孫崇萍

(攀鋼集團(tuán)礦業(yè)公司)

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白馬選礦廠提高尾礦輸送濃度研究與實(shí)踐

孫崇萍

(攀鋼集團(tuán)礦業(yè)公司)

摘要白馬選礦廠針對尾礦輸送系統(tǒng)低濃度輸送、電機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行、燒電機(jī)現(xiàn)象時有發(fā)生的情況，通過調(diào)整葉輪尺寸，降低尾礦輸送流量，提高尾礦輸送濃度，解決了尾礦輸送系統(tǒng)超負(fù)荷運(yùn)行的問題。通過設(shè)計計算，總加壓泵配置葉輪直徑為703 mm、二加壓泵配置葉輪直徑為690 mm的葉輪替代原有760 mm的葉輪，聯(lián)動調(diào)試尾礦濃縮池，滿足了生產(chǎn)需求，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞尾礦輸送高濃度葉輪尺寸

攀鋼集團(tuán)礦業(yè)公司白馬選礦廠一期設(shè)計年處理釩鈦磁鐵礦650萬t，生產(chǎn)鐵精礦233.48萬t；二期設(shè)計年處理釩鈦磁鐵礦900萬t，生產(chǎn)鐵精礦279.13萬t。一期工藝破碎篩分為3段1閉路，即粗、中碎為開路，細(xì)碎為閉路；磨選系統(tǒng)為2段閉路磨礦的階磨階選流程。二期工藝為1段破碎、2段磨礦、階磨階選的半自磨流程。二期尾礦輸送系統(tǒng)與一期尾礦輸送系統(tǒng)在4#、5#尾礦濃縮池后合并為一個輸送系統(tǒng)。2011年10月二期尾礦輸送系統(tǒng)正式投入運(yùn)行。由于尾礦輸送系統(tǒng)低濃度輸送，電機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行，燒電機(jī)現(xiàn)象時有發(fā)生，其中2013年共燒電機(jī)15臺，嚴(yán)重影響了現(xiàn)場生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行。為了保證尾礦輸送系統(tǒng)正常運(yùn)行、降低水電消耗、節(jié)約成本，白馬選礦廠開展了提高尾礦輸送濃度的研究與實(shí)踐，并獲得了較好的效果。

1尾礦性質(zhì)及粒度組成

1.1尾礦基本特性

經(jīng)試驗(yàn)室測試，總尾礦固體密度為2.9 t/m3、全鐵品位為11.60%、磁性鐵為0.55%；對總尾礦做磁選管試驗(yàn)，鐵精礦產(chǎn)率為0.7%、回收率為2.75%、精礦品位為45.65%；總尾礦中的金屬流失量少。

1.2尾礦粒級組成[1]

取不同時期的總尾礦進(jìn)行全粒級篩分，篩分結(jié)果見表1。

表1　不同時期總尾礦全粒級篩分結(jié)果

由表1可知，目前的尾礦粒級較2009年、2010年的尾礦粒級細(xì)，尾礦粒徑為3～0 mm；2013年尾礦-0.074 mm粒級含量占54%，基本達(dá)到了設(shè)計指標(biāo)的55%～60%。

2輸送系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)

白馬選礦廠二期尾礦輸送系統(tǒng)與一期尾礦輸送系統(tǒng)在4#、5#尾礦濃縮池后合并為一個輸送系統(tǒng)。一期尾礦固體量為525.91 t/h、濃度為50%、礦漿量為704.79 m3/h；二期尾礦固體量為831.26 t/h、濃度為50%、礦漿量為1 114.00 m3/h；共計尾礦固體量為1 357.17 t/h、礦漿量為1 818.79 m3/h，漿體密度為1.49 t/m3。

白馬礦的尾礦密度為2.9 t/m3、濃度為50%、尾礦細(xì)度-0.074 mm約占55%～60%，白馬礦尾礦輸送管徑為DN500 mm、v=2.6 m/s、im=2.68%。

尾礦總加壓泵站標(biāo)高為1 455 m，泵站內(nèi)設(shè)300ZGB型渣漿泵4臺(2臺串聯(lián)工作、2臺備用)，單泵性能為Q=1 820 m3/h、H=85 m、n=980 r/min、葉輪直徑為760 mm，配YKK560-6電動機(jī),N=900 kW、I=105 A、n=992 r/min、η=87%、v= 6 000 v。管道為d530 mm×8鋼橡復(fù)合管，1用1備輸送礦漿至尾礦二加壓泵站，輸送管道長753 m。

尾礦二加壓泵站標(biāo)高為1 555 m，泵站內(nèi)設(shè)300ZGB 型渣漿泵2臺(1用1備)，泵的性能參數(shù)同尾礦總加壓泵。管道為d530 mm×8鋼橡復(fù)合管，1用1備輸送礦漿至尾礦壩，輸送管道長1 948.86 m。

