某磷精礦高效濃密機(jī)改造設(shè)計(jì)及應(yīng)用

邢友前

（江蘇新宏大集團(tuán)有限公司，江蘇 泰州 225721）

云南某公司浮選礦漿濃密裝置濃密機(jī)為?25m×8 m深錐型，設(shè)計(jì)浮選磷精礦漿處理量為140萬(wàn)t/a，進(jìn)料w（固）25%左右，于2012 年6 月投產(chǎn)，存在溢流水跑渾、壓耙等問(wèn)題，底流w（固）未達(dá)到設(shè)計(jì)值（61.5%）。雖然該公司自行改造了進(jìn)料系統(tǒng)［1］，濃密裝置處理量達(dá)到180 萬(wàn)t/a，底流w（固）約62%，但因該公司有提產(chǎn)需求，每年會(huì)出現(xiàn)2 ～3次因負(fù)荷過(guò)大、為提高底流固含量等操作導(dǎo)致溢流水跑渾、壓耙、停車清槽。

該公司期望在原驅(qū)動(dòng)裝置的基礎(chǔ)上加裝提耙裝置，盡可能消除沉槽故障，在不降低現(xiàn)有干礦處理量的基礎(chǔ)上提高底流固含量，并進(jìn)一步提高濃密機(jī)產(chǎn)能。

擬定解決思路：根據(jù)物料的實(shí)際需求，做沉降實(shí)驗(yàn)以確定物料最佳濃度，以及經(jīng)濟(jì)的絮凝劑添加量，探索底流固含量提高和處理能力提高的可能性，并根據(jù)現(xiàn)有濃密機(jī)槽體尺寸確定改造方案。

1 沉降實(shí)驗(yàn)過(guò)程及數(shù)據(jù)分析

磷精礦自然沉降濃密速率較慢，添加絮凝劑使微小粒子凝聚成絮團(tuán)，促使其沉降。絮凝沉降過(guò)程受物料濃度、懸浮液pH、絮凝劑種類和用量、攪拌時(shí)間、攪拌轉(zhuǎn)速以及溫度等因素的影響［2］。

根據(jù)該公司實(shí)際生產(chǎn)情況，濃密機(jī)設(shè)計(jì)處理礦漿有Ⅱ系列自磨礦漿（簡(jiǎn)稱礦漿1）、浮選礦漿（簡(jiǎn)稱礦漿2）以及兩者混合后礦漿。2 種混合礦漿（簡(jiǎn)稱礦漿3、礦漿4）m（礦漿1）∶m（礦漿2）分別為4∶6和5∶5。

在實(shí)驗(yàn)室里使用量筒及直徑110 mm N-GDⅡ試驗(yàn)機(jī)分別對(duì)上述礦漿進(jìn)行小型沉降實(shí)驗(yàn)。

1.1 靜態(tài)沉降實(shí)驗(yàn)

考慮到設(shè)計(jì)礦漿2處理量最大，以及其他礦漿對(duì)絮凝劑的適應(yīng)性，僅針對(duì)礦漿2進(jìn)行了絮凝劑的篩選實(shí)驗(yàn)，絮凝劑選用5種型號(hào)高分子聚丙烯酰胺（PAM）。取礦漿2 定量加入量筒，分別添加5 種型號(hào)絮凝劑，測(cè)定沉降速度，繪制出沉降速度與絮凝劑用量關(guān)系曲線，挑選出最合適的絮凝劑型號(hào)，確定每噸礦漿（干基）絮凝劑用量為25 ～30 g。

