中間物料，由于其含泥多、顆粒表面電性改變，粘性較強(qiáng)，很容易在斜板面上形成堆積和粘結(jié)，僅依靠水力模型和斜板材料自身的特點(diǎn)，尚不能徹底解決斜板面粘結(jié)和沉降通道堵塞的問題，而人工清洗費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，需要停產(chǎn)檢修或使用備用設(shè)備，實(shí)際生產(chǎn)中操作困難［49］。

針對(duì)斜板濃密機(jī)物料易粘結(jié)在斜板面和沉降通道堵塞的問題，肖東升等［52］介紹了一種新型斜窄流濃密機(jī)，其結(jié)構(gòu)如圖8所示。濃縮驗(yàn)證試驗(yàn)表明，同時(shí)開啟攪動(dòng)和振動(dòng)裝置比單獨(dú)開啟攪動(dòng)裝置，底流濃度更高；降低給礦量可獲得類似于延長(zhǎng)濃縮時(shí)間的效果，有利于提高底流濃度。相比普通斜板濃密機(jī)，新型斜窄流濃密機(jī)可同時(shí)提高溢流的澄清效果和固體顆粒的沉降速度。

昆明理工大學(xué)相關(guān)研究團(tuán)隊(duì)提出了振動(dòng)型斜板濃密分級(jí)機(jī)的構(gòu)思，發(fā)明了一種高頻振動(dòng)多通道集成斜板分級(jí)濃密機(jī)和可振動(dòng)微距沉降模塊，利用斜板的淺層沉降原理來提高設(shè)備的分級(jí)濃密效率，減少占地面積；利用高頻振動(dòng)原理對(duì)斜板組進(jìn)行整體激振。有效防止微細(xì)礦泥在斜板上的粘結(jié)，保證分級(jí)濃密通道的暢通［53-54］，其具體結(jié)構(gòu)如圖9所示［53］。

上述濃密機(jī)的高效化改進(jìn)都是針對(duì)原有設(shè)計(jì)缺陷，基于新材料、新理念、新技術(shù)和自動(dòng)控制等技術(shù)而進(jìn)行的。對(duì)濃密機(jī)結(jié)構(gòu)（進(jìn)料機(jī)構(gòu)、加藥機(jī)構(gòu)、耙料機(jī)構(gòu)、排料機(jī)構(gòu)）參數(shù)，藥劑作用參數(shù)（如泥層厚度、加藥量、溢流含固量、底流濃度）進(jìn)行優(yōu)化控制，進(jìn)而改善沉降分級(jí)效果。這些改造僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)局部系統(tǒng)的優(yōu)化升級(jí)，還存在以下根本問題：①難以動(dòng)搖圓池型濃密機(jī)占地面積大、圓池上部沉降面積未充分運(yùn)用、設(shè)備維護(hù)改造費(fèi)用高等主要問題。②斜板設(shè)備斜板安裝復(fù)雜，使用中易出現(xiàn)斜板移位、變形和脫落等問題。

3 新型高效節(jié)能濃密設(shè)備

學(xué)術(shù)界對(duì)于新型高效節(jié)能濃密設(shè)備的研究、開發(fā)從未停止。例如振動(dòng)型斜板濃密分級(jí)機(jī)、振動(dòng)型斜板盒濃密分級(jí)機(jī)等。這些新型高效濃密機(jī)的研究和應(yīng)用，減小了占地面積、土建費(fèi)用、克服了傳統(tǒng)斜板存在的主要問題，為新型濃密機(jī)的研究提供了新的思路。

3.1 振動(dòng)型斜板濃密分級(jí)機(jī)技術(shù)特征及應(yīng)用

昆明理工大學(xué)相關(guān)研究團(tuán)隊(duì)根據(jù)用戶需求，對(duì)現(xiàn)有濃密設(shè)備進(jìn)行二次開發(fā)，由變形式斜板濃密分級(jí)機(jī)的開發(fā)再到振動(dòng)型斜板濃密分級(jí)機(jī)的研究，對(duì)傳統(tǒng)的斜板沉降設(shè)備進(jìn)行了全面的改進(jìn)與升級(jí)，重點(diǎn)解決了傳統(tǒng)斜板沉降設(shè)備易堵塞、不能排放高濃度底流、不能用于尾礦干排濃縮等技術(shù)難題，取得了多個(gè)方面的技術(shù)創(chuàng)新成果［55］。其中包括新型斜板材料的使用、斜板組模塊化及高頻振動(dòng)清洗技術(shù)的應(yīng)用、錐斗壁物料清除裝置的使用、底流無障礙排放或強(qiáng)制排放技術(shù)的應(yīng)用。圖10為振動(dòng)型斜板濃密分級(jí)機(jī)三維示意。

振動(dòng)型斜板濃密機(jī)占地面積小、能耗低、運(yùn)行穩(wěn)定，能排放出高濃度（膏體）底流，在尾礦處理方面具有廣闊的應(yīng)用前景［55］。王碩等［56］對(duì)新型斜板濃密機(jī)使用前后的指標(biāo)進(jìn)行了對(duì)比分析，得出以下結(jié)論：①新型斜板濃密機(jī)大幅節(jié)省占地面積；②回水利用率由30%提高到75%，降低了回水成本，減少?gòu)U水的排放；③新型斜板濃密機(jī)對(duì)細(xì)粒尾礦具有較好的濃縮作用。

