水隔膜泵在尾礦輸送系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

陳 娟

(大冶有色金屬有限責(zé)任公司銅山口銅礦， 湖北 大冶市 435122)

?

水隔膜泵在尾礦輸送系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

陳 娟

(大冶有色金屬有限責(zé)任公司銅山口銅礦， 湖北 大冶市 435122)

尾礦水力輸送系統(tǒng)中，尾礦礦漿的輸送濃度與輸送設(shè)備配置以及回水綜合利用、工程建設(shè)投資及生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本等都有直接關(guān)系。需根據(jù)生產(chǎn)特點(diǎn)、總體布置、地形條件進(jìn)行多方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，才能確定最優(yōu)輸送配置方案。基于水隔膜泵的性能特點(diǎn)，與常用尾礦輸送泵作技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析，以馬角石銅礦尾礦輸送為例，確定水隔膜泵作為該礦山尾礦輸送動(dòng)力設(shè)備最為經(jīng)濟(jì)合理。同時(shí)優(yōu)選出最佳尾礦輸送濃度與之匹配，使尾礦輸送系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)節(jié)能、安全環(huán)保。

尾礦；水力輸送；水隔膜泵；砂泵

0 引 言

尾礦是礦山選礦廠的排放物，其中含有選礦藥劑以及具有某些遠(yuǎn)景價(jià)值金屬，需輸送至尾礦庫(kù)堆存。好的尾礦輸送系統(tǒng)是保證礦山安全綠色生產(chǎn)，獲得良好經(jīng)濟(jì)效益的重要組成部分之一。尾礦水力輸送系統(tǒng)中，尾礦礦漿的輸送濃度與輸送設(shè)備配置以及回水綜合利用、工程建設(shè)投資及生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本等都有直接關(guān)系。同時(shí)，尾礦排放濃度影響尾砂流動(dòng)性，對(duì)尾礦壩筑壩安全穩(wěn)定性也有諸多影響。如何選擇尾礦輸送工藝和相適應(yīng)的尾礦輸送濃度，以及配置尾礦輸送設(shè)備，需做綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較研究，才能得到最優(yōu)方案。水隔膜泵以水為驅(qū)動(dòng)液體，推動(dòng)隔膜，隔膜推動(dòng)礦漿流動(dòng)。水隔膜泵綜合了水隔離泵流量大和隔離泵揚(yáng)程高的雙重特點(diǎn)。本文基于水隔膜泵的性能特點(diǎn)，與常用尾礦輸送泵作技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析研究，以具體礦山尾礦輸送為實(shí)例，確定水隔膜泵作為該礦山尾礦輸送動(dòng)力設(shè)備最合理。同時(shí)優(yōu)選出最佳尾礦輸送濃度與之匹配，使尾礦輸送系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)節(jié)能、安全環(huán)保。

1 砂泵配置方案對(duì)比研究

1.1 尾礦物理性質(zhì)

馬角石銅礦選廠采用浮選工藝，產(chǎn)量6000 t/d，尾礦產(chǎn)率98.29%。尾礦漿：濃度ρ=29.22%，比重γg=2.5 t/m3，-200目占75%，平均粒徑dp=0.0814 mm。全粒級(jí)尾礦有足夠的粗尾砂用于尾礦庫(kù)子壩堆筑，尾礦庫(kù)采用濃度29.22%尾礦直接沖積筑壩。

