水廠鐵礦尾礦高效濃縮輸送系統技術改造

劉志剛

(北京首鋼礦山建設工程有限責任公司)

水廠鐵礦是首鋼主要的原料生產基地，年精礦粉產量為350萬t，占礦業公司精礦粉產量的80%左右，水廠鐵礦生產的穩定和質量的達標，是保證股份公司爐料供應的關鍵，也直接影響著礦業公司的整體經濟效益。水廠鐵礦現運行新選廠和老選廠兩個系統，新選廠運行7個系列，尾礦干量886 t/h，濃度11.9%，采用直徑53 m濃密機4臺，分為2組，每組2臺濃密機串聯濃縮(2段濃縮)至25%；老選廠運行10個系列，尾礦干量559 t/h，濃度10.6%，采用直徑50 m濃密機4臺，分為2組，每組2臺濃密機串聯濃縮(2段濃縮)至25%；新老系統尾礦合并后通過四級泵站加壓，采用D720×25的普通焊管(單管運行)輸送至尾礦庫。為提高經濟效益，水廠鐵礦針對尾礦濃縮輸送系統存在的一系列問題進行了技術改造，改造后解決了現有問題，經濟效益顯著。

1 改造前尾礦濃縮輸送系統存在的問題

(1)溢流水水質差，平均懸浮物濃度為2%，超出尾礦設計規定中懸浮物小于0.03%的規定，循環使用影響選廠精礦產品質量[1-2]。通過采用高效濃密機，改善溢流水水質，以滿足選廠用水生產要求。

(2)底流濃度較低，2段濃縮平均濃度僅為25%，尾礦輸送成本較高。改造后尾礦濃度可達45%以上，降低了尾礦輸送成本，經濟效益增加[3]。

(3)尾礦輸送采用四級加壓泵站輸送，生產組織管理復雜，能耗、備品備件費和運行成本均較高。改造后采用一級泵站輸送，維護管理簡單，減少了運行成本。

(4)尾礦管道老化嚴重，跑冒滴漏、爆管現象時有發生，由于地方關系影響，尾礦管道經常帶病作業，直接阻礙生產組織工作正常進行。通過更換尾礦管道，可提高尾礦運行的安全性和可靠性，同時可凈化企業生產運營環境[4]。

(5)為了延長尾礦庫服務年限、減少尾礦輸送量、提高尾礦資源綜合利用率,礦山將陸續開展尾礦選建筑砂、尾礦選填海砂，最終實現尾礦干排以解決尾礦庫這一瓶頸問題，但尾礦濃度低將不能適應以上改造要求。

2 改造內容及效果

針對上述問題,北京首鋼礦山建設工程有限責任公司分別對尾礦進行了濃縮試驗和高濃度輸送運行參數測定。在此基礎上，對尾礦濃縮系統、高濃度輸送系統和三水系統進行了改造。

2.1 尾礦濃縮系統改造

2.1.1 濃密機改造

將新選廠兩臺直徑53 m普通周邊傳動濃密機、老選廠兩臺直徑50 m普通周邊傳動濃密機改造為液壓自動提耙中心傳動高效濃密機，與普通濃密機相比，高效濃密機特點突出，主要表現在：

(1)設置大直徑穩流筒，集加藥、完全混合及均勻布礦為一體，螺旋切線給料使尾礦與絮凝劑快速充分的混合，均勻布礦避免了普通濃密機大顆粒徑直沉淀在中心部分，小顆粒被拋射到周邊難于沉降的缺點。

(2)在給料端設有消氣裝置，可避免絮凝顆粒的浮選效應，防止濃密機表面形成密集泡沫層，穩定濃縮層，提高溢流水水質。

(3)泥耙整體自動液壓提升裝置使高效濃密機在超負荷時仍能保證設備的正常運轉和傳動機構的安全，提高了濃密機的抗沖擊負荷能力。

具體改造內容如下：

(1)混凝土池體利舊使用，對池壁進行加高處理，新選廠加高1.9 m，老選廠加高1.7 m，即提高了溢流口高度，增加了濃相區高度，又有利于底流濃度的提高。

(2)將中心柱鑿除至排礦位置，露鋼筋后重新澆筑鋼筋混凝土基礎和做鋼中心柱，在中心柱頂端設置直徑7 m圓柱型切線給料筒，筒下1.5～3.0 m處設置穩流板將尾礦均勻給入濃密機內，采用平流沉降技術，提高了沉淀效果和溢流水水質。

(3)增設絮凝劑制備及投加裝置，根據試驗數據，投加濃度為0.03%的陰離子聚丙烯酰胺，給礦濃度為11%的情況下，濃密機底流濃度可濃縮至45%以上，絮凝劑投加量為25 g/t。

2.1.2 底流泵站改造

新選廠尾礦濃縮至45%濃度時，尾礦量為1 411.39 m3/h，可利舊使用選廠150ZJ-65型渣漿泵(性能參數：Q=150～720 m3/h，H=17.4～65 m，P=155 kW，U=380 V)，2用2備，增設變頻器對水泵進行調速，以適應尾礦量變化。

