哈爾濱某礦深錐濃密機的應(yīng)用改造

陳 輝 王洪江 吳愛祥 王貽明

(1.北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083；2.金屬礦山高效開采與安全教育部重點實驗室，北京 100083)

哈爾濱某礦深錐濃密機的應(yīng)用改造

陳 輝1,2王洪江1,2吳愛祥1,2王貽明1,2

(1.北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083；2.金屬礦山高效開采與安全教育部重點實驗室，北京 100083)

以哈爾濱某銅鋅礦膏體充填系統(tǒng)調(diào)試為背景，指出調(diào)試過程中出現(xiàn)深錐濃密機澄清溢流水受給礦污染、底流濃度偏低以及壓耙等問題的原因，并介紹了針對這些問題進行給料井、絮凝劑投加點及底流循環(huán)管道等的改造情況。實踐證明：①合理選擇尾礦漿的稀釋方式，科學(xué)、恰當消減尾礦漿進入給料井的動能，有利于為礦漿與絮凝劑平穩(wěn)、充分混合營造理想的環(huán)境；②適當增加并合理布置絮凝劑投加點有利于改善絮凝效果，提高深錐濃密機的底流濃度；③科學(xué)、合理的濃密機底流循環(huán)管路設(shè)計有利于底流料漿的平穩(wěn)流動，減少耙架的運行阻力和壓耙事故的發(fā)生。

膏體充填 深錐濃密機 壓耙 絮凝

隨著礦產(chǎn)資源的日益枯竭以及人們對采礦安全、環(huán)境保護重視程度的提高，如何高效、安全、環(huán)保地開采礦石成為采礦工作人員面臨的一個重大問題[1]。膏體充填采礦法因具有礦石回收率高、安全程度高及經(jīng)濟環(huán)保等優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用。

膏體充填是將細顆粒含量較高的全尾砂濃密后制成不分層、不離析、不沉淀的膏體料漿，然后泵送至井下進行充填。因此，尾礦濃密脫水設(shè)備在膏體充填中占重要地位。

尾礦濃密是膏體充填工藝的首要環(huán)節(jié)，深錐濃密機適用于處理細顆粒物料，具有操作流程簡單、生產(chǎn)能力大、底流濃度高、溢流濁度小等優(yōu)點，因此應(yīng)用越來越普遍，成為尾礦濃密的核心設(shè)備[2]。

哈爾濱某地下銅鋅礦因礦區(qū)上部有省級公路及哈爾濱至牡丹江區(qū)段高速公路，為了防止礦體開采引發(fā)地表沉陷，影響公路正常運轉(zhuǎn)，采用了膏體充填采礦工藝。根據(jù)礦山開采技術(shù)條件及尾礦性質(zhì)，設(shè)計采用1臺直徑10 m、高14 m、底部錐角40°的深錐濃密機。在濃密機投入使用前先進行了調(diào)試，針對調(diào)試過程中出現(xiàn)的壓耙等問題進行了相應(yīng)的改造。

1 存在的問題

該礦膏體充填系統(tǒng)初次調(diào)試暴露出的主要問題集中于深錐濃密機，具體表現(xiàn)在以下幾方面。

(1)尾礦料漿從給料井稀釋口流至深錐濃密機上部溢流澄清層，造成澄清水復(fù)渾，影響濃密機溢流的循環(huán)利用。分析表明，造成該問題的主要原因有二：其一，從選廠泵送來的尾礦漿以一定的流速沿井內(nèi)壁切線進入給料井，這一切線速度足以使部分料漿越過井壁流出稀釋口；其二，來自選礦廠的尾礦濃度本來就不高(15%左右)，再加上進料口處的密度差稀釋作用使給料井內(nèi)的尾礦漿濃度進一步降低，進而造成給料井內(nèi)料漿的密度與其外部澄清層水的密度差和高差均不大，這就使給料井內(nèi)的料漿很容易地流到給料井外?？梢?，該濃密機的給料井結(jié)構(gòu)有待改進。

