凹山選礦廠濃密機高效化改造實踐

吳國軍 曹 兵 沈遠海 程傳麟 胡佛明 李仲文

（安徽馬鋼礦業(yè)資源集團南山礦業(yè)有限公司）

南山礦業(yè)公司凹山選礦廠精礦工段過濾系統(tǒng)原處理精礦約160 萬t/a，有2臺φ15 m濃密機（1用1備）用于處理濃縮磁選機尾礦及過濾機溢流和濾液，濃密機底流經(jīng)泵輸送返回過濾系統(tǒng)，溢流進入尾礦濃縮系統(tǒng)［1-3］。因和尚橋選礦廠建成投產(chǎn)后，年產(chǎn)100 萬t 精礦也進入凹山選礦廠過濾系統(tǒng)，增加約60%處理量。因過濾系統(tǒng)精礦處理量大幅增加，導(dǎo)致φ15 m濃密機處理能力不足，大井循環(huán)負荷大，出現(xiàn)濃密機事故，同時濃密機溢流面跑渾，嚴重影響生產(chǎn)順行［4-7］。為確保過濾系統(tǒng)穩(wěn)定順行，結(jié)合普通濃密機生產(chǎn)過程中存在的問題進行技術(shù)攻關(guān)，對高效濃密機的工作原理進行研究，得出普通濃密機的高效化改造方案，以期能夠解決濃密機負荷量大、精礦跑渾等問題［8-10］。

1 工藝流程簡介

近年來，南山礦業(yè)公司凹山選礦廠經(jīng)一系列的擴產(chǎn)提質(zhì)技術(shù)改造，目前已形成了720 萬t/a 的原礦處理能力，年產(chǎn)鐵精礦約160 萬t，主要工藝流程為三段一閉路破碎—高壓輥磨破碎—階段磨礦選別—細篩分級—中礦再磨再選。凹山選礦廠精礦過濾系統(tǒng)采用10臺1024型濃縮磁選機將濃度30%～35%的精礦濃縮至60%～70%，經(jīng)8 臺80 m2、1 臺60 m2陶瓷過濾機及2 臺盤式過濾機過濾，精礦產(chǎn)品水分8%～10%。濃縮磁選機尾礦、陶瓷過濾機溢流、濾液進入2臺φ15 m 濃密機濃縮（1 用1 備），濃密機底流經(jīng)泵輸送返回過濾系統(tǒng)回收，溢流進入尾礦濃縮系統(tǒng)。過濾系統(tǒng)工藝流程見圖1。

2 過濾系統(tǒng)存在的問題

南山礦業(yè)公司凹山選礦廠過濾系統(tǒng)原設(shè)計對凹山選礦廠生產(chǎn)的精礦礦漿過濾脫水，處理能力為160萬t/a。近幾年，南山礦業(yè)公司下屬和尚橋選礦廠、科技服務(wù)選礦廠生產(chǎn)的精礦全部進入凹山選礦廠過濾系統(tǒng)，進入過濾系統(tǒng)的精礦量達280 萬t/a，由于過濾系統(tǒng)精礦處理量大幅增加，進入φ15 m濃密機的礦漿體積量大，導(dǎo)致底流泵電流持續(xù)偏高，同時濃密機溢流面跑渾，部分精礦直接經(jīng)濃密機溢流進入尾礦系統(tǒng)流失，嚴重影響生產(chǎn)運行。

（1）細粒物料沉降時間短。因和尚橋選廠精礦與凹山選廠精礦經(jīng)泵輸送至總精礦箱混合后分礦過濾，陶瓷過濾機溢流及濾液量大幅增加，原給礦溜槽通過困難。故在φ15 m 濃密機上方增加2 根副管道，將過濾機溢流、濾液直接給入濃密機液面，這種給礦方式未經(jīng)φ15 m濃密機中心盤給礦，礦漿直接沖擊濃密機液面，破壞了液面的平穩(wěn)，在濃密機中部形成“翻花”，且礦漿流速快，細粒物料沉降時間短，來不及沉降，經(jīng)濃密機溢流面流失，溢流濃度高，造成精礦流失。

