氣動助流清倉技術在百花嶺鉬選礦廠中的應用

吳佑儉 吉萬健 劉 健 楊超峰

(1.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司;2.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室；3.華唯金屬礦產資源高效循環利用國家工程研究中心有限公司)

礦倉在各類金屬礦山選礦廠中應用廣泛，主要實現兩大功能：一是儲存一定量的礦料；二是按生產要求卸料，解決各生產設備礦料供需不均衡的矛盾，保證生產的連續和均衡，最大程度地提高設備運轉率，提高經濟效益。

礦倉內的礦料主要依靠自身重力和礦倉高差進行流動。百花嶺鉬選礦廠磨浮車間粉礦倉在實際生產過程中，由于礦料含水率、粒徑、黏性、礦倉結構、貯存時間等因素的影響，經常會出現各種礦料堵塞出料口的現象，影響礦倉的正常使用；嚴重時甚至不出料，造成后續工藝流程的中斷，影響生產的正常進行。

1 運行現狀

百花嶺鉬選礦廠磨浮車間粉礦倉用于儲存上道破碎—篩分工序的粉鉬礦，為一段球磨供礦。礦倉為上槽體下V槽椎體、現澆鋼筋混凝土框架結構，V槽斜面坡度55°；礦倉整體被10等分，呈一字排開，分別稱作1～10#倉，底部共設20個800 mm×800 mm的矩形放礦口，采用液壓平板閘門控制放礦，見圖1。

該粉礦倉在生產過程中經常出現不同程度的堵塞，主要原因有：

(1)百花嶺鉬選礦廠所處地區年平均降雨量849.9 mm[1]，露天開采的礦石含水率普遍較高，在水分子的極化作用下，礦石內摩擦力增大，流動性變差，固結起拱、棚料的幾率增大，容易造成粉礦倉出料時堵塞。

圖1 磨浮車間粉礦倉結構示意

(2)粉礦倉內礦石粒度P80=7.2 mm[2]，礦石粒徑小，比表面積大，增加了礦石間的摩擦面積和內摩擦力。

(3)礦倉放礦口尺寸偏小，礦石經常在此停滯，造成放礦口周邊堵塞。現場調查發現粉礦倉堵塞時礦石主要黏附在礦倉V槽斜面的周圍，難以下落，同時在放礦口上方部位經常會形成拱橋形棚料，見圖2。

圖2 粉礦倉堵塞情形示意

2 嘗試的解決措施

2.1 人工清理

人工清理通常是工人持錘類工具敲擊礦倉放礦口，產生振動讓礦石下落。此法可能會有短暫效果，但投入的勞動力過大、效率低且成本較高，長期敲擊易使礦倉變形，影響其強度。當堵塞嚴重時，還需人工進入倉內進行清理，工作危險性極大，安全事故頻發。

2.2 高壓水沖洗

有些礦料在礦倉內部固結嚴實，沖水管不能插入到倉壁。即使使用高壓水，也只能清理礦倉放礦口部位的部分黏結料，清理難度和勞動強度都很大。另外使用高壓水沖洗還會影響周圍環境衛生，不利于現場管理。

2.3 振動電機振動

振動電機一般安裝在礦倉外壁，通過高頻振動使礦料下落，常用振動頻率為700～6 000 Hz，振幅可達1.2 cm[3]，雖有一定效果，但很難將礦倉“死區”內的礦料振動下來，往往反而將某些區域的礦料振實，加重礦倉的堵塞。同時振動器的工作噪音大、穩定性差，安裝、使用均具有很大的局限性。

2.4 改造礦倉結構

考慮到放礦口尺寸偏小，曾設想擴大放礦口的尺寸，同時增大V槽斜面的坡度，然后在V槽斜面的礦倉內壁鋪設一層高分子襯板，以降低礦石與倉壁的摩擦，使礦料容易下落。由于土建施工難度大、改造成本高，施工過程影響礦倉的正常生產，該方案最終沒有實施。

3 氣動助流清倉系統

在以上措施均不能有效解決磨浮車間粉礦倉堵塞問題的情況下，應用氣動助流清倉技術進行粉礦倉堵塞問題的治理。

3.1 基本原理

通過聯合實施氣動助流法和放礦口機械助流法，其中以氣動助流為主、機械助流為輔，制定具體清倉方案。氣動助流法是將壓縮空氣壓入到粉礦倉V槽斜面的內壁表面上，使礦料與礦倉內壁表面間形成瞬時間隙，從而消除或減小礦料同倉內壁之間的摩擦力，從而使礦料沿著倉壁下滑，消除礦料黏壁；機械助流法是將特制的氣動清阻機的執行機構伸入到放礦口內部循環搗碎，防止放礦口積礦堵塞，破壞堆積在放礦口周邊礦石的內聚力，防止拱橋形棚料的形成。氣動助流清倉系統見圖3。