實(shí)踐證明磷精礦在w（固）10%以下進(jìn)料時(shí)，都能有較佳沉降速度。取礦漿2配制成w（固）1.5%、3.0%、4.0%、5.5%、7.0%、8.0%、10.0%的礦漿［3］，按每噸礦漿（干基）絮凝劑用量為30 g 添加，攪拌均勻后倒入量筒中靜置，測(cè)得平均沉降速度。繪制礦漿進(jìn)料濃度與沉降速度關(guān)系曲線，礦漿進(jìn)料w（固）在7.0%～8.5%時(shí)，沉降速度相對(duì)較快，處理能力高?？紤]一定的生產(chǎn)波動(dòng)性，推薦采用最佳進(jìn)料w（固）8%繼續(xù)實(shí)驗(yàn)［2］。

1.2 動(dòng)態(tài)沉降實(shí)驗(yàn)

配制w（固）8%的料漿按固定進(jìn)料量進(jìn)料，絮凝劑按30 g/t用量向N-GDⅡ試驗(yàn)機(jī)內(nèi)連續(xù)進(jìn)料，底流連續(xù)排放。整個(gè)實(shí)驗(yàn)在不同的泥層高度平衡運(yùn)行一段時(shí)間，取底流分析固含量變化，繪制底流固含量與濃縮時(shí)間關(guān)系曲線。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出，礦漿1至4在20 min后底流w（固）都能達(dá)到50%以上，120 min后底流w（固）都能達(dá)到65%以上。

1.3 小結(jié)

生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)料w（固）宜推薦在6%～8%，絮凝劑用量在25 ～30 g/t。濃密機(jī)礦漿底流w（固）有上升空間，合理值為65%～68%，據(jù)國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)，生產(chǎn)裝置上所能達(dá)到的底流固含量一般比實(shí)驗(yàn)值有較大的提高［4］。

2 濃密機(jī)各部件改造設(shè)計(jì)

濃密機(jī)由驅(qū)動(dòng)裝置、電控系統(tǒng)、進(jìn)料系統(tǒng)、耙機(jī)系統(tǒng)、槽體、支撐橋架、底流排放系統(tǒng)、溢流系統(tǒng)等組成?？紤]到此次改造需求，踏勘現(xiàn)場(chǎng)后，主要對(duì)以下部件進(jìn)行改造。

2.1 進(jìn)料系統(tǒng)

根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，原始進(jìn)料w（固）25%左右，需要稀釋到6%～8%。

重新設(shè)計(jì)進(jìn)料系統(tǒng)，包括進(jìn)料管、旋槳式稀釋泵、混合溜槽、中心加料井、高效絮凝劑添加管路等。新系統(tǒng)懸掛在支撐橋架下方，大部分浸在上清液中并露出液面。

濃密機(jī)礦漿通過(guò)2路進(jìn)料管進(jìn)入，每路進(jìn)料管后分叉又分別進(jìn)入2 個(gè)稀釋泵。進(jìn)料系統(tǒng)配有4 臺(tái)稀釋泵，裝機(jī)功率共計(jì)16 kW （4 kW×4）。稀釋泵直接吸取濃密機(jī)上清液得到所需的稀釋水，與從進(jìn)料管進(jìn)入的礦漿充分混合后，通過(guò)溜槽切線進(jìn)入中心加料井。通過(guò)變頻調(diào)速調(diào)節(jié)稀釋泵的轉(zhuǎn)速，就可以調(diào)節(jié)稀釋水加入量，也就調(diào)節(jié)了稀釋后進(jìn)中心加料井的礦漿濃度。稀釋過(guò)程中，混合溜槽是敞口結(jié)構(gòu)，同時(shí)有脫氣槽功能，故摒棄了原脫氣槽。

高效絮凝劑添加管路布置在橋架上，采用在溜槽、中心加料井等部位多點(diǎn)添加方式，使絮凝劑與稀釋后的礦漿充分混合，每個(gè)添加點(diǎn)均配有閥門，可以調(diào)節(jié)絮凝劑使用量。

2.2 驅(qū)動(dòng)裝置

實(shí)驗(yàn)確定的底流固含量更高，需要更大的輸出扭矩，原驅(qū)動(dòng)裝置輸出扭矩遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，且無(wú)提耙裝置，故原驅(qū)動(dòng)裝置已無(wú)改造價(jià)值。

