真空提料系統(tǒng)在粉狀鈾礦石濃縮物輸送中的應(yīng)用研究

丁峰，馬振榮，李子云

（中核四〇四有限公司，甘肅蘭州 732850）

在國內(nèi)鈾礦石濃縮物加工生產(chǎn)線中，天然鈾原料需經(jīng)過溶解、萃取、脫硝、氫氟化和氟化等一系列的工藝操作單位，才能轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)品[1]。這些粉體鈾礦石濃縮物進入生產(chǎn)線的方式有干法輸送、濕法輸送。其中，濕法輸送主要是水力輸送或者漿體輸送，輸送過程中會引入水，不便于后續(xù)生產(chǎn)的組織。近幾年，國內(nèi)針對粉狀固態(tài)物料自動上料機構(gòu)的研究很多。螺旋輸送機利用旋轉(zhuǎn)的螺旋葉片將物料推移而上料，具有結(jié)構(gòu)緊湊、成本較低的優(yōu)點，但也存在清洗維護困難等缺點。干法的氣力輸送是借助空氣流動攜帶粉體，將鈾礦石濃縮物粉體輸送至接收容器。這種輸送方式，物料不與轉(zhuǎn)動設(shè)備直接接觸，可以在密閉包容系統(tǒng)內(nèi)完成。因此，為了滿足生產(chǎn)需求，應(yīng)利用氣力輸送技術(shù)原理建立真空提料系統(tǒng)，并將其應(yīng)用于鈾礦石濃縮物粉體的輸送，為后續(xù)生產(chǎn)提供粉狀物料[2]。

1 真空提料工作原理

真空提料技術(shù)通過真空設(shè)備為整個提料系統(tǒng)提供的真空吸力，使其與實際大氣環(huán)境之間形成氣壓差，從而在物料輸送管道內(nèi)形成空氣流動，以空氣的流動帶動物料進入輸送管道，并與空氣一同流動進入目標(biāo)容器。在目標(biāo)容器中物料與空氣實現(xiàn)分離，空氣沿管路排至尾氣，物料則停留在目標(biāo)容器內(nèi)，從而完成物料的輸送。

真空提料系統(tǒng)的主要設(shè)備有水環(huán)式真空泵、真空緩沖罐、上料裝置、除塵器和料倉等[3]，應(yīng)用于鈾礦石濃縮物粉狀物料提升和輸送，其工藝流程見圖1。其中，水環(huán)式真空泵為整個真空提料系統(tǒng)提供真空度，且與料倉之間設(shè)置有真空緩沖罐，起到穩(wěn)定系統(tǒng)壓力的作用。料倉與輸送管道相連接，在真空度的作用下，輸送管道中流動的空氣與物料相互作用，將粉狀物料提升并送至料倉。在料倉頂部的除塵器，用于氣固分離，凈化吸入的空氣。采用0.3 MPa干壓縮空氣對除塵器內(nèi)的過濾管進行反吹，減少粉狀物料在過濾管壁上的附著，降低過濾管壓差，以延長除塵器的有效工作時間。水環(huán)式真空泵開始工作時，以真空緩沖罐為料倉、輸送管道提供穩(wěn)定的真空吸力，使輸送管道管口處的空氣流入輸送管道，同時帶動管口處的粉狀物料進入輸送管道，繼而用氣流帶動物料源源不斷地進入料倉。

圖1 真空提料系統(tǒng)工藝流程示意圖

通過調(diào)節(jié)氣動調(diào)節(jié)閥開度控制提料系統(tǒng)的真空度，氣動調(diào)節(jié)閥的開度范圍為0%～100%，調(diào)節(jié)梯度為10%，收集緩沖罐負壓及輸送每桶鈾礦石濃縮物所用時間，確定輸送量與時間的關(guān)系曲線和物料輸送速率QS，計算物料與空氣的混合比X，最終確定完成物料輸送任務(wù)時氣動調(diào)節(jié)閥的適宜開度。其中，物料輸送速率QS、物料與空氣的混合比X計算公式如下。

物料輸送速率QS的計算公式：

式（1）中：M為每桶粉狀物料的質(zhì)量，kg；t為輸送每桶粉狀物料所用時間，min。

物料與空氣的混合比X的計算公式：

式（2）中：QS為所要求物料的輸送速率，kg/min；QA為真空泵產(chǎn)生的自由空氣氣耗量，m3/min。

2 設(shè)備的選型

2.1 輸送管道

輸送管道由固定部分和移動部分兩種輸送管道對接而成。移動部分采用塑料軟管，其材料多為耐磨性較好、經(jīng)濟性優(yōu)的聚氨基甲酸酯，長度約為2 m。當(dāng)輸送物料時，移動塑料軟管可調(diào)整吸嘴的位置，控制空氣進入流量，從而控制提升物料的能力[4]。真空提料系統(tǒng)的提升高度要達到13 m，因此需在塑料管道與料倉之間用固定金屬管道進行連接，有利于管道的鋪設(shè)和固定。