(2)現(xiàn)場調(diào)試期間測得的最高底流濃度僅為67.2%，未達到平均68%的設(shè)計濃度。底流濃度的高低跟絮凝劑與給礦料漿的混合效果密切相關(guān)，二者混合效果一方面取決于絮凝劑投加點的安裝位置和數(shù)量，另一方面取決于給料井內(nèi)部為絮凝劑與給礦料漿混合提供條件的結(jié)構(gòu)。

(3)現(xiàn)場調(diào)試期間，連續(xù)供礦18 h即發(fā)生了壓耙事故。這種壓耙事故發(fā)生在底流濃度未達到設(shè)計要求、耙架阻力尚未達到保護值的情況下。研究表明，造成這種現(xiàn)象的主要原因是濃密機底流循環(huán)管路設(shè)計不合理。

2 改造優(yōu)化

2.1 給料井改造

給料井是深錐濃密機的關(guān)鍵部件，尾礦漿的稀釋、尾礦漿與水和絮凝劑的充分混合均在此中完成，給料井底部的分配盤可使離開給料井的絮團定向分散，避免絮團直接沖擊深錐濃密機底部的泥層[5-7]，見圖1。

圖1 給料井的分配盤

為了高質(zhì)量地發(fā)揮上述作用，對給料井的稀釋口進行了改造，并添加了尾礦導(dǎo)流消能槽。

2.1.1 封堵稀釋口

目前，常用的稀釋方法有2種，即密度差稀釋法和速度差稀釋法。密度差稀釋法是在中心給料井的井壁上部開稀釋口，它利用了給料井內(nèi)礦漿的密度大于給料井外部清水的密度這一原理。由于給料井內(nèi)礦漿的密度大于外部清水，所以給料井外部的溢流水面高于給料井內(nèi)的礦漿面，在給料井井壁上開設(shè)稀釋口，深錐濃密機中的溢流澄清水就會因高差自動流入給料井中，達到稀釋礦漿的目的。速度差稀釋法是在給料井進料管處設(shè)喇叭狀結(jié)構(gòu)(見圖2)，由于給礦泵的作用，進入進料管的尾礦漿存在一定的速度，這樣就與濃密機的溢流水存在速度差，使得溢流水被吸入進料管，從而實現(xiàn)尾礦漿的稀釋。

圖2 速度差稀釋結(jié)構(gòu)示意

為達到理想的稀釋效果，現(xiàn)場濃密機同時具備2種稀釋功能，但實踐中卻出現(xiàn)了給料井稀釋口跑漿的問題，即進入到給料井的尾礦漿從稀釋口流入深錐濃密機上部的澄清層(見圖3)。溢流水不僅沒有起到稀釋尾礦漿的作用，反而被新給入的礦漿污染。根據(jù)室內(nèi)不同礦漿濃度的絮凝沉降對比試驗結(jié)果，給料濃度控制在10%～15%時絮凝沉降效果最好。因此，現(xiàn)場堵死了給料井井壁上的稀釋口，即僅保留速度差這一稀釋系統(tǒng)，見圖4。

圖3 給料井稀釋口跑漿

圖4 堵死的稀釋口

2.1.2 添加導(dǎo)流消能槽

調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，由于來自選廠的礦漿流速較大，導(dǎo)致礦漿在給料井中的流速過大，從而縮短了尾礦與絮凝劑的混合時間，導(dǎo)致絮凝結(jié)果不佳。為避免該現(xiàn)象的發(fā)生，在給料井內(nèi)壁上加設(shè)了導(dǎo)流消能槽。導(dǎo)流消能槽具有3方面作用：其一，導(dǎo)流作用，使礦漿沿著固定的通道流動，增加與絮凝劑的混合時間；其二，導(dǎo)流消能槽上安裝的豎直阻尼板(環(huán)板)具有阻滯礦漿流動、產(chǎn)生紊流效果，進而促進礦漿與絮凝劑的充分混合；其三，導(dǎo)流消能槽的導(dǎo)流作用可以防止已經(jīng)形成的絮團因相互碰撞而受到破壞。導(dǎo)流消能槽的原理示意圖見圖5。

