HRC60高壓濃密機在歪頭山鐵礦馬耳嶺選礦車間的應用

李紅文,程永維

(本鋼歪頭山鐵礦,遼寧本溪 117006)

·機械設備·

HRC60高壓濃密機在歪頭山鐵礦馬耳嶺選礦車間的應用

李紅文,程永維

(本鋼歪頭山鐵礦,遼寧本溪 117006)

文章闡述了歪頭山鐵礦馬耳嶺選礦車間根據尾礦性質,引進長沙礦冶研究院高壓濃密機技術,提高了底流排放濃度,降低了尾礦輸送環節各種消耗,滿足了生產需求,取得了顯著的經濟效益。

尾礦性質;高壓濃密機;底流濃度;絮凝劑

歪頭山鐵礦是集采礦、選礦、運輸為一體的大型綜合性礦山,是本鋼兩大主要原料基地之一,選礦車間1970年投產,現有10臺自磨機與9臺球磨機組成的9個磨選系統及3個再磨深選系統,全工藝流程為粗破碎—干選—自球磨磨礦—三段選別—細篩再磨深選單一磁選工藝流程,年產品位68.50%的鐵精礦170萬t左右。

目前隨著我國經濟的高速發展,對鋼鐵材料的需求日益增大。為彌補鐵精礦短缺,滿足馬耳嶺球團廠造球原料需求,本鋼集團公司于2008年在歪頭山鐵礦投資新建了馬耳嶺選礦車間,年產68.50%品位鐵精礦200萬t,尾礦處理技術成為制約該選礦車間生產能力的重要因素。而尾礦輸送成本在選礦生產成本中占很大的比重,采用高濃度輸送能取得很好的經濟效益。因此,采用新的濃縮技術是新建選礦車間的必然選擇。

1 國內外濃縮技術進展

濃縮是化工冶金礦業等連續物料流程作業的主要固液分離工序,濃密機是固液分離的主要設備。第一批濃密機于二十世紀初期建造,隨著資源的日趨貧化,選礦廠的處理量日益擴大。伴隨企業對環保的日益關注,濃密機技術取得了重要進展,眾多的科研院所進行了大量的應用研究,開發了多種型號的新型濃密機,主要可分為高壓濃密機和深錐濃密機。

我國大型選礦廠目前普遍采用的是50 m周邊傳動濃密機,這種濃密機用于處理尾礦時,一般底流濃度較低,國內大部分的50 m周邊傳動濃密機的底流濃度低于30%,少量的可接近于40%,但底流濃度很不穩定。例如歪頭山鐵礦選礦車間現有6臺30 m和2臺53 m濃密機,提鐵降硅新工藝運行以來,經常出現影響生產正常運行的現象,主要體現以下幾個方面:(1)濃縮機處理能力低,8臺濃密機年處理尾礦量320萬t,呈現出處理能力不足的現象;(2)濃縮溢流水水質惡化;(3)濃縮底流濃度低,只能達到22%左右,礦漿量增大,造成尾礦輸送泵站處理能力不足,出現泵站跑尾現象;(4)濃縮機故障率增高,耙齒、耙架曾出現嚴重變形現象。因此,選擇處理能力大、底流濃度高、節能降耗的新型濃密機成為馬耳嶺選礦車間濃密機選型的必然趨勢。

二十世紀九十年代以來,國外固液分離推陳出新,發展出一類新型濃密機——高壓濃密機,廣泛應用于礦山尾礦表面充填及井下充填、化工冶金的洗滌脫水,后引入礦物加工領域。長沙礦冶研究院從1986年開始研究濃縮及高壓濃密機,目前最大的淺錐型高壓濃密機直徑60 m,是我國首個極重型的最大規格的濃密機。

2 尾礦試驗研究

2.1 尾礦粒度分析

物料的篩分分析列于表1。從表1篩析結果可知,尾礦中粗粒含量較低,-37μm細粒含量較高,但細粒屬次生礦泥,原生礦泥含量低,所以-10μm粒級含量比較低。

表1 尾礦的篩分分析

2.2 尾礦礦物組成

尾礦主要由陽起石、石英、赤鐵礦、黃鐵礦組成,其中陽起石占75%,石英約占10%,另外還有少量角閃石,尾礦密度為2.6 t/m3。

2.3 沉降試驗

對不同濃度尾礦漿進行了自然沉降和絮凝劑沉降試驗,試驗結果分別見圖1、圖2和圖3。試驗沉降初始濃度為4%,不加藥自然沉降時,礦漿中粗細粒離析快,粗粒很快沉降,但細粒漂浮時間長,濃密機處理量低,根據計算,當要求濃密機溢流水含固量達到外排水標準時,其處理量僅為15 kg/m2·h。絮凝沉淀結果分別見圖4、圖5和圖6。加藥后礦漿中的粗細粒絮凝在一起,粗粒成為細粒的載體,成為典型的受阻沉降,沉降速度大大加快,但絮凝體極不穩定,易破裂,濃密機中如給料流速度控制不好,則絮凝體破裂,使濃密機的溢流水質變差,為使濃密機得到好的水質,必須嚴格控制濃密機的給料流紊動速度。