2.2 真空泵

水環(huán)式真空泵是為真空提料系統(tǒng)提供動力源的設(shè)備，具有結(jié)構(gòu)簡單、吸氣均勻、工作平穩(wěn)可靠等優(yōu)點。水環(huán)式真空泵提供的真空度越大，帶動真空管道內(nèi)的氣體流動就越強，提料的動力也就越足[3]。

3 應(yīng)用試驗及結(jié)果討論

3.1 上料時流體流動狀態(tài)

在提料過程中，半透明的軟連接管道內(nèi)隨著氣動閥開度的不斷增大，單位時間內(nèi)進入系統(tǒng)的空氣氣量不斷增多，軟連接管道內(nèi)呈現(xiàn)為均勻流、疏密流、栓狀流、柱狀流等不同的流體狀態(tài)[5]。

當(dāng)氣動閥開度為20%～30%時，粉狀鈾礦石濃縮物沿著上料管道管壁流動，呈現(xiàn)均勻流的流體形態(tài)。當(dāng)氣動閥開度逐漸增大至40%時，物料顆粒依舊向上運動，物料分布形態(tài)由均勻狀態(tài)逐漸轉(zhuǎn)變至非均勻排列狀態(tài)，上料速度呈現(xiàn)急劇增大趨勢。當(dāng)氣動閥開度為40%～60%時，物料顆粒逐漸團聚，上料速度仍以上升趨勢呈現(xiàn)。當(dāng)氣動閥開度為60%～70%時，輸送管中的物料出現(xiàn)塞噎現(xiàn)象，運動形態(tài)逐漸改為不穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)氣動閥開度為80%時，物料繼續(xù)團聚呈料柱形狀，并逐漸堵塞進料管較高位置，導(dǎo)致料倉真空度迅速升高[6]。

3.2 氣動閥開度與緩沖罐真空度的關(guān)系

在水環(huán)式真空泵額定功率運行下，可通過調(diào)節(jié)氣動閥實現(xiàn)對提料真空度的控制。氣動調(diào)節(jié)閥開度與緩沖罐真空度之間的關(guān)系見圖2。

圖2 氣動閥開度與真空度關(guān)系圖

3.3 真空度與提料速率的關(guān)系

本實驗對不同粒度的粉狀鈾礦石濃縮物進行真空提料和輸送。鈾礦石濃縮物粒徑見表1。

表1 不同桶裝的八氧化三鈾粒徑

以每桶500 kg料為單位，進行提料試驗，計算不同條件下的物料輸送速率QS。圖3為真空度與輸送速率之間的關(guān)系曲線。從圖3曲線變化趨勢可知，輸送A料時，真空度為58 kPa才能將物料提升和輸送；輸送B料、C料時，真空度為36 kPa，可提升和輸送物料。這說明鈾礦石濃縮物的粒徑會影響真空提料的上料速率，粒徑越小，物料越容易被氣流帶動完成上料。因此在生產(chǎn)過程中，可根據(jù)鈾礦石濃縮物的粒徑情況，調(diào)整氣動閥開度[5]。

根據(jù)生產(chǎn)能力，每桶料需要10 min左右完成物料輸送，因此真空提料系統(tǒng)輸送能力應(yīng)達到40～50 kg/min，即真空度應(yīng)控制在46～60 kPa。

圖3 真空度與輸送速率之間的關(guān)系

3.4 真空氣動閥開度與混合比的關(guān)系

物料與空氣的混合比是衡量真空提料能力的重要因素。在輸送物料過程中，尋找出合適的物料與空氣的混合比對于控制真空提料系統(tǒng)的輸送速率有重要意義。如圖4所示，混合比過小，則補氣量過多，無法對泵體產(chǎn)生的真空吸力充分利用，不符合經(jīng)濟性的原則；體積混合比過大，則吸入物料過多，管道磨損加重。

圖4 真空度與混合比之間的關(guān)系

4 結(jié)論

通過對真空提料系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用，驗證了真空提料系統(tǒng)在生產(chǎn)線的實用性。結(jié)果表明，在生產(chǎn)中，應(yīng)重點關(guān)注粉狀鈾礦石濃縮物的粒徑，氣動閥開度在50%～80%范圍內(nèi)進行選擇，粉狀鈾礦石濃縮物與空氣的最佳混合比范圍為1.17～1.56，其能力可達到60～80 kg/min，可滿足實際生產(chǎn)需求。真空提料系統(tǒng)的應(yīng)用，實現(xiàn)了鈾礦石濃縮物在密閉系統(tǒng)里輸送，避免了粉狀物料泄漏到空氣。