1.2 輸送泵配置方案確定

根據(jù)馬角石銅礦區(qū)總體布局，砂泵站標(biāo)高+2872 m，尾礦壩終了標(biāo)高+3105 m，輸送高度233 m，輸送距離2100 m。水隔膜泵適用于1.6～10 MPa范圍內(nèi)的漿體輸送，總效率在75%～80%。水隔膜泵與水隔離泵的輸送壓力和流量近似，但水隔離泵是靠浮動(dòng)鋼球在隔離罐中上下浮動(dòng)隔離水漿，只有在罐體中壓差流速大于浮球運(yùn)動(dòng)與罐壁形成的剪切流速時(shí)，才能保證不混漿，水耗在3%～5%。鋼球與罐壁間隙從2 mm磨損至4 mm，水耗增加10%，若磨損間隙增至5 mm，則壓差流平均流速小于剪切流平均流速，出現(xiàn)混漿現(xiàn)象。水隔膜泵是在圓柱形罐體中放置囊型隔膜，將清水和漿體徹底隔離。工作原理如圖1所示，高位料漿向隔離罐體給料，礦漿經(jīng)逆止閥進(jìn)入隔囊中至充滿囊體，此過程中清水回水閥打開，清水進(jìn)水閥關(guān)閉。排料時(shí)，清水進(jìn)水閥打開，清水回水閥關(guān)閉，高壓清水進(jìn)入罐體中擠壓出漿體，漿體經(jīng)逆止閥進(jìn)入輸送管道。3個(gè)罐體中各電動(dòng)閥均由微機(jī)控制，從而3個(gè)罐體以120°不斷進(jìn)料和排料，形成穩(wěn)定的礦漿流。因此，水隔膜泵較水隔離泵效率高15%，無混漿，無水耗，價(jià)格也高1.3～1.5倍。水隔膜泵與油隔離泵相比，具有清潔廉價(jià)，運(yùn)動(dòng)頻率低，維修備件費(fèi)用僅為油隔膜泵0.25倍。隔離泵(奇好泵)與水隔膜泵相比較，隔膜泵技術(shù)先進(jìn)，總效率在80%～85%，但價(jià)格高，適用于高揚(yáng)程輸送系統(tǒng)。輸送壓力≤6.3 MPa時(shí)，水隔膜泵性價(jià)比要高，且年備件費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于隔膜泵。隔膜泵與水隔膜泵在0.4 MPa壓力下，隔膜泵因效率高5%，節(jié)約的電費(fèi)、備件費(fèi)用情況，價(jià)格倍數(shù)，綜合效益統(tǒng)計(jì)見表1。

圖1 水隔膜泵工作原理

流量/(m3/h)壓力/MPa隔膜泵年節(jié)約電費(fèi)/萬(wàn)元隔膜泵備件費(fèi)差額/萬(wàn)元價(jià)格倍數(shù)1504．05．32532804．09．53534504．016．1503

綜上所述，本次尾礦輸送設(shè)計(jì)砂泵選型可采用水隔膜泵一次揚(yáng)送或渣漿泵接力輸送方案。

渣漿泵接力輸送(方案Ⅰ)：三級(jí)泵站串聯(lián)接力輸送，每級(jí)泵站配置200ZJ-850B型渣漿泵，流量807 m3/h，揚(yáng)程113.6 m，配套電機(jī)功率560 kW，電壓6 kV，1泵1管工作，共2臺(tái)泵，1用1備，輸送管徑DN350 mm。

水隔膜泵輸送方案(方案Ⅱ)：?jiǎn)渭?jí)泵站一次輸送，砂泵泵站配置SGMB400/4.0型水隔膜泵，流量400 m3/h，壓力4.0 MPa，揚(yáng)程290 m，配套電機(jī)功率630 kW，電壓10 kV，2泵2管工作，共3臺(tái)泵，2用1備，管徑DN225 mm。

方案Ⅰ與方案Ⅱ優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見表2。由表2可知，方案Ⅱ比方案Ⅰ投資多255.55萬(wàn)元，但年經(jīng)營(yíng)費(fèi)比方案Ⅰ少202.6萬(wàn)元，2 a即可收回多余投資。方案Ⅱ中只工作一臺(tái)泵時(shí)，適合選廠分期建設(shè)投產(chǎn)。因此，綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較，方案Ⅱ尾礦輸送系統(tǒng)優(yōu)越，即水隔膜泵一段輸送。

表2 渣漿泵接力輸送與水隔膜泵輸送優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

2 尾礦輸送濃度確定

對(duì)馬角石銅礦選礦廠尾礦輸送濃度提出3個(gè)可行性方案。3種輸送濃度方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較及優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見表3。

方案Ⅰ：選礦廠浮選尾礦濃度29.22%直接輸送。

方案Ⅱ：將選礦廠浮選尾礦濃度濃密至45%再輸送。

方案Ⅲ：將選礦廠浮選尾礦濃度濃密至45%輸送至尾礦壩頂，再在壩頂放礦前稀釋至30%排放。

由表3可知，方案Ⅰ前期一次性投資較少，但年經(jīng)營(yíng)費(fèi)用稍偏高。方案Ⅱ的前期一次性投資較高，尾砂流動(dòng)性差，粗細(xì)尾砂難分離，對(duì)尾礦庫(kù)筑壩安全性有影響。方案Ⅲ的前期一次性投資亦較高，工藝復(fù)雜，環(huán)節(jié)多，人工成本高，而且技術(shù)不成熟。經(jīng)過對(duì)上述3種濃度方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較和優(yōu)缺點(diǎn)比較，采用方案Ⅰ較優(yōu)，即采用按浮選濃度為29.22%的尾礦直接輸送至尾礦庫(kù)。