3改造前運(yùn)行狀況及存在的問題

二期尾礦濃縮及輸送系統(tǒng)自2011年投入運(yùn)行以來，系統(tǒng)基本平穩(wěn)。但由于采用低濃度輸送方式，現(xiàn)場存在輸送泵電機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行、燒電機(jī)等現(xiàn)象時有發(fā)生，其中2013年共燒電機(jī)15臺，嚴(yán)重影響了現(xiàn)場生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行。問題主要表現(xiàn)為：

(1)電機(jī)發(fā)熱，電機(jī)電流在120～130 A，超過額定電流105 A。

(2)在正常生產(chǎn)情況下，實(shí)測的尾礦濃度為36%～40%，未達(dá)到設(shè)計濃度的50%。

(3)在正常生產(chǎn)情況下，實(shí)測的尾礦流量為 2 400 m3/h左右，超過設(shè)計指標(biāo)的1 820 m3/h。

低濃度輸送尾礦必定消耗大量環(huán)水且電單耗高，為了保證尾礦輸送系統(tǒng)正常運(yùn)行、降低水電消耗、節(jié)約成本，進(jìn)行尾礦輸送系統(tǒng)改造、提高輸送濃度勢在必行。

4優(yōu)化與改造方案

4.1尾礦濃縮

尾礦高濃度輸送，濃縮是前提，底流礦漿濃度是關(guān)鍵，絮凝沉淀濃縮方式是手段。白馬選礦廠選用的濃縮池為道爾公司生產(chǎn)的2臺MX2000S-2型53 m 直徑濃密機(jī)及絮凝劑制備系統(tǒng)。設(shè)計處理鐵尾礦固體量為830 t/(h·臺)，尾礦粒徑為3～0 mm，固體密度為2.94 t/m3，排礦質(zhì)量濃度為50%，水質(zhì)中的懸浮物含量≤200 mg/L。實(shí)際尾礦量 <1 660 t/h。因此，2臺濃縮池具備尾礦濃縮能力，不需改造，可將底流濃度提高到50%左右。

4.2尾礦高濃度輸送系統(tǒng)

4.2.1尾礦高濃度輸送系統(tǒng)配置

白馬選礦廠采用的是“濃縮池—砂泵站(2段以上串聯(lián))—尾礦輸送管”這種輸送系統(tǒng)配置，配置圖見圖1。

圖1　白馬選礦廠尾礦濃縮與輸送系統(tǒng)示意

4.2.2尾礦輸送濃度

由于管道水力輸送的物料不同，各種物料的粒度、密度和黏度都不相同，它們在某一濃度和流速時漿體水力特性也不同，設(shè)計將尾礦輸送濃度定為50%。

4.2.3尾礦輸送管的臨界流速和水力坡降[2]

白馬尾礦未進(jìn)行輸送試驗(yàn)，設(shè)計參考了密地選礦廠尾礦輸送試驗(yàn)參數(shù)，見表2。

由表2可知，密地選礦廠尾礦輸送的臨界流速約為2.8 m/s，而白馬尾礦的密度為2.94 t/m3、濃度為50%、尾礦細(xì)度-0.074 mm約占55%～60%，根據(jù)兩種尾礦的密度差異，白馬尾礦輸送管徑為DN500 mm、v=2.6 m/s、im=2.68%，即只要管道輸送流量大于1 820 m3/h，就能滿足管道輸送大于臨界流速的要求。

表2　密地選礦廠尾礦輸送試驗(yàn)報告技術(shù)參數(shù)

4.3尾礦輸送設(shè)備

尾礦輸送系統(tǒng)中的主要設(shè)備是輸送泵，它是尾礦輸送系統(tǒng)的心臟，尾礦輸送系統(tǒng)設(shè)計是否合理，運(yùn)行能否正常，輸送泵的正確選型是關(guān)鍵。

離心渣漿泵是尾礦輸送中使用最廣的泵型，其特點(diǎn)是揚(yáng)程低、流量大、效率低、重量小、價格低，適合輸送距離近，高差不是很大的各種生產(chǎn)規(guī)模選礦廠的尾礦輸送系統(tǒng)，且該泵允許在一座泵站內(nèi)多臺直接串聯(lián)使用。輸送壓力≤1.8 MPa的尾礦輸送系統(tǒng)，選用離心渣漿泵最為經(jīng)濟(jì)合理。為此，白馬選礦廠采用的是300ZGB型離心渣漿泵。

