關(guān)于鞍鋼弓長嶺礦選礦廠尾礦濃縮系統(tǒng)的改造分析

董子敬，張德新

(中冶北方(大連)工程技術(shù)有限公司，遼寧 大連 116600)

0 引言

鞍鋼弓長嶺選礦廠是一座歷史悠久的選廠，其磁精礦產(chǎn)量365 萬t/a，尾礦量690～730萬t/a。由于設(shè)備老舊及礦石性質(zhì)的變化，目前其尾礦輸送系統(tǒng)受制于前端濃縮負(fù)荷，日漸緊張，對(duì)生產(chǎn)造成了一定的影響，針對(duì)這一問題擬定一系列改造方案并加以分析。

1 弓長嶺選礦廠尾礦濃縮生產(chǎn)現(xiàn)狀

弓長嶺選礦廠一選尾礦濃縮使用5座Φ53 m自然沉降型傳統(tǒng)濃縮池，濃縮池底流濃度為30%，由3座底流泵站送到總砂泵站，加壓提升送到尾礦庫。5座Φ53 m濃縮池溢流水集中進(jìn)入4座Φ29 m機(jī)械加速澄清池凈化處理，在澄清池原水部位添加絮凝劑，加速固體顆粒沉降，澄清池底流給入尾砂泵站，由砂泵揚(yáng)送到尾礦庫內(nèi)，澄清池溢流水作為循環(huán)水再利用。

這個(gè)尾礦處理系統(tǒng)是一個(gè)典型的尾礦濃縮、輸送、溢流水澄清工藝系統(tǒng)，也是目前國內(nèi)礦山所采用的主流尾礦處理工藝，其在鞍鋼、太鋼、本鋼等選礦廠均有大量的應(yīng)用。

2 尾礦濃縮系統(tǒng)面臨的問題

2.1 濃縮池溢流問題

按原工藝設(shè)計(jì)，理論上對(duì)原水濁度小于40 000 mg/L，機(jī)械加速澄清池處理后可以達(dá)到50 mg/L。在城市用水的地表取水水源水處理廠，一般的原水濁度2 000 mg/L左右，處理效果都是很好的。

一選尾礦使用的5座Φ53 m濃縮池，溢流水泥沙量大于25 000 mg/L，送到4座Φ29 m機(jī)械加速澄清池凈化處理，目前的運(yùn)行情況來看因?yàn)槠湟缌魉臐岫忍?，同時(shí)5座濃縮池的溢流水量很大，為了增加澄清面積，各個(gè)礦山使用的澄清池都是在澄清區(qū)加了傾斜板的，使得負(fù)荷能力大幅提高。運(yùn)行初期也達(dá)到了預(yù)期的處理目標(biāo)，但經(jīng)過長期的生產(chǎn)運(yùn)行，出現(xiàn)了水質(zhì)很不穩(wěn)定經(jīng)常跑渾，絮凝劑投加量增大、故障頻繁，操作復(fù)雜，澄清區(qū)大量積泥，清理困難，維修量大等問題，不能滿足連續(xù)生產(chǎn)的需要，造成新水補(bǔ)加量增大，影響選廠的水量平衡。

2.2 濃縮池底流問題

目前一選尾礦5座Φ53 m濃縮池，其底流濃度為最高30%。礦山中主流使用的高效濃密機(jī)其底流濃度均可達(dá)到50%以上。底流濃度的提高對(duì)于后期的礦井輸送來說可大幅度提高效率，節(jié)約大量成本。在我國傳統(tǒng)的礦山尾礦處理上普遍使用尾礦壩對(duì)尾礦進(jìn)行堆存和循環(huán)水的回用，但是尾礦壩的缺點(diǎn)明顯，一方面尾礦壩形成的庫區(qū)匯水面積大、蒸發(fā)量較大，造成了水資源的浪費(fèi)；另一方面尾礦庫形成的堰塞湖安全隱患嚴(yán)重，對(duì)安全生產(chǎn)及下游居民形成重大的安全威脅。前幾年尾礦庫潰壩事故屢屢出現(xiàn)，引起相關(guān)部門的高度重視，就目前的生產(chǎn)安全法規(guī)及政策導(dǎo)向，尾礦濕排這種形式已呈現(xiàn)逐步取消的趨勢(shì)。在新建礦山中普遍使用的是尾礦充填技術(shù)，而對(duì)于尾礦充填對(duì)尾礦的濃度有著較高的要求。目前的尾礦井下充填一般要求其填充礦漿濃度在65%～70%才能滿足制漿系統(tǒng)的要求，尾礦庫達(dá)到年限后勢(shì)必要采取尾礦填充來處理尾礦。