圖1 自然沉降的沉降曲線

圖2 自然沉降不同沉降時間壓縮層礦漿濃度

圖3 自然沉降不同沉降時間澄清水含固量

圖4 絮凝沉降的沉降曲線

圖5 絮凝沉降不同沉降時間壓縮層礦漿濃度

圖6 絮凝沉降不同沉降時間澄清水含固量

3 濃密機的選型

3.1 濃密機的選型依據

1.沉降速度。根據礦漿的沉降速度選擇濃密機的面積。歪頭山鐵礦尾礦濃度極低,尾礦漿中粗細粒級易離析,影響濃密機的處理量和溢流水質,因此以加少量藥劑為宜。

2.濃密機溢流含固量。要求含固量低時,要按溢流含固量要求對按沉降速度選擇的濃密機面積進行校驗。

3.濃密機的給礦體積量。濃度低時,給礦體積量大,濃密機內礦砂紊動擴散激烈,導致細粒級漂浮,或絮凝體破壞,影響溢流水質,應考慮濃密機的池體形式及給料方式,穩定濃密機內流場。

4.濃密機的傳動扭矩。在濃密機的沉降面積滿足處理能力要求后還要考慮濃密機的傳動扭矩,當要求的底流濃度高,物料粒度粗時,應采用重負載或極重負載濃密機,濃密機的扭矩相應要增大,國外濃密機的設計與國內不同,現在基本上不是通用設計,不適用一個固定型號去滿足不同的應用要求,而是模塊化的設計,根據沉降速度選擇濃密機的面積,然后根據濃密機的負載配用相應的輕負載、重負載和極重負載的驅動系統,最后組成1臺完整的濃密機。

3.2 濃密機選型方案

高壓濃密機的選型應通過試驗確定,高濁度水給水設計規范,當水中固體密度為2.65～2.85 t/m3,水中固體濃度為2%～10%時,設計應采用Φ50～100 m濃縮池進行混凝沉淀時,表面水力負荷為0.4～0.5 m3/m2·h,出水懸浮物含量為100～500 mg/L,底流濃度可達30%～40%。

根據馬耳嶺選礦車間尾礦礦漿濃度低,底流濃度設計要求達到40%～45%、溢流水質懸浮物含量要求滿足≤70 mg/L等條件,濃密機設計選型選擇兩個方案。

3.2.1 高壓濃密機選型方案1

近年新建的冶金礦山選礦廠尾礦濃縮,一般均采用高效濃縮機,高效(高壓)濃密機是借助于投加絮凝劑,使漿體中粒聚凝成團,以提高沉降速度,達到高效的目的。

根據國內近年來尾礦濃縮實例:如鞍鋼胡家廟選廠、太鋼尖山鐵礦選礦廠、鞍鋼調軍臺選礦廠等尾礦濃縮,采用的形式為濃縮池配置機械加速澄清池,兩段尾礦濃縮澄清方式,按照上述選礦廠尾礦濃縮方式,馬耳嶺選礦車間濃縮設計:按鞍鋼胡家廟選廠標準,需要選擇2臺Φ100 m高壓濃密機;按太鋼尖山鐵礦選廠標準,需要2臺Φ80 m高壓濃密機;按高濁度水設計規范,需要2臺Φ70 m高壓濃密機。由于受廠址地形、占地面積的限制,只能布置2臺Φ70 m高壓濃密機,其表面水力負荷為0.485 m3/m2·h。

3.2.2 高壓濃密機選型方案2

HRC型高壓濃密機是長沙礦冶研究院專有技術,經計算馬耳嶺選礦車間尾礦濃縮,應選用HRC60型2臺,采用一段尾礦濃縮澄清方式,取消方案1中的2臺Φ29 m澄清池,為滿足溢流水質懸浮物含量≤70 mg/L的設計要求,需在Φ60 m濃密機中添加絮凝劑,用量約為15 g/t干礦。

