水廠鐵礦尾礦高效濃縮輸送系統(tǒng)技術(shù)改造

劉志剛

(北京首鋼礦山建設(shè)工程有限責任公司)

水廠鐵礦是首鋼主要的原料生產(chǎn)基地，年精礦粉產(chǎn)量為350萬t，占礦業(yè)公司精礦粉產(chǎn)量的80%左右，水廠鐵礦生產(chǎn)的穩(wěn)定和質(zhì)量的達標，是保證股份公司爐料供應(yīng)的關(guān)鍵，也直接影響著礦業(yè)公司的整體經(jīng)濟效益。水廠鐵礦現(xiàn)運行新選廠和老選廠兩個系統(tǒng)，新選廠運行7個系列，尾礦干量886 t/h，濃度11.9%，采用直徑53 m濃密機4臺，分為2組，每組2臺濃密機串聯(lián)濃縮(2段濃縮)至25%；老選廠運行10個系列，尾礦干量559 t/h，濃度10.6%，采用直徑50 m濃密機4臺，分為2組，每組2臺濃密機串聯(lián)濃縮(2段濃縮)至25%；新老系統(tǒng)尾礦合并后通過四級泵站加壓，采用D720×25的普通焊管(單管運行)輸送至尾礦庫。為提高經(jīng)濟效益，水廠鐵礦針對尾礦濃縮輸送系統(tǒng)存在的一系列問題進行了技術(shù)改造，改造后解決了現(xiàn)有問題，經(jīng)濟效益顯著。

1 改造前尾礦濃縮輸送系統(tǒng)存在的問題

(1)溢流水水質(zhì)差，平均懸浮物濃度為2%，超出尾礦設(shè)計規(guī)定中懸浮物小于0.03%的規(guī)定，循環(huán)使用影響選廠精礦產(chǎn)品質(zhì)量[1-2]。通過采用高效濃密機，改善溢流水水質(zhì)，以滿足選廠用水生產(chǎn)要求。

(2)底流濃度較低，2段濃縮平均濃度僅為25%，尾礦輸送成本較高。改造后尾礦濃度可達45%以上，降低了尾礦輸送成本，經(jīng)濟效益增加[3]。

(3)尾礦輸送采用四級加壓泵站輸送，生產(chǎn)組織管理復(fù)雜，能耗、備品備件費和運行成本均較高。改造后采用一級泵站輸送，維護管理簡單，減少了運行成本。

(4)尾礦管道老化嚴重，跑冒滴漏、爆管現(xiàn)象時有發(fā)生，由于地方關(guān)系影響，尾礦管道經(jīng)常帶病作業(yè)，直接阻礙生產(chǎn)組織工作正常進行。通過更換尾礦管道，可提高尾礦運行的安全性和可靠性，同時可凈化企業(yè)生產(chǎn)運營環(huán)境[4]。

(5)為了延長尾礦庫服務(wù)年限、減少尾礦輸送量、提高尾礦資源綜合利用率,礦山將陸續(xù)開展尾礦選建筑砂、尾礦選填海砂，最終實現(xiàn)尾礦干排以解決尾礦庫這一瓶頸問題，但尾礦濃度低將不能適應(yīng)以上改造要求。

2 改造內(nèi)容及效果

針對上述問題,北京首鋼礦山建設(shè)工程有限責任公司分別對尾礦進行了濃縮試驗和高濃度輸送運行參數(shù)測定。在此基礎(chǔ)上，對尾礦濃縮系統(tǒng)、高濃度輸送系統(tǒng)和三水系統(tǒng)進行了改造。

2.1 尾礦濃縮系統(tǒng)改造

2.1.1 濃密機改造

將新選廠兩臺直徑53 m普通周邊傳動濃密機、老選廠兩臺直徑50 m普通周邊傳動濃密機改造為液壓自動提耙中心傳動高效濃密機，與普通濃密機相比，高效濃密機特點突出，主要表現(xiàn)在：

(1)設(shè)置大直徑穩(wěn)流筒，集加藥、完全混合及均勻布礦為一體，螺旋切線給料使尾礦與絮凝劑快速充分的混合，均勻布礦避免了普通濃密機大顆粒徑直沉淀在中心部分，小顆粒被拋射到周邊難于沉降的缺點。

