隔膜泵在某礦山尾礦輸送工程中的應用

張樹茂 蘇星月 羅立超

摘要：長距離尾礦輸送是針對不宜就近建立尾礦庫的礦山提出的尾礦輸送解決方案。通過對礦山尾礦礦漿流量和輸送揚程的計算，對比分析了柱塞泵和隔膜泵2種尾礦輸送設備在投資、運行、維修等方面的成本，綜合考慮礦山服務年限，隔膜泵總費用優于柱塞泵，因此選用隔膜泵作為尾礦輸送設備。實際應用表明：隔膜泵在尾礦輸送中具有較好的社會效益和經濟效益，節約運行費用約30 %。

關鍵詞：隔膜泵;尾礦輸送;容積式泵;礦漿流量;輸送揚程

中圖分類號：TD926文章編號：1001-1277（2021）11-0057-03

文獻標志碼：Adoi：10.11792/hj20211111

引言

金屬非金屬礦山開采出的礦石，經過破碎和選別，將有價值的精礦選出后，剩下的大部分泥漿狀的廢渣稱為尾礦[1]。尾礦一般經濃密機濃縮后，以漿體的形式排出，采用管道輸送的方式排放至尾礦庫進行堆存。傳統的尾礦輸送大多采用離心式渣漿泵，但隨著尾礦庫的選址越來越嚴格，大多數尾礦庫和選礦廠之間的距離越來越遠，輸送揚程越來越高，而渣漿泵的揚程相對較低，無法滿足高揚程輸送的要求。目前，國內礦山高揚程尾礦輸送大多采用容積式泵，隔膜泵作為容積式泵的一種，主要由單向閥、主軸、隔膜和電動機4部分組成。隔膜裝在液力端，隔膜周圍緊固，密封性非常好，在液力端的上下兩端是單向閥，負責控制液體的流入、流出，中間部位是主軸，主要起到連接和驅動隔膜周期性凹凸變形的作用。隔膜泵具有運動部件與料漿隔開、易損件少、使用壽命長、連續運轉率高、檢修方便、維修費用低等特點，在一些長距離、高濃度和高揚程的礦漿輸送實踐中取得了成功[2-4]。

某礦山尾礦輸送工程輸送流量大、揚程高、服務年限長，為了提高輸送系統的穩定性，并減少運行維護費用，對該礦山尾礦礦漿流量和輸送揚程進行計算。根據計算結果和投資、運行、維修等方面的成本對尾礦輸送設備進行選型，采用隔膜泵進行尾礦輸送，并取得了較好的應用效果，給企業帶來了較好的社會效益和經濟效益。

1工程概況

某礦山位于中國西南地區，礦區面積22.06 km2，現有3個選礦廠，主要選礦工藝為浮選。該礦山是一個上部為氧化礦，下部為原生礦的低品位大型金礦，同時伴生有鐵、銀、銅、鉛、鋅等多種金屬，資源儲量豐富。經過多年的開采，上部氧化礦資源量逐年減少，氧化礦產量逐年降低，而原生礦產量逐漸增加。選礦廠礦石處理能力6 000 t/d，計劃服務年限為13 a，礦石經過破碎、半自磨、球磨后產生的尾礦經濃密機濃縮成濃度40 %的漿體，采用管道輸送到尾礦庫，輸送距離約5 km，尾礦粒度-0.074 mm占82.72 %，具體粒度分布見表1。

2設備選型及配置

2.1尾礦礦漿流量計算

尾礦礦漿流量[5-7]按式（1）進行計算：

Q=w1ρg+mρs186 400（1）

式中：Q為尾礦礦漿流量（m3/s）;w為尾礦固體量（t/d）;ρg為尾礦顆粒密度（t/m3）;m為水固比;ρs為水密度（t/m3）。

選礦廠產生尾礦固體量約4 747 t/d，濃度40 %，經計算，尾礦礦漿流量為357 m3/h，考慮產量10 %的波動，礦漿流量為321～392 m3/h。

2.2輸送揚程計算

輸送揚程[5]按式（2）計算：

h≥hmρ+lhk+hj+hn+hy（2）

式中：h為輸送礦漿所需的總揚程（m）;hm為提升礦漿的幾何高度（m）;ρ為礦漿固體密度（t/m3）;l為管道長度（m）;hk為管道沿程摩擦阻力損失（m）;hj為管道局部水頭損失（m）;hn為泵站內部水頭損失（m）;hy為終端剩余揚程（m）。

經計算，尾礦輸送所需揚程為320 m。

2.3設備選型

根據礦山的實際運行情況，考慮到尾礦產量較大，濃度較高，輸送距離較遠，目前市面上適用的泵型基本是容積式泵，主要有隔膜泵和柱塞泵2種。現對隔膜泵和柱塞泵2種泵型從投資、運行、維修等方面的成本進行對比，2種泵型的主要技術參數見表2，泵型總費用隨時間的變化見表3。

通過比選，隔膜泵前期設備投資較柱塞泵高，但后期運行費用較柱塞泵低。綜合考慮泵房、設備投資及后期運行維護等因素，經計算，前4年，柱塞泵方案總費用優于隔膜泵方案，第5年開始，隔膜泵方案總費用優于柱塞泵方案，并且運行時間越久，隔膜泵方案的優勢就越明顯。考慮到該礦山選礦廠的剩余服務年限較長，且隔膜泵日常運行穩定可靠，閥組、隔膜壽命長，維護快捷方便，本次尾礦輸送泵型選用隔膜泵。