綜上因素，如果改造應(yīng)考慮底流濃度的提高，而目前弓長嶺選廠采用的是傳統(tǒng)濃密機(jī)，效率同目前市場(chǎng)主流的高效濃密機(jī)有著較大的效率差異，無法達(dá)到底流高濃度。

3 改造原則

3.1 改造要點(diǎn)

一選尾礦系統(tǒng)的改造濃縮池是關(guān)鍵，提高底流濃度、降低溢流水濁度二者都要實(shí)現(xiàn)。溢流水濁度的指標(biāo)容易確定，只要達(dá)到了選礦工藝用水要求就可以，一般在300mg/L左右就可以。但是底流濃度的確定則是根據(jù)許多因素來確定，從管道輸送的直觀效益上看，濃度越高輸送能耗越低，成本越低，但是從整個(gè)尾礦系統(tǒng)進(jìn)行分析，并不是濃度越高越好，找到一個(gè)最佳的工作點(diǎn)確定濃度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，整個(gè)系統(tǒng)最優(yōu)化。

3.2 確定尾礦濃縮和輸送濃度因素

新建的選礦廠，需要對(duì)尾礦量、尾礦庫位置、壩體高度、筑壩方式、尾礦庫的服務(wù)年限和輸送距離這六個(gè)方面的因素全面考慮，同時(shí)還要考慮循環(huán)水的水質(zhì)指標(biāo)、利用率，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析、綜合比較確定輸送濃度。而運(yùn)行多年的老廠技術(shù)改造，除了上述幾方面的因素外，還要考慮現(xiàn)有設(shè)備、建筑物、管道配置情況以及設(shè)備折舊、利用價(jià)值、改造的投資收益率、改造過程停產(chǎn)期間產(chǎn)量效益損失、還本年限等因素，這是一個(gè)比較復(fù)雜的分析過程。

4 改造分析

按照一選的生產(chǎn)實(shí)際情況，綜合考慮廠區(qū)布局、建(構(gòu))筑物、管道敷設(shè)、現(xiàn)有設(shè)備能力，有如下兩個(gè)方案實(shí)現(xiàn)既定目標(biāo)。

4.1 改造利用原有5座濃縮池方案

繼續(xù)使用原有5座濃縮池，在礦漿進(jìn)入濃縮池之前，對(duì)礦漿進(jìn)行改性預(yù)處理，使之加快沉降速度，在濃縮池中心附近迅速沉淀，細(xì)微顆粒沿著徑向沉淀，這樣濃縮池中心沉淀層厚，比重大，濃縮池周邊顆粒細(xì)，沉淀層薄，比重小。力臂短，濃密機(jī)鈀架扭矩減小，加大了濃縮池的處理能力，同時(shí)拆除所有澄清池。

尾礦溜槽加裝的預(yù)處理機(jī)構(gòu)、通過添加混凝劑及絮凝劑來使得礦漿改性，使其迅速達(dá)到充分絮凝狀態(tài)。絮凝裝置安裝在原有溜槽旁邊，并行安裝。通過閘板倒流，不影響生產(chǎn)。

對(duì)濃密機(jī)加裝中心布料桶和分區(qū)圈，處理效果更好。濃縮池靜止?fàn)顟B(tài)下，布料桶和分區(qū)圈的重量不影響鈀架的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，工作狀態(tài)下，由于浮力作用，不增加濃密機(jī)的荷載，對(duì)原有濃密機(jī)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度沒有影響。

經(jīng)充分絮凝的礦漿其溢流水濁度200 mg/L，底流濃度可以提高到45%～50%。

此方案是基于濃密機(jī)還能繼續(xù)使用，稍加改造就能滿足生產(chǎn)需要而做的。前提條件就是：首先要對(duì)尾礦進(jìn)行預(yù)處理改性，加快尾礦的沉淀速度。加裝中心布料桶可以對(duì)在濃密機(jī)內(nèi)的礦漿進(jìn)行導(dǎo)流使之形成對(duì)細(xì)微顆粒的二次過濾。

