斜管濃密箱在選礦廠尾礦濃密中的應(yīng)用

王 威，張超達(dá)，鐘森林

廣東省工業(yè)技術(shù)研究院，廣州粵有研礦物資源科技有限公司，廣東 廣州 510650

山西某礦的鐵礦物主要為褐鐵礦及少量赤鐵礦，選礦廠采用強(qiáng)磁工藝回收褐鐵礦.因礦石原料以泥礦和粉礦為主，且褐鐵礦在磨礦過程中極易泥化，導(dǎo)致尾礦中微細(xì)粒級礦物占比很高，較難處理.

從節(jié)能減排考慮，該選廠希望磁選尾礦水經(jīng)過處理后可作為循環(huán)水使用.針對尾礦中微細(xì)粒級礦物含量高的特點(diǎn)，該選廠擬采用斜管濃密箱和壓濾機(jī)對尾礦進(jìn)行處理.在尾礦礦漿濃度為13%的條件下，要求斜管濃密箱底流濃度達(dá)40%以上，溢流為清水.

FNXA型斜管濃密箱是廣州有色金屬研究院研制的高效尾礦濃密設(shè)備.該設(shè)備具有現(xiàn)場安裝簡單、施工周期短、操作簡單的特點(diǎn).

1 FNXA型斜管濃密箱結(jié)構(gòu)和工作原理

FNXA型斜管濃密箱是在淺層沉降理論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種高效濃縮分級設(shè)備.該設(shè)備的箱體內(nèi)裝有蜂窩斜管組，一方面可縮短礦漿中固體顆粒的沉降距離，縮短沉降時間;另一方面使沉降面積成倍增加，提高了設(shè)備單位占地面積處理量.

FNXA型斜管濃密箱由給礦器、蜂窩斜管組、溢流槽、錐斗、箱體、底流排漿閥和控制柜組成.其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示.該設(shè)備為分體結(jié)構(gòu)，螺栓連接.底流排放使用自動排漿系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)中央調(diào)控底流礦漿濃度.

圖1 FNXA型斜管濃密箱結(jié)構(gòu)示意圖

礦漿由給礦器進(jìn)入沉降濃縮區(qū)后，礦漿中粒徑較大的顆粒，由于其沉降末速較大，可克服水流的脈動力，經(jīng)沉降濃縮區(qū)懸浮過濾層過濾，很快沉淀進(jìn)入錐斗.未能克服水流脈動力而沉淀的粒徑較小的顆粒，隨著上升水流進(jìn)入斜管組.斜管組由六角型薄壁斜管組成，將水流分成許多小的沉淀單元.由于斜管濕周大，水力半徑小，因此每根斜管中的雷諾數(shù)很小(<200，雷諾數(shù)反應(yīng)了流動過程中水流慣性力與粘性力的比值)，處于層流狀態(tài)，顆粒在沉降過程中沒有紊流干擾，按層流水力沉降規(guī)律沉降.進(jìn)入斜管組的較細(xì)顆粒，在層流水力F和自身重力G的作用下(圖2)，移動到斜管壁上.澄清水向上流動，經(jīng)溢流槽排出.斜管壁上的較細(xì)顆粒積累到一定量，在重力的作用下，沿斜管壁下滑至錐斗，與較大顆粒一起由排漿閥排出，完成濃縮過程.控制柜通過控制排漿閥的通斷時間實(shí)現(xiàn)控制底流礦漿濃度.

也可根據(jù)分離粒度、處理能力設(shè)計的要求，將未能在斜管區(qū)沉降的微細(xì)顆粒隨著溢流排出，從而實(shí)現(xiàn)分級過程.

圖2較細(xì)顆粒的受力簡圖

Fig2Force diagram of smaller particle

2 尾礦濃密處理方案的選擇

2.1 尾礦沉降試驗(yàn)

該選廠尾礦的微細(xì)粒級礦物含量高，其粒度組成列于表1.由表1可知，-0.074 mm粒級含量為71.83%.