3.2 振動(dòng)型斜板盒濃密分級(jí)機(jī)技術(shù)特征及應(yīng)用

振動(dòng)型斜板盒濃密分級(jí)機(jī)（見圖11）作為新一代的高效斜板沉降裝備，解決了常規(guī)斜板設(shè)備斜板安裝復(fù)雜，使用中易出現(xiàn)斜板移位、變形和脫落等問題［57-58］。設(shè)備主要性能特點(diǎn)為：①斜板盒整體成型，多內(nèi)筋連接支撐上下板面，斜板強(qiáng)度和剛度增加數(shù)倍；②斜板盒內(nèi)筋將斜板盒分隔成多個(gè)狹窄的沉降通道，改善了固體顆粒沉降的水力模型，能顯著提高沉降分離效率；③兩個(gè)斜板盒的上下板面緊密結(jié)合，使沉降斜板的厚度增加1倍，其磨損和使用周期可延長(zhǎng)1倍以上；④斜板盒的安裝不需要任何螺釘、螺栓，安裝快捷、便利，使用中不會(huì)出現(xiàn)斜板變形、移位或脫落的情況；⑤斜板盒模塊的振動(dòng)頻率和振動(dòng)強(qiáng)度可以加大，振動(dòng)效果明顯好于現(xiàn)有的斜板設(shè)備，能有效保證細(xì)粒物料在沉降板面上的順利滑落；⑥特殊材料制成的斜板盒抗靜電、耐磨損、防紫外線，使用周期長(zhǎng)；⑦相較于常規(guī)設(shè)備，其分級(jí)效率高、占地面積小、能耗低、面積利用系數(shù)高。

振動(dòng)型斜板盒濃密分級(jí)機(jī)憑借巧妙的設(shè)計(jì)，有效避免了傳統(tǒng)斜板沉降設(shè)備存在的不足。其在東鞍山燒結(jié)廠選礦廠鐵中礦的濃縮實(shí)踐表明，該設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，底流和溢流排放通暢，底流濃度和溢流濁度可控可調(diào)，能滿足連續(xù)運(yùn)行的要求。相對(duì)于濃密大井，振動(dòng)型斜板盒濃密分級(jí)機(jī)的單位占地面積處理量可提高4倍左右，且設(shè)備的能耗更低，單位處理能耗僅為傳統(tǒng)濃密機(jī)的5.6%［59］。

4 結(jié)論與展望

4.1 結(jié)論

本研究將濃密機(jī)分為傳統(tǒng)濃密機(jī)及高效濃密機(jī)，概述了傳統(tǒng)濃密機(jī)及深錐濃密機(jī)、斜板（管）濃密機(jī)等高效濃密機(jī)的發(fā)展歷程及特點(diǎn)，介紹了國(guó)外常用的3種高效濃密機(jī)的工作過程。針對(duì)傳統(tǒng)濃密機(jī)存在的問題，綜述了近年來在自動(dòng)提耙技術(shù)、進(jìn)料井結(jié)構(gòu)、自動(dòng)化等方面的高效化改進(jìn)方法。高效濃密機(jī)以深錐濃密機(jī)和斜板（管）濃密機(jī)為代表，對(duì)于深錐高效濃密機(jī)，主要從優(yōu)化進(jìn)料方式、加藥方式以及提高底流流動(dòng)性來改善沉降效果，保障底流濃度的同時(shí)穩(wěn)定底流排放；斜板（管）濃密機(jī)則主要通過優(yōu)化設(shè)備內(nèi)水力模型、使用新型材料、定期人工清洗、使用外加機(jī)械裝置等方式來解決板面上物料堆積粘結(jié)、沉降通道堵塞等問題。

以振動(dòng)型斜板濃密分級(jí)機(jī)、振動(dòng)型斜板盒濃密分級(jí)機(jī)為代表的新型高效節(jié)能濃密設(shè)備，對(duì)傳統(tǒng)的斜板沉降設(shè)備進(jìn)行了全面的改進(jìn)與升級(jí)，重點(diǎn)解決了傳統(tǒng)斜板沉降設(shè)備易堵塞、不能排放高濃度底流、不能用于尾礦干排濃縮等技術(shù)難題，設(shè)備安裝簡(jiǎn)單，運(yùn)行良好。這些新型高效濃密機(jī)的研究和應(yīng)用，將會(huì)為選礦廠、冶煉廠、化工廠等工業(yè)企業(yè)提高固液分離效率及回水質(zhì)量、降低技術(shù)經(jīng)濟(jì)成本發(fā)揮重要作用，具有重大意義。

4.2 展望

近年來，濃密設(shè)備以高底流濃度、高處理能力、低故障率、低能耗、智能控制為主要發(fā)展方向，借助于新材料、新理念、新技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)步，完成了設(shè)備的優(yōu)化，規(guī)格趨于合理、類型趨于完善。

為滿足不同的工藝要求、適應(yīng)多變的礦石性質(zhì)，筆者認(rèn)為濃密機(jī)未來的研究方向有以下幾個(gè)方面：①綜合控制智能化。隨著數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與監(jiān)視控制程序的進(jìn)一步融合，基于智能耦合思想的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)將被大量應(yīng)用，從而進(jìn)一步降低濃密機(jī)的生產(chǎn)成本，穩(wěn)定工藝指標(biāo)。②對(duì)濃密機(jī)進(jìn)料井與自動(dòng)提耙系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)。采用不同模塊配置生成多樣化的組合，保證絮凝劑與物料的充分混合及保持濃密機(jī)內(nèi)流體力學(xué)的穩(wěn)定性，滿足不同的工藝需求。③實(shí)現(xiàn)濃密機(jī)底流高濃度無障礙排放技術(shù)與脫水工藝相結(jié)合，滿足尾礦干排干堆要求。