此方案只要對(duì)底流泵站進(jìn)行管道改動(dòng)即可，因此該方案比較安全、容易實(shí)現(xiàn)、投資最小。這個(gè)方案的最大優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)施工和設(shè)備安裝在不停產(chǎn)情況下進(jìn)行，利用一個(gè)班時(shí)間短暫停車，切換溜槽，加裝布料桶和分區(qū)圈。

一選的尾礦量在690～730 萬t/a之間，按照最不利條件設(shè)計(jì)，尾礦量取最大值。尾礦的粒度范圍在0.061～0.067 mm之間，比重2.866。從底流泵站到總砂泵站管線長度按300 m估算。濃縮池水面標(biāo)高64.0 m，總砂泵站礦漿倉進(jìn)漿口標(biāo)高80 m，估算高差16 m。渣漿泵按磨損一段時(shí)間后，效率降低一些，取65%。

由表1可知，既然濃縮池可以達(dá)到的底流濃度30%～50%,輸送濃度在30%～50%是安全可靠的。這個(gè)區(qū)間內(nèi)，45%的濃度又是最經(jīng)濟(jì)的。

表1 底流泵配置和輸送管徑

這個(gè)濃度的臨界管徑350 mm左右，用原有的兩根D400雙金屬管中的一根，濃度稍低一點(diǎn)就可以了，泵的揚(yáng)程大了一些，變頻可以解決。電機(jī)不變。不換管道施工周期短，容易實(shí)現(xiàn)。1#、2#底流泵站和管道改造容易，3#砂泵站出口管道應(yīng)該換為內(nèi)徑225左右的管道。

降低溢流水濁度且增加底流濃度既可以改善環(huán)水平衡，更為今后尾礦庫閉庫后的尾礦填充提供濃度基礎(chǔ)。

4.2 采用高效濃密機(jī)方案

采用高效濃密機(jī)，設(shè)備更新，提高尾礦的處理效率，是近20年來國內(nèi)選礦企業(yè)普遍采用的尾礦處理方法。1998年太鋼尖山鐵礦采用一臺(tái)奧圖昆普Φ53 m高效濃密機(jī)后，底流濃度和溢流水澄清，都有大幅度提高，有很好的使用經(jīng)驗(yàn)。目前國內(nèi)的大型礦山均采用此方法處理尾礦。

由于高效濃密機(jī)礦漿進(jìn)入濃縮池不再是從中心柱頂，所以溜槽重新敷設(shè)，可以滿足自流進(jìn)入濃縮池的坡度。

高效濃密機(jī)有大的處理能力，對(duì)于尾礦可達(dá)390 t/h，溢流水濁度小于300 mg/L。一選可以采用3臺(tái)Φ53 m高效濃密機(jī)，單臺(tái)處理量307 t/h。

濃縮池鋼筋砼部分，拆除再建投資大，建設(shè)周期長?？刹捎脤饪s池中心柱拆除，按高效濃密機(jī)的結(jié)構(gòu)加固，再澆灌鋼筋砼和鋼結(jié)構(gòu)的中心柱。濃縮池底坡度，也按要求用澆灌鋼筋砼加大坡度。至于池壁和進(jìn)漿口，采用加高方式解決。

底流泵站可以保留1#、2#砂泵站對(duì)3#砂泵站進(jìn)行拆除。

由表2可知，采用45%～50%輸送，2#砂泵站泵可以用，管道換為D273雙金屬管可以解決。

表2 底流泵配置和輸送管徑

此方案優(yōu)點(diǎn)是可大量減少占地面積，可將原有濃縮池及澄清池拆除。其缺點(diǎn)就是投資巨大，施工安裝周期很長，加上溜槽，礦漿分配的施工安裝，大約需要近100天，僅停產(chǎn)減少的純利潤，就要損失幾千萬元。

5 結(jié)語

通過兩個(gè)方案的比較可知除去占地面積的考慮，方案一優(yōu)勢(shì)較為明顯，其經(jīng)濟(jì)效益及技術(shù)可靠性均有保障且充分利用了原有裝備和車間構(gòu)筑物，整個(gè)管道系統(tǒng)改動(dòng)的范圍最小，容易實(shí)現(xiàn)。設(shè)備制造和安裝都可以在不停產(chǎn)狀態(tài)下進(jìn)行，各個(gè)泵站，管道基本不做大量的拆除安裝。從目前弓長嶺選廠的生產(chǎn)狀況來看此改造不管對(duì)于目前的生產(chǎn)問題還是以后的尾礦填充均有著重大意義，從發(fā)展的角度來看改造勢(shì)在必行。