氣動助流清倉系統主要由空壓機、控制儲氣罐、工作儲氣罐、氣動球閥、氣動蝶閥、噴嘴、氣動清阻機、電氣控制系統組成。空壓機作為整個系統的動力源，用以產生壓縮空氣，額定壓力0.8 MPa。工作儲氣罐的氣流經管道輸送全部通過氣動清阻機、噴嘴噴射到礦倉內部；控制儲氣罐的壓縮空氣用于管路中各類電控氣動閥門的開啟，電控氣動閥門收到電信號后，也需要在壓縮空氣的作用下才能開關。氣動清阻機主要由氣缸和執行機構組成，通過氣缸的直線運動帶動執行機構在放礦口進行循環搗碎工作，每個放礦口安裝1個氣動清阻機，共20個。控制柜安裝在人工便于操作的位置，1個粉礦倉裝配1臺控制柜。當礦倉堵塞時，人工操控控制按鈕可達到清倉的目的。噴嘴安裝在礦倉V槽斜面內壁上，共布置4層，分在左、右兩面每一層安裝5個噴嘴，每一層都有1個單獨的氣動蝶閥控制該層管道的氣流通斷，噴嘴的噴射方向均沿礦倉內壁朝下。

圖3 氣動助流清倉系統組成

3.2 工作流程

空壓機開啟后，壓縮空氣受管路上的順序閥控制，首先給控制儲氣罐供氣，供氣壓力達到電控氣動閥門的開啟壓力(一般為0.5 MPa以上)后，助流氣路的氣流才能通過閥門到達噴射機構。當控制儲氣罐的壓力達到順序閥設定壓力后，空壓機會同時給助流儲氣罐和控制儲氣罐供氣，直至達到系統額定壓力；系統壓力高于0.5 MPa即可進行清倉操作，工人可通過操控控制柜來控制相關閥門的開啟，操控順序一般是由第一層開始，自下而上依次清理礦倉，每一層清理2～3 s即可完成。一次循壞完成后應以第一層清倉收尾，目的是避免清理下來的礦石過多的堆積在礦倉底部造成二次堵塞。氣動清阻機的動作也是自動進行，通過控制柜上的清阻旋鈕開關，給氣缸電磁閥發出信號后，氣缸即可往復進行直線運動，帶動執行機構進行循環搗碎工作。

3.3 主要設備選型

該系統空壓機選用普瑞阿斯BK45-8系列螺桿式空壓機，電機功率45 kW，額定壓力0.8 MPa，額定流量7.1 m3/min。該空壓機具有結構緊湊、穩定性好、運行可靠、振動噪音小、投資性價比高等優點，另外該機器還配置了人性化的操作界面，集電氣控制系統、運行信息顯示、狀態監測于一體，維護保養方便，且設備密封良好，能在揚塵較大的環境中穩定運行。

該氣動助流清倉系統儲氣罐分為兩種，即控制儲氣罐和工作儲氣罐。其中控制儲氣罐容量2 m3，額定壓力0.8 MPa。受安裝場地高度限制，工作儲氣罐采用4臺6 m3儲氣罐串聯，共24 m3。

電控氣動閥門通徑選用DN125，法蘭式連接，工作電壓DC24 V。

4 應用效果

氣動助流清倉系統自2013年8月投入使用以來，系統運行穩定、高效，優點主要體現在：①解決了礦倉黏壁、固結起拱堵塞問題，礦倉排礦速度增大，保證選礦生產流程暢通，提高選礦廠產能；②提高礦倉有效容積的利用率，實現了礦倉儲存的緩沖作用，減少了破碎設備的開車時間和球磨機的空轉時間，節約水、電消耗，經濟效益明顯；③系統安裝、施工均在礦倉外部進行，不影響礦倉的正常生產(圖4)；④消除人工清堵和破拱帶來的安全隱患，大大降低工人勞動強度；⑤改善勞動環境，不再出現之前注水清理到處流淌的泥漿水；⑥系統操控簡便、性能穩定，易損易耗件少，巡檢維護簡便。

氣動助流清倉系統安裝前后粉礦倉部分生產數據對比見表1。

圖4 氣動助流清倉系統安裝現場

安裝前后排空礦倉時間/h有效容積/%生產時間/(h/班)產量/(t/班)安裝前840^5048000安裝后2﹥90811000

由表1可以看出，氣動助流清倉系統安裝后，粉礦倉有效容積、生產率和產量都得到了明顯提高。

5 結 論

以氣動助流為主、機械助流為輔，在百花嶺鉬選礦廠磨浮車間粉礦倉中應用氣動助流清倉系統，避免了人工清理、高壓水沖洗、振動電機振動、改造礦倉結構等措施的不足，有效解決了粉礦倉黏壁、固結起拱堵塞的難題，消除了制約選礦生產的不利因素，減輕了工人的勞動強度，改善了勞動環境，同時為選礦廠創造了可觀的經濟效益，具有很高的產出投入比。

[1] 中國恩菲工程技術有限公司.金堆城鉬業股份有限公司選礦工藝升級改造工程設計書[R].北京：中國恩菲工程技術有限公司，2012.

[2] 劉迎春.金堆城百花嶺選礦廠重大技術進步回顧與展望[J].中國鉬業，2013，37(3)：20-23.

[3] 卜盛文.振動技術在細礦倉的應用[J].有色金屬：選礦部分，1998(3)：15-16.