2.4輸送泵房配置

通過對尾礦礦漿流量、輸送揚程的計算，并綜合考慮輸送距離，在該礦山的尾礦輸送工程中選用SGMB 400/4型隔膜泵（Q=400 m3/h，喂料壓力4 MPa）。由于容積式泵均需要一定的喂料壓力才能正常運轉，因此在隔膜泵前布置了渣漿泵作為喂料泵來提供喂料壓力。輸送泵房尺寸為30 m×18 m×15 m，泵房中主要布置2臺隔膜泵（1用1備）、2臺喂料泵（1用1備）、檢修吊車、電氣控制區域及檢修區域等，輸送泵房配置見圖1。

2.5輸送管線

輸送管線采用DN300 mm超高分子量聚乙烯復合管，在管道轉彎處，設置鎮墩和管箍，前后設置伸縮節。為避免管道尾礦發生沉積堵塞，V字形地段最低點附近設置排空閥、截斷閥和事故池，滿足事故工況下陡坡段騰空管路的需求，同時泵站附近外部水量應來源充分，以滿足事故工況下管路沖洗的需求。

2.6尾礦輸送系統安全保障設施

隔膜泵采用變頻控制的方式，可根據不同工況進行調整。要求變頻逐步啟動和關閉隔膜泵，盡量避免啟停泵水錘的產生。在隔膜泵出口的輸送管道上設置水錘吸納器，在產生水錘時有效保護設備與管道。在喂料泵前設置攪拌桶，其可在礦漿流量波動時，給隔膜泵提供穩定的喂料壓力。輸送管道采用DN300 mm超高分子量聚乙烯復合管，承壓能力不小于6.4 MPa。在輸送管道最低點事故池旁設置泄空閥門，在管道停止運行時，及時放空管道，避免尾礦淤積，同時設置安全泄壓閥，在超壓時釋放管道壓力。在輸送管道隆起部位設置自動吸、排氣閥，避免管道內產生負壓。尾礦輸送系統示意圖見圖2。

2.7應用效果

隔膜泵作為一種容積式泵，具有油耗低、壽命長、效率高和產能大等特點，作為管道運輸的核心動力裝置，在礦山、冶金、電站、石油和化工等行業得到了廣泛的應用，起到了不可代替的作用。隔膜泵運行時隔離了輸送介質，使輸送的物質不會外泄，密封性優良，工作效率85 %～90 %，年輸送尾礦量約200萬t，節約運行費用約30 %，且工作效率與排出壓力無關，節能效果顯著。此外，由于驅動介質與輸送介質之間設有隔膜，使輸送介質無泄漏，更為主要的是該泵輸送介質與驅動元件不接觸，磨損小;介質在泵腔內流速極低，磨損極小，特別適合輸送含固量≥65 %的各類高濃度漿體，且節水效果顯著。

3結語

中國金屬非金屬礦山尾礦輸送面臨輸送距離越來越遠、揚程越來越高的現狀，高濃度、高揚程輸送必然是未來的行業趨勢，因此容積式泵將被更加廣泛地應用。隔膜泵具有易損件少、使用壽命長、連續運轉率高、檢修方便、維修費用低等特點，并同時具備高壓力和可計量的優勢，在實際運行中給礦山企業帶來了非常可觀的經濟效益和社會效益，在今后尾礦輸送工程中的應用也會越來越廣泛。

[參 考 文 獻]

[1]周漢民.模袋法尾礦堆壩技術[M].北京：冶金工業出版社，2015.

[2]李松，高峰，戴海旭.淺論漿體輸送用容積式泵的特點及適用條件[J].有色設備，2015（1）：4-6.

[3]曹先佐.隔膜泵的操作要點及工藝改進研究[J].中國設備工程，2019（7）：146-148.

[4]郭明樂.隔膜泵在海洋油氣平臺中的應用[J].工程建設與設計，2020（7）：158-159.

[5]《尾礦設施設計參考資料》編寫組.尾礦設施設計參考資料[M].北京：冶金工業出版社，1980.

[6]費祥俊.漿體與粒裝物料輸送水力學[M].北京：清華大學出版社，1994.

[7]錢桂華，曹晰.漿體管道輸送設備使用選型手冊[M].北京：冶金工業出版社，1995.

Application of diaphragm pumps to tailings transportation in a mineZhang Shumao1，Su Xingyue1，Luo Lichao2

（1.BGRIMM Technology Group; 2.Erguna Chengcheng Mining Industry Co.，Ltd.）

Abstract：Longdistance transportation of tailings is a solution put forward to the mines where tailings ponds are not fit to be established nearby.The diaphragm pump is decided for tailings transportation because of lower cost than the piston pump.Based on the calculation of tailings slurry flow and transportation distance in a mine，the cost is decided because the total cost of diaphragm pump is lower than piston pump by comparing the costs concerning investment，operation and maintenance of the diaphragm pump and piston pump，and comprehensive consideration of mine service life.The application shows that the diaphragm pump has better social and economic benefits in tailings transportation and saves operation costs by 30 %.

Keywords：diaphragm pump;tailings transportation;positive displacement pump;ore slurry flow;transportation distance

收稿日期：2021-06-01; 修回日期：2021-09-22

基金項目：國家重點研發計劃項目（2018YFC1801703）

作者簡介：張樹茂（1987—），男，河北唐山人，高級工程師，從事礦山尾礦庫及尾礦輸送的研究設計工作;北京市豐臺區南四環西路188號，礦冶科技集團有限公司，100160;Email：zhshmer@163.com