圖拉爾根銅鎳礦全尾砂高效濃密穩定放砂裝備應用研究

吳大瑋，鄧高嶺，鄭伯坤，李強

(1.哈密和鑫礦業有限公司，新疆 哈密市 839000;2.長沙礦山研究院有限責任公司，湖南 長沙 410012)

實現全尾砂高濃度充填的核心是全尾砂料漿濃密技術，如何將低濃度的全尾砂料漿濃密至滿足充填要求的高濃度料漿，一直是充填技術研究重要的領域。而技術的進步凝結于裝備的創新，本研究研發了一種全尾砂高效濃密穩定放砂砂倉，實現了全尾砂漿高效率濃密以及穩定放砂。

1 現有濃密技術及問題

現有全尾砂濃密技術主要有2 類，第1 類是利用機械脫水原理進行全尾砂濃密，主要采用板框壓濾機、隔膜壓濾機、廂式壓濾機、陶瓷過濾機等設備。第2 類是利用沉降脫水原理進行全尾砂濃密，主要采用濃密機、砂倉進行沉降脫水，若全尾砂利用率要求較高或溢流水要求較高則輔助添加絮凝劑，利用絮凝沉降，降低溢流水含固量。

機械脫水能耗大，制約了設備處理能力，造成機械脫水成本較高，初期投資較大。

傳統的濃密機進行全尾砂料漿濃密，通常存在設施占地較大、底流濃度偏低、裝備造價偏高、不添加絮凝劑時常出現溢流濃度偏高等問題。而傳統的砂倉進行全尾砂料漿濃密，通常存在溢流濃度偏高、砂倉放砂流量不穩定或濃度不穩定等問題。

2 新型砂倉的濃密技術及裝備研究

（1）采用溢流槽配合階梯排水閥，排出濃密過程的溢流水。該技術解決了由于壓縮區料位和溢流點的高度差較小時，料漿沉降的空間較小，不易濃縮至穩定狀態而隨著溢流排出砂倉的問題。技術實施過程：當壓縮區料位達到某一高度時，停止進料，進行自然沉降，再開啟階梯排水閥，排出壓縮區上部的一部分清水，完成砂倉內濃度的調整。溢流濃度得到有效控制，提高了尾砂利用率。

（2）采用較大面積的倉體上口，配合對角布置進料點和溢流點，溢流采用溢流槽取代傳統砂倉的溢流環道，綜合這3 項技術加長進料點和溢流點的距離，使得尾砂顆粒從進入砂倉到溢流排出砂倉的時間大大加長，從而使更多的顆粒沉降，進一步控制溢流濃度。該技術實施過程：尾砂輸送管出口布置于砂倉一邊或角落上，而溢流槽布置于對角緊貼砂倉壁或角落上，延長了進砂在砂倉內的停留時間和運行距離，有限控制了溢流濃度，提高了濃密效率。

（3）根據尾砂沉降性能、粒度分布、放砂濃度要求、充填能力要求等因素對溢流口、階梯閥、倉底的相對標高進行調整，以確保足夠的沉縮區高度，且較快速地達到足夠的沉縮區高度，而階梯閥的調節范圍正好可覆蓋放砂濃度要求。

（4）在進砂管出料口布置消能裝置，減小進砂管排放的砂漿對砂倉內料漿的沖擊，砂倉結構如圖1 所示，從而降低料漿對砂倉內顆粒自然沉降的擾動。

圖1 砂倉結構

3 新型砂倉造漿、放砂技術及裝備研究

3.1 改善噴嘴布置角度

噴嘴壓氣方向豎直向上和水平噴出交替布置，且每一排壓氣管負責一個方向的壓氣，大大降低噴嘴間壓氣短路的現象。所使用的噴嘴噴出方向專一，壓氣為頂部方向噴出。技術實施過程：相鄰兩排的噴嘴錯開布置，一排為豎直方向噴嘴，一排為水平方向噴嘴。豎直方向噴嘴將料漿一面區域內的顆粒往高處輸送，水平方向噴嘴推動豎直方向噴嘴作用區域死角處的料漿。

3.2 噴嘴研發

研發可靠性高的噴嘴，使噴嘴使用壽命大大加長，故障率大幅降低，從而保證在砂倉連續使用的情況下，倉底的噴嘴不會出現大面積失效的情況。本研究研發的新型防堵噴嘴，采用兩道防堵措施，且每道措施可靠性高，大大提高了噴嘴可靠性。新型防堵噴嘴的結構如圖2 所示，主要原理如下：

圖2 新型防堵噴嘴結構

第一道防堵實施：開啟壓氣時，壓氣進入內氣室，憑借壓力沖開割口墊片的割口，壓氣進入外氣室，再進入出氣孔，憑借壓力使緊裹著噴頭的彈性套管脹開，壓氣從彈性套管和噴頭的間隙噴出，此時由于壓氣穩定供給，尾砂漿不會從間隙進入噴嘴內部；關閉壓氣時，噴嘴內氣體壓力消失，脹開的彈性套管迅速恢復原狀，緊緊包住噴頭，使得砂漿與出氣孔隔離。

第二道防堵實施：尾砂充填時細顆粒不會進入噴嘴，堵塞噴嘴。當出現彈性套管恢復不及時，或彈性套管與噴頭存在細小縫隙，造成少量細砂進入出氣孔和外氣室時，割口墊片將阻止細砂進入內氣室避免堵塞壓氣管道，當壓氣重新開啟時，少量的細砂隨壓氣從外氣室排除，從而實現第二道防堵。

3.3 流量自動控制裝置的研發

研發流量自動控制箱，用于獨立控制放砂流量，同時監控流量異常波動現象。

本研究研發的流量自控控制箱，結構如圖3 所示。其主要原理如下：

圖3 流量自動控制箱

采用流量計監測流量，電動閥調整流量，控制器對流量計輸出的流量數據信號做智能運算分析并發出信號調整電動閥開合度，電動閥初始開度為某一值（可以是50%）。采用內徑小于80%放砂管內徑的電磁流量計、串聯管、電動閥，使充填輸送過程中電磁流量計、串聯管、電動閥處于滿管狀態，確保流量測量的準確性和電動閥調整的有效性。當流量波動超過所設定的合理值范圍時，控制器啟動聲光報警裝置，提示異常。

4 結論

圖拉爾根銅鎳礦全尾砂高效濃密穩定放砂裝備采用溢流槽配合階梯排水閥，進行濃密過程的溢流水排出。采用較大面積的倉體上口，配合對角布置進料點和溢流點，溢流采用溢流槽取代傳統砂倉的溢流環道。布置消能裝置，減小進砂管排放的砂漿對砂倉內料漿的沖擊。改善噴嘴布置角度，噴嘴壓氣方向豎直向上和水平噴出交替布置，且每一排壓氣管負責一個方向的壓氣，大大降低噴嘴間壓氣短路的現象。研發可靠性高的噴嘴，使噴嘴使用壽命大大加長，故障率大幅降低，從而保證在砂倉連續使用的情況下，倉底的噴嘴不會出現大面積失效的情況。研發流量自動控制箱，用于獨立控制放砂流量，同時監控流量異常波動現象。通過以上技術手段確保了全尾砂高效濃密與穩定放砂，該研究可為其他礦山全尾砂漿高效濃密和穩定放砂提供參考。