(2)在給料端設(shè)有消氣裝置，可避免絮凝顆粒的浮選效應(yīng)，防止?jié)饷軝C表面形成密集泡沫層，穩(wěn)定濃縮層，提高溢流水水質(zhì)。

(3)泥耙整體自動液壓提升裝置使高效濃密機在超負荷時仍能保證設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)和傳動機構(gòu)的安全，提高了濃密機的抗沖擊負荷能力。

具體改造內(nèi)容如下：

(1)混凝土池體利舊使用，對池壁進行加高處理，新選廠加高1.9 m，老選廠加高1.7 m，即提高了溢流口高度，增加了濃相區(qū)高度，又有利于底流濃度的提高。

(2)將中心柱鑿除至排礦位置，露鋼筋后重新澆筑鋼筋混凝土基礎(chǔ)和做鋼中心柱，在中心柱頂端設(shè)置直徑7 m圓柱型切線給料筒，筒下1.5～3.0 m處設(shè)置穩(wěn)流板將尾礦均勻給入濃密機內(nèi)，采用平流沉降技術(shù)，提高了沉淀效果和溢流水水質(zhì)。

(3)增設(shè)絮凝劑制備及投加裝置，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，投加濃度為0.03%的陰離子聚丙烯酰胺，給礦濃度為11%的情況下，濃密機底流濃度可濃縮至45%以上，絮凝劑投加量為25 g/t。

2.1.2 底流泵站改造

新選廠尾礦濃縮至45%濃度時，尾礦量為1 411.39 m3/h，可利舊使用選廠150ZJ-65型渣漿泵(性能參數(shù)：Q=150～720 m3/h，H=17.4～65 m，P=155 kW，U=380 V)，2用2備，增設(shè)變頻器對水泵進行調(diào)速，以適應(yīng)尾礦量變化。

老選廠尾礦濃縮至45%濃度時，尾礦量890.45 m3/h。需將原有115 kW的PNJ泵改為150ZJ-58A型渣漿泵(性能參數(shù)：Q=450～550 m3/h，H=49.3～44.9 m，P=132 kW，U=380 V)，2用2備，變頻調(diào)速運行，以適應(yīng)尾礦量變化。

2.2 高濃度輸送系統(tǒng)改造

2.2.1 尾礦外線路由及管材確定

根據(jù)總尾礦量2 301 m3/h，考慮管材的耐磨性及水廠鐵礦現(xiàn)有管材使用情況，尾礦輸送管道采用襯膠鋼管，依據(jù)試驗數(shù)據(jù)選用D559×10+11襯膠鋼管，鋼管采用X60管線鋼，流速2.56 m/s，大于臨界流速2.28 m/s，滿足設(shè)計要求。重新確定管道路由，沿采區(qū)道路敷設(shè)至尾礦庫，不與地方發(fā)生關(guān)系，徹底解決了由于地方阻擾而無法開展檢修維護工作的難題。

2.2.2 隔膜泵站改造

總尾礦量2 301 m3/h，輸送高差146 m，輸送距離9 km，采用隔膜泵一級泵站輸送至尾礦庫。新設(shè)隔膜泵4臺，同時使用，隔膜泵性能參數(shù)：Q=630 m3/h，H=5.50 MPa，P=1 120 kW，10 kV。隔膜泵站利舊現(xiàn)有廠房，考慮1臺備用泵位置。

2.2.3 喂料泵站改造

利舊1#泵站作為喂料泵站，對現(xiàn)有4臺710 kW渣漿泵的葉輪和電機進行改造，改造后泵的性能參數(shù)為：Q=1 300～1 500 m3/h，H=48～46 m，P=315 kW，U=6 kV。