3.2.3 高壓濃密機選型方案比較

方案1為國內冶金礦山選礦廠近幾年常選用的尾礦濃縮方案,技術成熟,工藝運行可靠。

方案2 HRC型高壓濃密機系列是新型的尾礦濃縮設備,目前HRC系列的Φ25 m規格的高壓濃密機已在多家生產實踐中得到證實,運行效果良好,技術指標穩定。

從占地面積、總圖布置、處理能力、底流濃度、運行成本、建設投資等多方面進行比較,對馬耳嶺選礦車間尾礦粒度組成、沉降速度、濃密機的驅動扭矩等綜合試驗及濃密機的應用情況,確定選用2臺Φ60 m重型HRC型濃密機。

該高壓濃密機的工藝設計指標為:處理量200 t/h (干礦量);給礦體積量4 042 m3/t;底流重量濃度45%;底流體積量321.36 m3/t。不加藥時的溢流含固量2 000 mg/L。添加藥劑用量約為20～25 g/t干礦,可確保溢流含固量可小于70 mg/L。

4 高壓濃密機應用效果

4.1 生產工藝過程

馬耳嶺選礦車間的全部尾礦經溜槽流至濃密機的給礦分配池,然后經給礦管沿給礦橋架自流至濃密機中心分散井,絮凝劑在泵站調制好后,通過軟管泵送至濃密機中心和礦漿混合,沉降到濃密機底部的礦砂在耙子的作用下集中到濃密機中心排出進入底流渣漿泵,由底流渣漿泵送至總砂泵站,而濃密機的溢流經管道自流至環水泵站。

4.2 設備組成及其特點

HRC60高壓濃密機由混凝土池體、中心盤、耙子系統、傳動架、給礦系統、傳動機構和驅動電機等組成。該濃密機系長沙礦冶研究院開發的重載高壓濃密機,該設備以我國目前大量應用的周邊傳動技術為基礎,集成最新的礦漿絮凝反應動力學研究成果,具有驅動扭矩大、處理量大、底流濃度高、系統簡單、設備成本低等特點,專用于處理粒度較粗的物料,同時要求底流濃度較高但不是太高,底流仍為漿體的應用領域,用于處理馬耳嶺選礦車間尾礦,底流濃度可以達到45%以上,可以實現高濃度輸送。

4.3 應用實踐效果

馬耳嶺選礦車間自2010年7月30日投產以來,2臺高壓濃密機運行穩定可靠,技術指標先進,底流濃度高達48.75%,溢流水質清澈,經檢測,溢流含固量僅為30 mg/L,遠超設計能力,極大地降低了尾礦輸送環節的各種消耗,完全能夠滿足生產需求。

5 結 語

1.HRC高壓濃密機總體上吸收了國際上最新的濃密機技術,并考慮了我國濃密機處理物料的特點,融入了長沙礦冶研究院在高壓濃密機研究上的專有技術,目標是干礦處理能力大,底流濃度高,可以達到50%～55%,對于粗粒度的物料或鐵精礦底流濃度可達60%以上。

2.HRC高壓濃密機池體較深,深的池體使濃密機中心部位的流體紊動降低,同時提高了壓縮床層的壓力,可提高壓縮層的濃度,細粒的擴散也得到抑制,可改善溢流水質。

3.HRC高壓濃密機池體坡度大,大的池體坡度和濃密機的攪拌機構結合對壓縮床層產生非平衡的加壓作用,可快速得到很高的底流濃度。

4.HRC高壓濃密機帶有水下軸承,防止耙子載荷大時偏轉。

5.HRC高壓濃密機處理量大,底流濃度高,占地面積小。

[1] 魏德州.固體物料分選學(第二版)[M].北京:冶金工業出版社,2009.235-238.

[2] 印萬忠,丁亞卓.鐵礦選礦新技術與設備[M].北京:冶金工業,2008.165-183.

HRC60 High-pressure Thickener’s Application in the Waitoushan Iron Mine Maerling Processing Workshop

LI Hong-wen,CHENGYong-wei
(Waitoushan Iron Mine.Mining Co.of Ben Steel,Benxi117006,China)

This paper describes Waitoushan Iron ore Maerling dressing plant.According to the nature of the tailings,it has introduced the high-pressure thickener technology from Changsha mining and metallurgy research institute to improve the bottom discharge concentration,reduce the consumption of various tailings transport links, and meet the production needs,which has made significant economic benefits.

tailings properties;high-pressure thigkener;underflow concentration;flocculant

TD463

A

1003-5540(2011)02-0057-04

李紅文(1966-),男,高級工程師,主要從事金屬礦山技術管理工作。

2011-02-26