微細(xì)粒尾礦臥式離心機(jī)脫水試驗研究

洪永華，謝 銳，韓 彬，符海桃

（云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司，云南 文山 663701）

1 前言

生產(chǎn)中微細(xì)粒尾礦采用絮凝劑+濃密機(jī)的方式進(jìn)行處理，濃縮后底流濃度僅能達(dá)到25%直接排入尾礦庫，將會占用大量庫容，同時從尾礦庫回水成本較高。近年來，隨著環(huán)保高壓態(tài)勢的增強(qiáng)和污水處理廠的大量興建，離心脫水機(jī)的應(yīng)用日益增多。礦泥脫水后采用干法堆存已經(jīng)成為一種趨勢，礦泥干法堆存的關(guān)鍵在于尋找可靠、經(jīng)濟(jì)的脫水方式，使脫水后的礦泥經(jīng)短時間蒸發(fā)固結(jié)，達(dá)到可塑至硬可塑狀態(tài)。

礦廠為提高廠前回水率、降低外部補(bǔ)水量和占用尾礦庫容、減輕環(huán)保壓力，為實現(xiàn)尾礦干排探索新工藝、新設(shè)備，本次試驗開展了微細(xì)粒尾礦離心機(jī)脫水小型試驗研究，試驗成果對類似微細(xì)粒物料脫水干排工藝，具有借鑒和指導(dǎo)意義。

2 試驗物料性質(zhì)

試驗物料取自廢石回收廠脫泥旋流器溢流（拋尾），經(jīng)鏡下鑒定和掃描電鏡分析測定綜合研究查明，物料中含有的主要金屬礦物有鐵閃鋅礦、磁黃鐵礦、黃鐵礦、磁鐵礦、錫石、黃銅礦、毒砂等；主要脈石礦物為石英、綠泥石、角閃石、方解石、黑云母、白云母、長石、螢石、石榴子石等。礦石比重在2.6～2.8之間。物料礦物組成及含量見表1。

表1 試驗物料中主要礦物含量

試驗物料粒度分析結(jié)果見表2。由表2可知，試驗物料粒徑很細(xì)，-37μm的微粒占95%以上。

表2 試驗物料粒級分析結(jié)果

圖1 臥式離心機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖

3 試驗儀器和方法

3.1 試驗儀器

試驗設(shè)備為臥式螺旋離心機(jī)，是一種螺旋卸料沉降離心機(jī)。主要由高轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)鼓、與轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)向相同且轉(zhuǎn)速比轉(zhuǎn)鼓略低的帶空心轉(zhuǎn)軸的螺旋輸送器和差速器等部件組成。當(dāng)要分離的懸浮液由空心轉(zhuǎn)軸送入轉(zhuǎn)筒后，在高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用下，立即被甩入轉(zhuǎn)鼓腔內(nèi)，高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓產(chǎn)生強(qiáng)大的離心力把比液相密度大的固相顆粒甩貼在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上，形成固體層；水分由于密度較小，離心力小，只能在固環(huán)層內(nèi)側(cè)形成液體層，稱為液環(huán)層。由于螺旋和轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速不同，二者存在轉(zhuǎn)速差，利用螺旋和轉(zhuǎn)鼓的相對運動把固環(huán)層的污泥緩慢地推動到轉(zhuǎn)鼓的錐端，并經(jīng)過干燥區(qū)后，由轉(zhuǎn)鼓圓周分布的出口連續(xù)排出；液環(huán)層的液體則靠重力由堰口連續(xù)排至轉(zhuǎn)鼓外，形成分離液。

3.2 試驗性能指標(biāo)及分離效率計算方法

（1）分離效率E，也稱固相回收率，綜合反映了給礦中所含的固體顆粒被分離到排礦中去的程度。它的計算公式為[1]：

式中：C1—分離液中所帶走固體的重量百分濃度，%

C2—脫水后排礦中所含固相的重量百分濃度，%

Co—給礦中所含固體的重量百分濃度，%

（2）濾液濃度C1。濾液濃度越低，表明分離效果越好。

（3）固渣濃度C2。固渣濃度越高，說明沉渣越干，越利于干排。

3.3 操作參數(shù)及試驗方法

臥式離心機(jī)分離效果的好壞與機(jī)器本身的幾何參數(shù)和操作參數(shù)有關(guān)。臥式離心機(jī)的幾何參數(shù) 主要為轉(zhuǎn)鼓直徑D、轉(zhuǎn)鼓的形狀和長徑比。直徑D主要代表了機(jī)器的生產(chǎn)能力。對具體的一臺臥式離心機(jī)，幾何參數(shù)是確定的。因此，影響其分離效果的主要因素是該機(jī)的操作參數(shù)[1]。

操作參數(shù)主要包括離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速n，轉(zhuǎn)鼓與螺旋輸送器之間的差轉(zhuǎn)速△n，離心機(jī)的處理能力Q、給礦濃度Co等。

本次試驗，采用改變其中一個參數(shù)，固定其它參數(shù)進(jìn)行試驗研究，逐一確定最佳的微細(xì)粒尾礦離心機(jī)脫水試驗操作參數(shù)。