2.3 三水系統(tǒng)改造

新、老選廠改造后增加環(huán)水總流量2 568.89 m3/h,其中老選廠增加 993.78 m3/h，老選廠環(huán)水泵站現(xiàn)有9臺350S-44型環(huán)水泵(性能參數(shù)：Q=1 260 m3/h，H=44 m，P=220 kW，6 kV)。現(xiàn)運行4臺，改造后加開1臺環(huán)水泵即可，無需改造。新選廠增加環(huán)水1 575.11 m3/h，新選廠環(huán)水泵站現(xiàn)有11臺環(huán)水泵，其中350S-44型8臺(性能參數(shù)：Q=1 260 m3/h，H=44 m，P=220 kW，6 kV)、350S-44A型3臺(性能參數(shù)：Q=1 116 m3/h，H=37 m，P=180 kW，380 V)?，F(xiàn)運行7臺(其中350S-44型6臺、350S-44A型1臺)，改造后加開現(xiàn)有1～2臺環(huán)水泵即可，無需改造。

由于尾礦輸送濃度提高，改造前回水量3 901.5 m3/h，改造后回水量1 589.5 m3/h，回水量減少2 312.0 m3/h。目前現(xiàn)有浮船回水泵3臺，型號350TSS-75T，流量1 260 m3/h ，揚程80 m，可根據(jù)實際情況調(diào)整回水泵的運行臺數(shù)，無需改造。

由于入尾礦庫水量減少，降低了尾礦庫水分蒸發(fā)和滲漏量，整個選廠清水補充量相應(yīng)減少，通過調(diào)節(jié)清水泵的運行參數(shù)滿足生產(chǎn)需要。

尾礦濃縮至45%后，環(huán)水量增加、回水量減少，為了保證水量平衡，在生產(chǎn)使用時，需將主廠房內(nèi)的環(huán)水、回水管道進行調(diào)配，通過閥門切換，在設(shè)備用水水質(zhì)符合要求的情況下，用環(huán)水代替回水滿足選廠水量要求。

3 節(jié)能效益分析

水廠鐵礦尾礦高效濃縮輸送系統(tǒng)技術(shù)改造簡化了工藝流程，實現(xiàn)了尾礦高濃度輸送，確保了溢流水水質(zhì)，改造完成后將取得顯著的經(jīng)濟效益。

(1)降低了尾礦輸送電費。尾礦輸送濃度由25%提高至45%后，尾礦輸送量減少了2 567.55 m3/h，按0.52元/度計算，年節(jié)省電費1817萬元。

(2)減少了環(huán)水—回水系統(tǒng)輸送費用。改造后環(huán)水量增加2 568.89 m3/h，輸送揚程44 m，按0.52元/度計算，年增加電費168.82萬元。改造后回水量減少2 312 m3/h，輸送揚程80 m，按0.52元/度計算，年節(jié)省電費276.26萬元。環(huán)水—回水系統(tǒng)年節(jié)省輸送費用107.44萬元。

(3)減少了清水系統(tǒng)費用。改造后將減少尾礦庫水分的蒸發(fā)和滲漏量256.89 m3/h，該部分水量由清水系統(tǒng)補充，按水廠鐵礦清水單價2.7元/m3計算，年節(jié)省清水系統(tǒng)費用549.33萬元。

(4)增加了絮凝劑加藥費用。依據(jù)試驗加藥量為25 g/t，尾礦干量1 445 t/h，每年運行330 d，藥劑費按1.6萬元/t，每年增加藥劑費為286.11萬元。

因此，改造后水廠鐵礦每年產(chǎn)生的直接經(jīng)濟效益為2 187.66萬元。

4 結(jié) 論

水廠鐵礦尾礦高效濃縮輸送系統(tǒng)技術(shù)改造完成后，年運行成本將大幅度降低，新老選廠濃密機運行臺數(shù)均由4臺減少為2臺，尾礦四級輸送泵站縮減為一級泵站輸送，普通輸送鋼管更換為耐磨襯膠鋼管，簡化了生產(chǎn)組織管理，提高了系統(tǒng)運行的安全性和穩(wěn)定性。同時，尾礦輸送濃度的提高對以后的尾礦資源綜合利用，如：尾礦選建筑砂、填海砂創(chuàng)造了有利條件，為首鋼礦業(yè)公司創(chuàng)建高效、節(jié)能、環(huán)保的礦區(qū)生態(tài)環(huán)境做出了貢獻。