重新設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)裝置輸出扭矩為1 500 kN ·m，配有4臺(tái)電機(jī)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)器，每個(gè)驅(qū)動(dòng)頭均配置電子式扭矩檢測(cè)裝置，電機(jī)功率共計(jì)30.0 kW （7.5 kW×4.0），提升機(jī)構(gòu)提升高度600 mm，配置電機(jī)功率為2.2 kW。此電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式具有比液壓驅(qū)動(dòng)裝置節(jié)省能耗（機(jī)械效率高）、維護(hù)方便的特點(diǎn)。該驅(qū)動(dòng)裝置能在線檢測(cè)運(yùn)行扭矩，創(chuàng)新性使用剪刀叉結(jié)構(gòu)，并且能在耙機(jī)提升和下降時(shí)驅(qū)動(dòng)繼續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，在此過(guò)程中無(wú)卡死可能，解決了同行業(yè)耙機(jī)提升或下降過(guò)程中無(wú)法檢測(cè)驅(qū)動(dòng)扭矩的缺陷，并消除主驅(qū)停轉(zhuǎn)后才能提升或下降耙機(jī)（卸荷提耙）帶來(lái)的生產(chǎn)弊端。

2.3 耙機(jī)系統(tǒng)

配置的新耙機(jī)系統(tǒng)，能適應(yīng)底流固含量提高后帶來(lái)的高負(fù)荷，快速將淤漿收集刮至中心小錐。新耙臂為2個(gè)長(zhǎng)臂結(jié)構(gòu)，主截面為方管形，方管下裝有刮板和刮齒，運(yùn)行時(shí)阻力低。

2.4 支撐橋架

為配合大扭矩負(fù)荷，原支撐橋架無(wú)法改造。新設(shè)計(jì)的橋架采用桁架式，橋架中心寬3 000 mm，高4 000 mm，使用熱軋H 型鋼作為主材，具有質(zhì)量輕、剛性、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。橋架上鋪有鋼格柵，在設(shè)備旁側(cè)均有平臺(tái)和護(hù)欄，有充足操作空間和檢修空間。頂部設(shè)置吊軌和可滑動(dòng)葫蘆，方便檢修驅(qū)動(dòng)裝置和減速機(jī)等。

2.5 增加底流剪切系統(tǒng)

在槽體底部錐位置開一管口，設(shè)置底流剪切回路，配置剪切泵、閥門、管道，通過(guò)剪切泵將礦漿打回濃密機(jī)槽內(nèi)，有效防止底流收集斗堵塞和管道堵塞。

2.6 改造后的濃密機(jī)結(jié)構(gòu)

圖1 改造后?25 m×8 m深錐型濃密機(jī)結(jié)構(gòu)

原有槽體、底流排放系統(tǒng)、溢流系統(tǒng)予以保留，為適應(yīng)新工況，用戶同步對(duì)底流相關(guān)輸送泵、閥、管道做了適應(yīng)性排查和改造、更新、添置等。

3 濃密機(jī)改造后應(yīng)用效果

改造前，2016 年濃密裝置處理礦漿189.52 萬(wàn)t（其中浮選礦漿116.25 萬(wàn)t，II 系列自磨礦漿73.27萬(wàn)t），濃密機(jī)底流礦漿w（固）（含算術(shù)平均值）低于62.7%，大部分在58%～60%。

3.1 運(yùn)行數(shù)據(jù)

改造后進(jìn)行運(yùn)行考核，運(yùn)行數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表1。

表1 改造后濃密機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)

考核時(shí)運(yùn)行112 h，濃密機(jī)單位時(shí)間產(chǎn)量平均為353.9 t/h，除第3天批次底流w（固）未達(dá)到66.5%外，其余成品礦漿w（固）均超過(guò)66.5%。第3天由于考核前浮選礦漿供應(yīng)不足，濃密機(jī)底流密度控制較低。濃密機(jī)扭矩平均占設(shè)計(jì)值的25.1%?？己酥芷趦?nèi)，濃密機(jī)底流密度波動(dòng)幅度與運(yùn)行扭矩波動(dòng)幅度相符。濃密機(jī)溢流水ρ（浮游物）低于200 mg/L。