4.4提高尾礦輸送濃度的研究

4.4.1降低泵流量的方式

降低泵流量、提高尾礦輸送濃度的方式有2種：一是變頻調(diào)速，二是調(diào)整葉輪尺寸。尾礦輸送系統(tǒng)共有6臺高壓電機(jī)，全部裝變頻器，投資較高；換輪運(yùn)行即把水泵的葉輪尺寸進(jìn)行調(diào)整，其特性曲線就按一定的規(guī)律發(fā)生變化[3]。調(diào)整葉輪尺寸是改變水泵性能的一種簡便易行的辦法，即變徑調(diào)節(jié)，故決定白馬尾礦輸送采用變徑方式調(diào)整輸送流量。

4.4.2葉輪尺寸確定

為防止尾礦堵管、水泵本身存在偏差等原因，考慮將尾礦泵流量定為2 000 m3/h。

4.4.2.1一級泵站葉輪尺寸計算

(1)

滿足大于臨界流速2.6 m/s的要求。

式中，1.2為總局部水頭損失系數(shù)；Hf為管路總水頭損失，m；Hfl為沿程水頭損失，m；f為摩擦損失系數(shù)；L為管路的當(dāng)量長度，m；D為管路直徑，m；V為平均流速，m/s。

(3)

式中，H為清水揚(yáng)程，m；ΔH為標(biāo)高差，m；Hf為管路總水頭損失，m。

Hm=H×HR=137m，

(4)

式中，Hm為漿體揚(yáng)程，m；H為清水揚(yáng)程，m；HR為揚(yáng)程比。一級泵為兩級串聯(lián)，故單泵揚(yáng)程為68.5 m。

根據(jù)300ZGB泵的特性曲線(見圖2)，性能點(diǎn)(流量2 000 m3/h、揚(yáng)程68.5 m)的葉輪直徑為703 mm，效率為80%。

(5)

式中，N′為電機(jī)功率，kW；Sm為漿體密度，kg/m3；Q為泵的流量，m3/s；Hm為漿體揚(yáng)程；η為水泵的效率，%；K為電機(jī)超負(fù)荷安全系數(shù)。小于目前電機(jī)功率900 kW。

4.4.2.2二級泵站葉輪尺寸計算

根據(jù)300ZGB泵的特性曲線(見圖2)，性能點(diǎn)(2 000 m3/h、揚(yáng)程73.5 m)的葉輪直徑為690 mm，效率為80%。

圖2　300ZGB泵的特性曲線

4.2.2.3葉輪尺寸確定

經(jīng)驗(yàn)證總加壓泵配置直徑為703 mm、二加壓泵配置690 mm的葉輪替代原有760 mm的葉輪，輸送流量為2 000 m3/h左右，此時管道流速為 2.83 m/s，能滿足生產(chǎn)需要。

5改造調(diào)試及生產(chǎn)實(shí)踐

5.1調(diào)試過程

2013年11月，對二期尾礦輸送系統(tǒng)1#泵葉輪進(jìn)行了改造。2013年11月25日—2013年12月2日開始分三個階段聯(lián)動調(diào)試尾礦濃縮池。 對尾礦高濃度輸送系統(tǒng)主要檢測參數(shù)(濃縮機(jī)運(yùn)行壓力、輸送泵的電流、尾礦輸送濃度、尾礦輸送流量)進(jìn)行了記錄，結(jié)果見表3。

5.1.1第一階段調(diào)試

尾總加壓葉輪直徑由760 mm改為703 mm，尾二加壓葉輪未做改動。

大井壓力正常，尾礦處理量為1 279 t/h，尾總加壓泵及電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，尾總加壓一、二級電機(jī)電流為70～80 A；二加壓電機(jī)電流為120 A左右，泵池補(bǔ)水量為500 m3/h左右。

表3　尾礦高濃度輸送系統(tǒng)主要檢測參數(shù)[1]

尾總加壓葉輪調(diào)整為703 mm后，尾礦濃縮和輸送系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，具備進(jìn)一步更改尾二加壓葉輪進(jìn)行調(diào)試的條件。

5.1.2第二階段調(diào)試

尾總加壓葉輪直徑由760 mm改為703 mm，尾二加壓葉輪直徑由760 mm改為690 mm。

大井底流閥門只開啟1個，尾礦處理量為1 127 t/h，尾礦輸送濃度為41.67%，尾總加壓泵及電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，尾總加壓一、二級電機(jī)電流為70～80 A；二加壓電機(jī)電流為75～85 A，泵池補(bǔ)水量約 125 m3/h。

5#大井扭力達(dá)到90 N·m，試驗(yàn)中止。分析原因有兩個，一是開啟單底流閥，導(dǎo)致負(fù)荷分布不均勻；二是絮凝劑用量不夠，導(dǎo)致不能較快形成較大絮粒，顆粒沉降速度慢，底流濃度不穩(wěn)定。