圖5 導(dǎo)流消能槽的原理示意

2.2 絮凝劑投加點改造

深錐濃密機通過添加絮凝劑提高尾礦沉降速度、改善沉降效果。絮凝劑借助“架橋”原理，在內(nèi)聚力的作用下將尾礦細顆粒吸附在一起，形成顆粒較大的絮團，從而提高尾礦沉降速度，增大深錐濃密機的處理能力[3]。由此可見，絮凝沉降作用是深錐濃密技術(shù)的核心之一，而絮凝沉降作用效果的好壞很大程度上取決于絮凝劑與尾礦漿的混合效果[4]。對于絮凝劑投加裝置來說，其安裝位置和數(shù)量是影響絮凝劑與尾礦漿混合效果的重要因素?；谝陨显?，決定對絮凝劑投加點的安裝位置及數(shù)量進行改造，以使絮凝劑與尾礦漿充分混合。

改造前，絮凝劑的2個投加點均設(shè)在濃密機給料井的一側(cè)，不僅添加點數(shù)量較少，而且位置分布也不均勻，見圖6。

為了解決絮凝劑投加點的問題，對原投加系統(tǒng)進行了改造，即在原有2處投加點的基礎(chǔ)上，又加設(shè)了1根直徑為3 cm的“L”型管，且“L”型管上每隔20 cm開有絮凝劑溶液投加口，從而可以保證絮凝劑投加點在給料井中的均勻分布，見圖7。

圖6 改造前絮凝劑投加點的布置

圖7 改造后絮凝劑投加點的布置

2.3 底流循環(huán)管道改造

為了保持深錐濃密機底流料漿的流動性，防止因耙架運行阻力過大而引發(fā)壓耙事故，通常需要在深錐濃密機底部安裝底流循環(huán)管道，必要時打開可以活化底流料漿[8-9]?，F(xiàn)場深錐濃密機底部設(shè)有高位循環(huán)管道，但其中的一段約7 m的水平彎管(見圖8)增大了底流循環(huán)料漿的運行阻力，對活化底流有削弱作用。因此，將這段水平管道改造成了豎直管道，見圖9。

圖8 改造前的循環(huán)管道

圖9 改造后的循環(huán)管道

3 改造效果

改造后的深錐濃密機自運轉(zhuǎn)以來，運行狀況良好，再沒出現(xiàn)給礦污染溢流澄清水的問題，溢流水濁度滿足循環(huán)使用要求；濃密機底流濃度及其穩(wěn)定性顯著提高，最高達70%，平均達68%以上(見圖10)；在底流濃度提高的情況下再未發(fā)生過壓耙現(xiàn)象。因此表明，現(xiàn)場對深錐濃密機的改造是成功的。

圖10 濃度為69.9%的底流

4 結(jié) 論

(1)哈爾濱某鉛鋅礦的生產(chǎn)實踐表明，合理選擇尾礦漿的稀釋方式，科學(xué)、恰當消減尾礦漿進入給料井的動能，有利于為礦漿與絮凝劑平穩(wěn)、充分混合營造理想的環(huán)境。

(2)適當增加并合理布置絮凝劑投加點有利于改善絮凝效果，提高深錐濃密機的底流濃度。

(3)科學(xué)、合理的濃密機底流循環(huán)管路設(shè)計有利于底流料漿的平穩(wěn)流動，減少耙架的運行阻力和壓耙事故的發(fā)生。

(4)改造后的深錐濃密機運行狀況良好，沒有再出現(xiàn)給礦污染溢流澄清水、濃密機底流濃度不達設(shè)計要求以及壓耙等現(xiàn)象。

[1] 李公成，王洪江，吳愛祥，等.全尾砂戈壁集料膏體凝結(jié)性與流動性研究[J].金屬礦山，2013(9)：34-36. Li Gongcheng，Wang Hongjiang，Wu Aixiang，et al.Study on coagulability and fluidity of unclassified tailings paste with gobi aggregates[J].Metal Mine,2013(9):34-36.

[2] 劉曉輝，吳愛祥，王洪江，等.膏體充填尾礦濃密規(guī)律初探[J].金屬礦山，2009(9)：38-41. Liu Xiaohui，Wu Aixiang，Wang Hongjiang，et al.A primary discussion on the thickening law of paste-filling[J].Metal Mine,2009(9):38-41.