表1 尾礦粒度組成Table 1 Particles size of tailings

該選廠要求產(chǎn)生的尾礦水能循環(huán)使用，所以對回水質(zhì)量要求較高.為選擇合適的尾礦處理設(shè)備，對尾礦進(jìn)行沉降試驗(yàn).試驗(yàn)中為提高沉降速率，添加13號絮凝劑進(jìn)行沉降試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果列于表2.由表2可知，隨著絮凝劑用量增加，集合物沉降速率提高，上清液含固量降低.當(dāng)絮凝劑用量為3.5 g/m3和4.5 g/m3時，得到的上清液較清澈，可以滿足選礦廠尾礦水循環(huán)利用的要求.考慮到生產(chǎn)成本因素，決定添加絮凝劑用量為3.5 g/m3.

表2 絮凝劑用量試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Results of the flocculant dosage test

在絮凝劑用量為3.5 g/m3的條件下，進(jìn)行沉降時間與上清液含固量試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果列于表3.由表3可知，沉降時間增加，上清液含固量降低，上清液生成速率降低.當(dāng)沉降時間為15 min時，上清液含固量為79 mg/L，上清液生成速率為0.301 m/h.

表3 沉降時間試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Results of the tailings being settled test

2.2 斜管濃密箱的選型

FNXA系列斜管濃密箱是采用模塊化的設(shè)計理念，單機(jī)沉降面積固定.目前有兩種型號，F(xiàn)NXA-10型和FNXA-5型，沉降面積分別為120 m2和60 m2.可通過增減臺數(shù)，滿足生產(chǎn)需要.

該選廠尾礦礦漿量為190 m3/h，如果要使溢流含固量為79 mg/L，可通過公式(1)計算所需要的沉降面積：

(1)

式(1)中：A為需用的沉降面積，m2；Q為給礦礦漿量， m3/h；V為上清液生成速率，m/h.K1為礦漿量波動系數(shù)；K2為安全系數(shù).

式(1)中V選取13號絮凝劑溢流含固量為79 mg/L時的上清液生成速率0.301 m/h；K1選取1.1；K2選取1.1.按式(1)計算得A=763.8 m2，說明在此尾礦礦漿量條件下，所需沉降面積為763.8 m2.

如果選擇FNXA-10型斜管濃密箱作為尾礦濃密設(shè)備，則需選用8臺.因濃密箱底流礦漿量相對溢流量占比很小，其影響可忽略，故選型時可不計算.

3 實(shí)際應(yīng)用

8臺FNXA-10型斜管濃密箱于2013年8月安裝完工并投入生產(chǎn).經(jīng)過一個多月的運(yùn)行，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)良好，底流無堵塞現(xiàn)象.2013年10月20日，現(xiàn)場對設(shè)備進(jìn)行了測試，在連續(xù)生產(chǎn)的條件下，抽取2號和8號2臺濃密箱進(jìn)行測試，其結(jié)果列于表4.

由表4可知，F(xiàn)NXA-10型斜管濃密箱在連續(xù)生產(chǎn)中，溢流含固量為3.1%～3.6%，底流濃度為43.1%～46.3%，且單機(jī)處理量能達(dá)到24.3 m3/h，底流濃縮比可達(dá)3.62，符合該選礦廠的要求.

4 結(jié) 論

FNXA-10型斜管濃密箱對-0.074mm粒級含量為71.83%的尾礦進(jìn)行濃密處理時，其溢流含固量為3.1%～3.6%，底流濃度為43.1%～46.3%，底流濃縮比可達(dá)到3.62，達(dá)到了選礦廠的要求.同時，該設(shè)備應(yīng)用了自動排漿系統(tǒng)，能夠在處理微細(xì)粒礦漿時保證底流通暢，操作更簡單.這進(jìn)一步證明了FNXA-10型斜管濃密箱能夠高效處理微細(xì)粒含量高的尾礦，指標(biāo)良好.

表4 連續(xù)生產(chǎn)條件下測試結(jié)果Table 4 Results of application under different working conditions