5.1.3第三階段調(diào)試

大井底流閥門開啟2個，增加絮凝劑用量。尾礦處理量為1 422 t/h，尾礦輸送濃度為48.89%，尾總加壓泵及電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，尾總加壓一、二級電機(jī)電流為70～80 A；二加壓電機(jī)電流為75～85 A，泵池補(bǔ)水量約130 m3/h。

絮凝劑用量增加較多，改造前的絮凝劑用量為11.78 g/t尾礦處理量，改造后用量為22.09 g/t尾礦處理量。

調(diào)試期間，大井扭力為16～28 N·m，尾礦輸送濃度提高到48.89%，試驗(yàn)成功，尾礦濃縮、輸送系統(tǒng)均具備生產(chǎn)運(yùn)行條件。

5.2生產(chǎn)實(shí)踐

2014年2月17日，二期尾礦輸送系統(tǒng)2#泵葉輪改造完成。葉輪尺寸改變后的尾礦1#泵、2#泵投入使用。對尾礦高濃度輸送系統(tǒng)主要檢測參數(shù)(濃縮機(jī)運(yùn)行壓力、輸送泵的電流、尾礦輸送濃度、尾礦輸送流量)進(jìn)行了記錄，結(jié)果見表4。

表4　尾礦高濃度輸送系統(tǒng)主要檢測參數(shù)(平均值)

由表4可知，統(tǒng)計尾礦平均處理量為1 211 t/h；尾礦輸送濃度為45%～49%，平均濃度為46%；尾總加壓泵及電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，尾總加壓一、二級電機(jī)電流為70～80 A；二加壓電機(jī)電流為75～85 A，泵池補(bǔ)水量約為130 m3/h。大井扭力小于40 N·m，尾礦輸送濃度最高達(dá)到49%，平均濃度提高到46%，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)。

6經(jīng)濟(jì)效益分析

6.1節(jié)水效益

原尾礦泵帶走水量為1 913 m3/h，改造后帶走水量為1 517 m3/h，改造后尾礦壩少返回水量為396 m3/h，按每天24 h、每年360 d、設(shè)備作業(yè)率為90%、環(huán)水收費(fèi)1.8元/m3計算，年節(jié)水費(fèi)為554.27萬元。

6.2節(jié)約維修費(fèi)用效益及社會效益

改造后，泵運(yùn)行穩(wěn)定，避免了電機(jī)的頻繁故障檢修，節(jié)約了維修費(fèi)用。據(jù)初步統(tǒng)計測算，2013年燒電機(jī)15臺，按電機(jī)維修費(fèi)為10萬元/臺計算，年節(jié)約維修費(fèi)150萬元。改造后電機(jī)檢修次數(shù)減少，有效地減輕了工人勞動強(qiáng)度。

6.3節(jié)電效益

原泵的運(yùn)行電流為120～130 A，改造后泵的運(yùn)行電流為80～90 A，改造后泵站1臺泵的設(shè)備功率降低24 kW，按每天24 h、每年360 d、設(shè)備作業(yè)率為90%、現(xiàn)工業(yè)用電不含稅0.532元/kWh計算，年節(jié)電費(fèi)為29.79萬元。通過調(diào)整尾礦泵的葉輪尺寸，提高尾礦輸送濃度，年降低成本734.06萬元。

7結(jié)論

(1)尾礦輸送濃度低、尾礦輸送流量大，是電機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行的主要原因。

(2)通過變小葉輪尺寸，降低尾礦輸送流量，提高尾礦輸送濃度，減少電機(jī)運(yùn)行負(fù)荷，是一種簡便易行的方法。尾總加壓泵配置703mm，二加壓泵配置690mm的葉輪替代原有760mm的葉輪，尾礦輸送濃度由36%左右提高到46%左右。

(3)攀鋼礦業(yè)白馬選礦廠提高尾礦輸送濃度的成功實(shí)踐，獲得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

(4)提高尾礦輸送濃度后，原加藥系統(tǒng)能力不夠，藥劑消耗上升，建議對大井加藥系統(tǒng)進(jìn)行改造，降低藥劑成本。

參考文獻(xiàn)

[1]何蓬星.尾礦輸送系統(tǒng)運(yùn)行狀況調(diào)試報告[R].攀枝花：攀鋼礦業(yè)公司白馬選礦廠，2015.

[2]中冶長天國際工程有限責(zé)任公司.攀枝花新白馬礦業(yè)有限責(zé)任公司白馬鐵礦二期工程初步設(shè)計[R].攀枝花：攀鋼集團(tuán)礦業(yè)公司，2008.

[3]姜乃昌.水泵及水泵站[M].4版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1998.

(收稿日期2015-12-02)

孫崇萍(1985—)，女，工程師，617209 四川省攀枝花市米易縣灣丘彝族鄉(xiāng)。