4 結(jié)果與討論

根據(jù)臥式離心機(jī)的結(jié)構(gòu)和操作參數(shù)，分別開展了轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速、差轉(zhuǎn)速、處理能力、給礦濃度等變量小型試驗研究，分析了各操作參數(shù)對微細(xì)粒尾礦分離效果的影響。

4.1 離心機(jī)轉(zhuǎn)速對固液分離的影響

轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速影響離心機(jī)的分離效果和單位時間的處理量。轉(zhuǎn)速越高，離心力越大，固體顆粒的沉降速度越快，離心機(jī)的分離因數(shù)越高，分離效果就越好。但轉(zhuǎn)速的大小與分離效果的好壞并不成比例，當(dāng)達(dá)到臨界后轉(zhuǎn)速再增大分離效果也無多大提高而動力消耗幾乎成比例增加，使運行大幅度提高，而且也會使設(shè)備震動增加。所以，試驗的開展要根據(jù)實際情況來調(diào)整轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速采用變頻器控制，改變變頻器的輸出頻率就可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的調(diào)整。

本試驗，使處理量Q=0.60~0.65t/h、給礦濃度Co=7.0~9.0%、差轉(zhuǎn)速△n=15r/min基本保持不變，通過改變轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速，得出試驗結(jié)果如圖2所示。

圖2 離心機(jī)不同轉(zhuǎn)速下與C2、C1、E的關(guān)系曲線

從圖2可知，當(dāng)轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速在2800~3200r/min時，隨著轉(zhuǎn)速的增加，固渣濃度、濾液濃度明顯上升，分離效率逐漸降低。當(dāng)轉(zhuǎn)速超過3200r/min后，固渣濃度、濾液濃度、分離效率都逐漸趨于平穩(wěn)，論證了離心機(jī)轉(zhuǎn)速越高，離心力越大，固體顆粒的沉降速度越快，當(dāng)達(dá)到臨界后轉(zhuǎn)速再增大分離效果也無多大提高的機(jī)理。由于離心機(jī)轉(zhuǎn)速的增加，功耗相應(yīng)增加，對設(shè)備的磨損也較快，在考慮分離效率的同時，也需要兼顧固渣濃度及經(jīng)濟(jì)效益，因此，離心機(jī)分離微細(xì)粒尾礦適宜的轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速確定為3000r/min。

4.2 離心機(jī)差轉(zhuǎn)速對固液分離的影響

離心機(jī)差轉(zhuǎn)速決定了螺旋推料器的排料速度，它的大小影響離心機(jī)的分離效果和處理能力。在進(jìn)料量恒定的情況下，差轉(zhuǎn)速增大，分離液在被排出離心機(jī)之前經(jīng)過路徑將增加，但由于螺旋排料的速度會加快，而減少了固相部分在離心機(jī)內(nèi)的停留時間，所以在獲得更好分離效果的同時降低了渣料的干度。如果差轉(zhuǎn)速過大，還會增加液環(huán)層的擾動程度，導(dǎo)致渣料重新返到液環(huán)層，不利于固液分離。

本試驗，使轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速n=3000r/min、處理量Q=0.60~0.65t/h、給礦濃度Co=7.0~9.0%基本保持不變，通過改變差轉(zhuǎn)速，得出試驗結(jié)果如圖3所示。

從圖3曲線可知，隨著差轉(zhuǎn)速的增加可以改善離心機(jī)的分離效果，但固相部分在離心機(jī)內(nèi)的停留時間減少，導(dǎo)致固渣濃度明顯下降，濾液濃度也有下降，二者呈線性關(guān)系，說明在獲得更好分離效果的同時降低了渣料的干度。由于沉渣含固率過低，會給輸送帶來困難。綜合考慮，確定離心機(jī)分離微細(xì)粒尾礦的差轉(zhuǎn)速選取15r/min比較合適。

圖3 不同差轉(zhuǎn)速下與C2、C1、E的關(guān)系曲線

4.3 離心機(jī)處理量對固液分離的影響

離心機(jī)的處理量是指能達(dá)到分離要求的最大的進(jìn)機(jī)流量。當(dāng)進(jìn)料流量過大時，離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的渣層增厚，沉渣層表面松散的微粒容易被沖刷帶矢而明顯降低分離效果[3]。因此，需要通過試驗來探索適合微細(xì)粒尾礦脫水的合適處理量。

在進(jìn)行本組試驗時，保持轉(zhuǎn)速n=3000r/min、差轉(zhuǎn)速△n=15r/min、給礦濃度Co=7.0~9.0%基本不變，通過改變處理量，來考察臥式離心機(jī)脫水效果，得出試驗結(jié)果如圖4所示。