（2）粗粒物料沉降距離長。φ15 m 濃密機的給料方式是上部給料口給料，沉淀物料需經(jīng)澄清區(qū)、渾濁區(qū)，再到濃相區(qū)、底流區(qū)，沉降距離長，且沉降物料與上升水流有相互交錯的過程，影響物料的沉降速度，導(dǎo)致濃密機底流濃度變低，達不到工藝指標(biāo)，底流返回過濾系統(tǒng)后，過濾機溢流量進一步增加，再返回濃密機，循環(huán)量大并形成惡性循環(huán)。導(dǎo)致濃密機底流泵電流高達130～150 A（正常值為70～90 A），時常需通過限量生產(chǎn)來緩解濃密機壓力，影響生產(chǎn)穩(wěn)定順行。

（3）紊流區(qū)域面積大。因濃密機給礦量增加，且中心盤給礦裝置在液面以下，在濃密機中形成大面積的紊流區(qū)域，固體顆粒沉降時的阻力增加，物料在濃密機中難以得到有效沉降。

改造前φ15 m濃密機工作原理見圖2。

3 過濾系統(tǒng)改造原理

根據(jù)流體力學(xué)原理，顆粒在流體中重力沉降時，受到流體阻力的作用，因顆粒大小、形狀、密度不同，其沉降速度不同。因φ15 m 濃密機在濃縮過程中的給礦物料直徑在74 μm 以下，粒度極細，若固體顆?？v向沉降距離長，而橫向溢流時間短，導(dǎo)致固體顆粒從溢流面流失較多，沉降至底流少，造成底流濃度低，在過濾系統(tǒng)中形成惡性循環(huán)。針對上述問題，在無法擴大濃密機直徑以提高處理能力的情況下，借鑒高效濃密機深部給礦以縮短沉降距離的原理，確定φ15 m濃密機高效化攻關(guān)的主要方向為提高濃密機底流濃度，降低溢流濃度，從而提高φ15 m濃密機處理能力，減少金屬流失，確保凹山選礦廠過濾系統(tǒng)生產(chǎn)順行。

（1）改變細粒物料沉降路徑，延長細粒物料沉降時間。φ15 m 濃密機給礦物料中含有部分極細顆粒，進入大井液面后，沿著濃密機溢流面橫向流動，因φ15 m 濃密機直徑小，極細顆粒來不及沉降，從而進入溢流面流失。為減少細粒物料的橫向溢流，可人為改變細粒物料沉降路徑，延長細粒物料沉降時間。通過設(shè)計1 個圓筒形穩(wěn)流圈，并安裝在大井耙架上，穩(wěn)流圈使礦漿從中心向四周擴散時受到阻擋，強制細粒物料由水平方向運動改為向下運動，物料向下經(jīng)過穩(wěn)流圈下沿后方可克服流體阻力的作用，緩慢向上運動到達液面，再沿著水平方向運動，從而延長細粒物料的沉降路線和沉降時間。在此過程中，部分細粒物料在向下運動的過程中，進入濃相區(qū)后受底流區(qū)域渣漿泵的吸力作用，克服細粒物料的上浮力，強制物料向底流區(qū)域運動，減少了上浮物料數(shù)量。

（2）縮短粗粒物料沉降距離。采用強制沉降裝置，將穩(wěn)流圈置于液面0.9 m 以下，物料經(jīng)澄清區(qū)、渾濁區(qū)沉降后，強制物料均勻緩慢地進入濃密機的濃相區(qū)，縮短物料的沉降距離，同時物料進入濃相區(qū)后，受到底流區(qū)域渣漿泵的吸力作用，粗粒物料被強制向底流區(qū)域運動，加快粗粒物料的沉降速度，起到強制沉降的作用。