[3] 王 勇，王洪江，吳愛祥，等.細粒全尾礦絮凝沉降特性研究[J].黃金，2010(1)：48-51. Wang Yong，Wang Hongjiang，Wu Aixiang，et al.Research on flocculation sedimentation characteristics of fine unclassified-tailings[J].Gold,2010(1):48-51.

[4] 李 輝，王洪江，吳愛祥，等.基于尾砂沉降與流變特性的深錐濃密機壓耙分析[J].北京科技大學(xué)學(xué)報，2013(12)：1553-1558. Li Hui，Wang Hongjiang，Wu Aixiang，et al.Pressure rake analysis of deep cone thickeners based on tailings' settlement and rheological characteristics[J].Journal of University of Science and Technology Beijing,2013(12):1553-1558.

[5] 焦華喆，王洪江，吳愛祥，等.全尾砂絮凝沉降規(guī)律及其機理[J].北京科技大學(xué)學(xué)報，2010(6)：702-707. Jiao Huazhe，Wang Hongjiang，Wu Aixiang，et al.Rule and mechanism of flocculation sedimentation of unclassified tailings[J].Journal of University of Science and Technology Beijing,2010(6):702-707.

[6] 焦華喆，吳愛祥，王洪江，等.全尾砂絮凝沉降特性實驗研究[J].北京科技大學(xué)學(xué)報，2011(12)：1437-1441. Jiao Huazhe，Wu Aixiang，Wang Hongjiang，et al.Experiment study on the flocculation settlement characteristic of unclassified tailings[J].Journal of University of Science and Technology Beijing,2011(12):1437-1441.

[7] 楊保東，謝紀元，李 鵬.高效濃密機機理研究[J].有色金屬:選礦部分，2011(5)：38-41. Yang Baodong，Xie Jiyuan，Li Peng.Research on mechanism of high efficiency thickener[J].Nonferrous Metals:Mineral Processing Section,2011(5):38-41.

[8] 王占樓.選礦廠壓耙事故引起的思考[J].礦山機械，2007(10)：168-169. Wang Zhanlou.Thought caused by pressure rake accident in a mineral processing plant[J].Mining & Processing Equipment,2007(10):168-169.

[9] 郭躍久，姜 磊，于 勇，等.濃縮機壓耙事故及試驗的重要性[J].科技傳播，2014(3)：93-94. Guo Yuejiu，Jiang Lei，Yu Yong，et al.Pressure rake accident of thickeners and importance of experimentation[J].Public Communication of Science & Technology,2014(3):93-94.

(責任編輯 羅主平)

Application and Revamping of Deep Cone Thickener on a Mine in Harbin

Chen Hui1,2Wang Hongjiang1,2Wu Aixiang1,2Wang Yiming1,2

(1.SchoolofCivilandEnvironmentalEngineering，UniversityofScienceandTechnologyBeijing，Beijing100083，China;2.KeyLaboratoryofHigh-efficientMiningandSafetyofMetalMines，MinistryofEducation，Beijing100083，China)

Based on the debugging operation of paste backfill system in a copper-zinc mine in Harbin，reasons of clear water polluted by feeding slurry，low concentration underflow，and pressure rake during debugging operation were pointed out.Corresponding solutions including reformation of feedwell，flocculant dosing points and underflow circulating pipes etc.were introduced.It has been proved that：①It is beneficial for creating a suitable condition for stable and sufficient mixing of tailings and flocculant by choosing proper selection of the tailings dilution mode and decreasing the kinetic energy of slurry entering feedwell；②Increasing properly and arranging reasonably the flocculant dosing points can improve flocculation effect and underflow concentration of deep cone thickener；③Reasonable design of the underflow circulating pipes allows for smooth flow of underflow，reduce running resistance of rake and decrease the accident of pressure rake.

Paste backfill，Deep cone thickener，Pressure rake，F(xiàn)locculation

2015-03-22

國家自然科學(xué)基金項目(編號：51374034)，“十二五”國家科技支撐計劃項目(編號：2012BAB08B02)。

陳 輝(1989—)，男，碩士研究生。

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1001-1250(2015)-05-158-04