圖4 處理量與C2、C1、E的關(guān)系曲線

從試驗曲線可以看出，隨著處理量的增加，濾液濃度上升較為明顯，固渣濃度、分離效率呈下降趨勢，當(dāng)處理量在0.50~0.70t/h時，固渣濃度降低緩慢、變化不大。當(dāng)處理量超過0.70t/h后，固渣濃度快速降低，而分離效率則一直呈現(xiàn)逐漸下降狀態(tài)。說明當(dāng)進(jìn)料量過大時，超過了離心機(jī)排渣口的出礦能力，導(dǎo)致部分固相顆粒從液相口排出，影響了離心機(jī)的分離效果。尤其是生產(chǎn)負(fù)荷的不斷提高，更加突顯，所以，要根據(jù)轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速和分離效果，適當(dāng)調(diào)整進(jìn)料量。如果條件允許，可以在離心機(jī)入口處增加一段透明管，以便觀察物料的流通情況。另外，如果進(jìn)料量突然改變，離心機(jī)入口壓力則會相應(yīng)變化，也就相當(dāng)于改變了差轉(zhuǎn)速，從而也會影響離心機(jī)的分離效果，所以還要盡量保持進(jìn)料過程的平穩(wěn)。

由試驗可知，臥式離心機(jī)分離微細(xì)粒尾礦的處理量控制在0.50~0.70t/h比較合適。

4.4 離心機(jī)給礦濃度對固液分離的影響

在離心機(jī)處理量保持不變的情況下，進(jìn)料濃度過低，礦漿量大，容易造成進(jìn)料口礦漿滿潑，影響現(xiàn)場環(huán)境；進(jìn)料濃度過高，礦漿量較小，操作參數(shù)不易控制。本試驗，使轉(zhuǎn)速n=3000r/min、差轉(zhuǎn)速△n=15r/min、處理量Q=0.60~0.65t/h基本保持不變，通過改變給礦濃度，來考察臥式離心機(jī)脫水效果，得出試驗結(jié)果如圖5所示。

圖5 給礦濃度與C2、C1、E的關(guān)系曲線

從試驗曲線可以看出，在保持給礦量基本穩(wěn)定的情況下，降低給礦濃度，固渣濃度基本保持不變，說明該離心機(jī)適應(yīng)性較強(qiáng)，可以在給礦濃度波動的情況下保持固渣濃度。但是，隨著給礦濃度的增加，濾液濃度略有上升。由于給礦濃度過低，導(dǎo)致礦漿量大，會對分離效果、處理量帶來不利影響，因此，確定離心機(jī)分離微細(xì)粒尾礦的給礦濃度控制在7.0~9.0%比較合適。

4.5 穩(wěn)定運行

采取變量試驗確定的最佳操作參數(shù)進(jìn)行穩(wěn)定運行試驗研究，根據(jù)試驗情況適當(dāng)添加絮凝劑進(jìn)行對比，得出試驗結(jié)果見表3。

表3 穩(wěn)定運行試驗結(jié)果

從表中數(shù)據(jù)可以看出，在最佳操作條件下可獲得固渣濃度68.55%、濾液濃度0.257%、分離效率97.23%的試驗指標(biāo)，均好于變量試驗過程中的各項指標(biāo)。在處理量為0.649t/h時，濾液濃度0.292%，回水水質(zhì)能夠滿足跳汰機(jī)生產(chǎn)用水需求；試驗中適當(dāng)添加絮凝劑，回水水質(zhì)明顯變好，在絮凝劑用量為40g/t時，可獲得固渣濃度65.54%、濾液濃度0.053%、分離效率99.43的試驗指標(biāo)，可為對回水水質(zhì)要求較高的選礦廠提供參考依據(jù)。

該臥式離心機(jī)不需要添加絮凝劑，處理量大，能耗低，磨損小，振動噪聲小，對微細(xì)粒尾礦進(jìn)行脫水，可以得到比較滿意的試驗結(jié)果，較其它微細(xì)粒脫水裝置有突出的優(yōu)點。

5 結(jié)語

（1）本試驗確定了臥式離心機(jī)處理微細(xì)粒尾礦適宜的技術(shù)操作條件，為實施尾渣干排提供了技術(shù)支撐。在添加一定數(shù)量絮凝劑時，回水水質(zhì)得到明顯改善，可滿足生產(chǎn)現(xiàn)場對回水水質(zhì)要求較高的選礦廠使用。

（2）試驗結(jié)果表明，臥式離心機(jī)對微細(xì)粒尾礦脫水具有良好的分離效果。在轉(zhuǎn)速n=3000r/min、差轉(zhuǎn)速△n=15r/min、處理量Q=0.60~0.65t/h、給礦濃度Co=8.0~8.5%的操作條件下，獲得排礦濃度68.55%、濾液濃度0.257%、分離效率97.23%的試驗指標(biāo)，回水水質(zhì)能夠滿足跳汰機(jī)生產(chǎn)用水需求。

（3）通過試驗發(fā)現(xiàn)給礦濃度對固渣濃度、分離效率的影響不明顯。由于給礦濃度過低或過高，會導(dǎo)致礦漿量波動大，對分離效果帶來不利影響，確定離心機(jī)分離微細(xì)粒尾礦的給礦濃度控制在7.0~9.0%為宜。