（3）減小紊流區(qū)域面積，穩(wěn)定液面。直接進濃密機的2根副管道與濃密機液面高差為2.5 m，管道直徑為φ219 mm，因高差大，管道直徑小，因礦漿給入濃密機液面的流速快、沖擊力大，破壞了已穩(wěn)定的礦漿液面，加快了濃密機中的礦漿流速，細粒物料來不及沉降，從溢流面流失，故需將2根給礦副管道拆除，改進給礦方式。φ15 m 濃密機中心盤給礦裝置在液面以下，在礦漿液面產(chǎn)生大面積紊流區(qū)域，為減小紊流區(qū)域面積，需控制中心盤排料口到液面的高差值；若高差太小，礦漿在排放時，因渦流作用，會吸入大量空氣，礦漿在排放空氣時，影響礦粒的沉降；若高差太大，礦漿對液面的沖擊力增加，會加大紊流區(qū)域面積。

4 過濾系統(tǒng)改造

（1）制作穩(wěn)定礦漿液面、預(yù)先、強制沉降裝置。南山礦設(shè)計制作了直徑3 m、高1.2 m 的圓筒形穩(wěn)流圈，安裝在濃密機耙架上，并置于液面以下0.9 m，耙架帶動穩(wěn)流圈一起傳動。

（2）改進中心盤排料口到液面的高差。經(jīng)現(xiàn)場測算，設(shè)計中心盤排料口到液面的高差為20 cm，將環(huán)形給礦裝置下礦口按設(shè)計尺寸環(huán)形切割，改進中心盤排料口到液面的高差。

（3）改進給料方式。拆除直接進濃密機的2根副管道，將凹山選礦廠與和尚橋選礦廠過濾機的溢流、濾液、磁尾全部匯入溜槽給入大井中心盤，使全部物料得到充分沉降，有效降低了副管道對平穩(wěn)礦漿液面的影響。對中心盤下礦口、給礦溜槽、閥門進行擴容改造，采用上立式車床將中心盤下礦孔由φ350 mm擴大至φ420 mm，鑲嵌耐磨內(nèi)襯。將300 mm×400 mm 給礦溜槽、DN300 mm 給礦閥門拆除，安裝400 mm×500 mm 給礦溜槽及DN400 mm 給礦閥門，并設(shè)計、制作了專門橋架提高承載力，提高了物料的通過能力。

（4）改進小車傳動方式。將小車傳動方式由原來的三級傳動改為二級傳動，小車電動機受電接點由1 組改為2 組，確保電機受電可靠，降低設(shè)備故障率。

改造后φ15 m濃密機工作原理見圖3。

5 改造前后技術(shù)指標(biāo)對比

為驗證改造后φ15 m濃密機的生產(chǎn)效果，進行了為期半年的生產(chǎn)情況調(diào)研、考查。改造前后技術(shù)指標(biāo)對比見表1。

由表1 可知，濃密機溢流精礦品位從17.15%下降至7.80%，底流濃度從4.53%提高至20.38%，濃密機處理能力從16.25 t/h提高至20.83 t/h；通過改造，降低了濃密機循環(huán)負荷，提高了濃密機處理能力，濃密機底流泵電流趨于正常值，凹山選礦廠過濾系統(tǒng)穩(wěn)定運行，經(jīng)濟效益顯著。

6 結(jié) 論

（1）近幾年南山礦業(yè)公司過濾系統(tǒng)精礦處理量遠超設(shè)計值，進入φ15 m 濃密機的礦漿體積量大，導(dǎo)致底流泵電流持續(xù)偏高，同時濃密機溢流面跑渾，部分精礦直接經(jīng)濃密機溢流進入尾礦系統(tǒng)流失，嚴重影響生產(chǎn)運行。

（2）南山礦業(yè)公司凹山選礦廠對φ15 m濃密機原結(jié)構(gòu)進行分析，結(jié)合現(xiàn)場存在的問題，對原濃密機給礦裝置、濃密機傳動部件進行了改造，達到了較好的濃縮效果，提高了大井底流濃度及處理能力，確保了凹山選礦廠過濾系統(tǒng)穩(wěn)定運行，經(jīng)濟效益顯著，可為其他礦山提供經(jīng)驗借鑒。