3 水隔膜泵選型方法

3.1 水隔膜泵選型計(jì)算

水隔膜泵流量計(jì)算：

式中：K——流量波動(dòng)系數(shù)；

Q——尾砂輸送量，m3/h。

經(jīng)計(jì)算，Qb=381.6 m3/h。

輸送礦漿所需總揚(yáng)程：

式中：γk——礦漿比重，t/m3；

H——輸送礦漿幾何高差，m；

Lik——最大沿程水頭損失，m；

hj——管路局部水頭損失，m；

hn——泵站內(nèi)水頭損失，m；

hy——剩余水頭，m。

經(jīng)計(jì)算，Hx=361.01 m。

依據(jù)計(jì)算，選擇SGMB400-4.0型水隔膜泵合適，額定輸送壓力4.0 MPa，流量400 m3/h。

3.2 輸送管路水力計(jì)算

計(jì)算選用B.C.克諾羅茲方法。當(dāng)0.07

式中：Qk——礦漿流量，0.106 m3/s；

Dl——臨界管徑，m；

Cd——礦漿重量濃度的100倍，29.22；

β——比重修正系數(shù)，0.8824。

經(jīng)計(jì)算，Qk=0.225 m。

對(duì)于高濃度尾礦輸送，可采用我國(guó)陜西水科所方法確定礦漿輸送的臨界流速，公式如下：

式中：Vl——臨界流速，m/s；

g——重力加速度，取g=9.81；

CV——體積濃度的100倍；

經(jīng)計(jì)算，Vl=2.28m/s。

試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)和經(jīng)驗(yàn)表明，適當(dāng)縮小管徑和增大礦漿流速可降低礦漿沉降速度，減小管道磨損；同時(shí)可以防止礦漿凍結(jié)，提高尾礦管道的抗凍能力。一般情況下，當(dāng)?shù)V漿流速大于1.5m/s以上時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生管道凍結(jié)。因此，本設(shè)計(jì)中尾礦輸送管道選用外徑Φ245，壁厚10mm，內(nèi)襯6mm聚氨酯耐磨材料的鋼襯復(fù)合管道。礦漿輸送流速按V=1.1×Vl=2.508m/s設(shè)計(jì)。

4 結(jié) 論

在尾礦水力輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，尾礦礦漿的輸送濃度與輸送設(shè)備配置相互影響，決定了工程建設(shè)投資及生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本。因而各礦山尾礦物理性質(zhì)和工程條件均不同，因而各礦山尾礦輸送系統(tǒng)具有各自的特點(diǎn)，尾礦輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)需以計(jì)算為基礎(chǔ)，并查閱大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行類比，尤其是成功案例。本文對(duì)水隔膜在馬角石銅礦尾礦輸送系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行了探討，從不同尾礦輸送泵的優(yōu)缺點(diǎn)和3種可行性礦漿濃度輸送方案兩個(gè)方面作技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析，確定了水隔膜泵作為該礦山尾礦輸送動(dòng)力設(shè)備最合理，同時(shí)優(yōu)選出最佳尾礦輸送濃度與之匹配。目前馬角石銅礦尾礦輸送系統(tǒng)已投入運(yùn)行，系統(tǒng)暢通，水隔膜泵故障率低，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]文儒景.技術(shù)創(chuàng)新在尾礦輸送系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)踐[J].湖南有色金屬，2012，28(6)：7-9.

[2]趙國(guó)英.水隔離泵在尾礦輸送系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)踐[J].新疆有色金屬，2015，9(3)：86-88.

[3]楊文國(guó),李 宏.徐家溝選礦廠尾礦輸送系統(tǒng)的改造實(shí)踐[J].煤礦機(jī)電，2013(3)：105-107.

[4]趙宇新，李緒忠，萬(wàn)俊力.高濃度尾礦輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法與實(shí)踐[J].金屬礦山，2010，39(10)：88-89.

[5]汪賽琪.小流量高揚(yáng)程尾礦輸送設(shè)備選型與計(jì)算[J].有色設(shè)備，2014，(1)：32-35.

[6]長(zhǎng)沙黑色冶金礦山設(shè)計(jì)研究院.選礦設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2007.

[7]沈陽(yáng)維揚(yáng)漿體有限公司.固體物料水力輸送與隔膜泵[R].北京：北京礦冶研究總院，2012.

.尾礦設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范[S].(

2016-02-19)

陳 娟(1976-)，女，湖北鄂州人，主要從事礦山機(jī)械設(shè)備管理工作，Email：40474525@qq.com。