老選廠尾礦濃縮至45%濃度時，尾礦量890.45 m3/h。需將原有115 kW的PNJ泵改為150ZJ-58A型渣漿泵(性能參數：Q=450～550 m3/h，H=49.3～44.9 m，P=132 kW，U=380 V)，2用2備，變頻調速運行，以適應尾礦量變化。

2.2 高濃度輸送系統改造

2.2.1 尾礦外線路由及管材確定

根據總尾礦量2 301 m3/h，考慮管材的耐磨性及水廠鐵礦現有管材使用情況，尾礦輸送管道采用襯膠鋼管，依據試驗數據選用D559×10+11襯膠鋼管，鋼管采用X60管線鋼，流速2.56 m/s，大于臨界流速2.28 m/s，滿足設計要求。重新確定管道路由，沿采區道路敷設至尾礦庫，不與地方發生關系，徹底解決了由于地方阻擾而無法開展檢修維護工作的難題。

2.2.2 隔膜泵站改造

總尾礦量2 301 m3/h，輸送高差146 m，輸送距離9 km，采用隔膜泵一級泵站輸送至尾礦庫。新設隔膜泵4臺，同時使用，隔膜泵性能參數：Q=630 m3/h，H=5.50 MPa，P=1 120 kW，10 kV。隔膜泵站利舊現有廠房，考慮1臺備用泵位置。

2.2.3 喂料泵站改造

利舊1#泵站作為喂料泵站，對現有4臺710 kW渣漿泵的葉輪和電機進行改造，改造后泵的性能參數為：Q=1 300～1 500 m3/h，H=48～46 m，P=315 kW，U=6 kV。

2.3 三水系統改造

新、老選廠改造后增加環水總流量2 568.89 m3/h,其中老選廠增加 993.78 m3/h，老選廠環水泵站現有9臺350S-44型環水泵(性能參數：Q=1 260 m3/h，H=44 m，P=220 kW，6 kV)。現運行4臺，改造后加開1臺環水泵即可，無需改造。新選廠增加環水1 575.11 m3/h，新選廠環水泵站現有11臺環水泵，其中350S-44型8臺(性能參數：Q=1 260 m3/h，H=44 m，P=220 kW，6 kV)、350S-44A型3臺(性能參數：Q=1 116 m3/h，H=37 m，P=180 kW，380 V)。現運行7臺(其中350S-44型6臺、350S-44A型1臺)，改造后加開現有1～2臺環水泵即可，無需改造。

由于尾礦輸送濃度提高，改造前回水量3 901.5 m3/h，改造后回水量1 589.5 m3/h，回水量減少2 312.0 m3/h。目前現有浮船回水泵3臺，型號350TSS-75T，流量1 260 m3/h ，揚程80 m，可根據實際情況調整回水泵的運行臺數，無需改造。

由于入尾礦庫水量減少，降低了尾礦庫水分蒸發和滲漏量，整個選廠清水補充量相應減少，通過調節清水泵的運行參數滿足生產需要。

尾礦濃縮至45%后，環水量增加、回水量減少，為了保證水量平衡，在生產使用時，需將主廠房內的環水、回水管道進行調配，通過閥門切換，在設備用水水質符合要求的情況下，用環水代替回水滿足選廠水量要求。

3 節能效益分析

水廠鐵礦尾礦高效濃縮輸送系統技術改造簡化了工藝流程，實現了尾礦高濃度輸送，確保了溢流水水質，改造完成后將取得顯著的經濟效益。

(1)降低了尾礦輸送電費。尾礦輸送濃度由25%提高至45%后，尾礦輸送量減少了2 567.55 m3/h，按0.52元/度計算，年節省電費1817萬元。

(2)減少了環水—回水系統輸送費用。改造后環水量增加2 568.89 m3/h，輸送揚程44 m，按0.52元/度計算，年增加電費168.82萬元。改造后回水量減少2 312 m3/h，輸送揚程80 m，按0.52元/度計算，年節省電費276.26萬元。環水—回水系統年節省輸送費用107.44萬元。

(3)減少了清水系統費用。改造后將減少尾礦庫水分的蒸發和滲漏量256.89 m3/h，該部分水量由清水系統補充，按水廠鐵礦清水單價2.7元/m3計算，年節省清水系統費用549.33萬元。

(4)增加了絮凝劑加藥費用。依據試驗加藥量為25 g/t，尾礦干量1 445 t/h，每年運行330 d，藥劑費按1.6萬元/t，每年增加藥劑費為286.11萬元。

因此，改造后水廠鐵礦每年產生的直接經濟效益為2 187.66萬元。

4 結 論

水廠鐵礦尾礦高效濃縮輸送系統技術改造完成后，年運行成本將大幅度降低，新老選廠濃密機運行臺數均由4臺減少為2臺，尾礦四級輸送泵站縮減為一級泵站輸送，普通輸送鋼管更換為耐磨襯膠鋼管，簡化了生產組織管理，提高了系統運行的安全性和穩定性。同時，尾礦輸送濃度的提高對以后的尾礦資源綜合利用，如：尾礦選建筑砂、填海砂創造了有利條件，為首鋼礦業公司創建高效、節能、環保的礦區生態環境做出了貢獻。