統(tǒng)計(jì)考核周期內(nèi)絮凝劑消耗1 140 kg，每噸干基礦漿絮凝劑消耗量均低于30 g/t，明顯低于原正常生產(chǎn)的消耗量（40～50 g/t）［4］。

3.2 運(yùn)行效果

江蘇新宏大集團(tuán)有限公司對(duì)原?25 m×8 m深錐型濃密機(jī)進(jìn)行改造后，單位產(chǎn)能達(dá)到0.71 t/（m2·h），技術(shù)改造效果顯著。初期試驗(yàn)時(shí)，跟進(jìn)調(diào)節(jié)各控制參數(shù)，底流穩(wěn)定性進(jìn)一步提高。

濃密機(jī)運(yùn)行情況明顯好轉(zhuǎn)，消除了溢流澄清水跑渾現(xiàn)象，溢流澄清水可返回磨礦系統(tǒng)循環(huán)使用。濃密機(jī)處理能力由原一次改造后的干基礦180萬(wàn)t/a提高到280 萬(wàn)t/a，底流w（固）由60.0%提高到66.5%。在滿足上述2 個(gè)指標(biāo)的同時(shí)，濃密機(jī)扭矩相對(duì)平穩(wěn)。改造后運(yùn)行幾年來(lái)，未再出現(xiàn)過(guò)壓耙停機(jī)現(xiàn)象，生產(chǎn)能夠長(zhǎng)周期連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行。

如按萃取車間生產(chǎn)消耗磷礦石量為280萬(wàn)t/a，礦漿用水量減少2 800×6.5%kt/a=182 kt/a。每年可以減少帶進(jìn)反應(yīng)系統(tǒng)的工業(yè)用水量182 kt，具有重大環(huán)保意義。生產(chǎn)中后期如果需要濃縮磷酸，這些水需要蒸發(fā)去除，不考慮蒸發(fā)效率，改造后節(jié)省費(fèi)用為2 400 萬(wàn)～2 600 萬(wàn)元/a （此費(fèi)用還未計(jì)水輸送能耗），節(jié)能效果也十分顯著［5］。

受限于下游裝置負(fù)荷及浮選礦漿供應(yīng)的客觀因素，礦漿固含量過(guò)高會(huì)影響礦漿輸送，后面接收攪拌槽也需要改造，故濃密機(jī)底流固含量未繼續(xù)增加。

4 結(jié)語(yǔ)

改造后技術(shù)效果顯著，濃密機(jī)單位產(chǎn)能達(dá)到0.71 t/（m2·h），單槽?25 m×8 m深錐型濃密機(jī)處理能力可以滿足350 t/h （處理能力280萬(wàn)t/a）。濃密機(jī)運(yùn)行情況較改造前明顯好轉(zhuǎn)，消除了溢流澄清水跑渾現(xiàn)象，改造后使生產(chǎn)能夠長(zhǎng)周期連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行。濃密機(jī)溢流澄清水可循環(huán)使用，濃密機(jī)底流礦漿w（固）能提高到66.5%，大量減少帶進(jìn)后續(xù)反應(yīng)系統(tǒng)的工業(yè)用水量，給磷酸裝置水平衡創(chuàng)造了條件，節(jié)能效果顯著，同時(shí)取得很好的經(jīng)濟(jì)效益。

該改造有著引領(lǐng)示范的效果，研究成果的成功實(shí)施，為國(guó)內(nèi)普通濃密機(jī)及高效濃密機(jī)進(jìn)一步提高產(chǎn)能和底流固含量提供了技術(shù)基礎(chǔ)，具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。