臥螺離心機(jī)在某尾礦干排干堆工藝中的應(yīng)用

俞利楠

(上海離心機(jī)械研究所有限公司)

四川某硫鐵礦采用較為落后的選礦工藝，選礦回收率不高，礦產(chǎn)綜合利用水平不高[1]。硫精砂品位低，僅35%左右；制取硫酸后硫酸燒渣含鐵率低，僅40%左右，尾礦含硫率高，為5%左右；硫精砂銷售單價(jià)低，硫酸燒渣難以作為鐵精礦利用，造成鐵資源的浪費(fèi)。由于尾礦難以被回收利用，大量無(wú)序堆存帶來(lái)資源浪費(fèi)、環(huán)境污染、安全隱患和土地占用等諸多問(wèn)題[2]。

尾礦干排干堆技術(shù)是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外逐漸興起的尾礦處理技術(shù)[3]，主要通過(guò)疏干尾礦水分、減少庫(kù)內(nèi)積水實(shí)現(xiàn)[4]。臥螺離心機(jī)是高效固液分離設(shè)備，以其結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、自動(dòng)化程度高、處理能力強(qiáng)、固液分離效果好等特點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。大型臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)(簡(jiǎn)稱臥螺離心機(jī))在尾礦泥漿處理中已有不少成功案例。

在該背景下，該硫鐵礦選礦廠在對(duì)選礦工藝流程進(jìn)行整體改造以提高硫、鐵等礦產(chǎn)資源綜合利用水平的基礎(chǔ)上，應(yīng)用離心脫水技術(shù)對(duì)尾礦進(jìn)行干排干堆工藝改造。

1 原工藝流程

選礦廠原生產(chǎn)工藝流程示意見(jiàn)圖1。

圖1 原生產(chǎn)工藝流程示意

原礦經(jīng)對(duì)輥磨、振動(dòng)篩、跳汰工藝分別產(chǎn)出粗礦砂、細(xì)礦砂、半精砂，通過(guò)洗選工藝產(chǎn)生硫精砂和尾礦。硫精砂經(jīng)濃縮池Ⅰ和陶瓷過(guò)濾機(jī)過(guò)濾產(chǎn)出高品位硫精砂(產(chǎn)品1)；尾礦經(jīng)濃縮池Ⅱ濃縮后，產(chǎn)生上清液和尾礦泥漿，尾礦泥漿作為最終尾礦廢棄或回填。該工藝提高了硫精砂品位，但尾礦處理方式較為傳統(tǒng)，僅運(yùn)用濃縮池自然沉降原理簡(jiǎn)單濃縮，最終尾礦含水量仍較大，運(yùn)輸成本高，只能選擇廢棄于尾礦庫(kù)或回填礦井下，無(wú)法對(duì)尾礦進(jìn)行綜合處置或利用。

2 臥螺離心機(jī)工作原理

尾礦漿經(jīng)泵送或自流進(jìn)入臥螺離心機(jī)，在轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用下，尾礦漿固相和液相成分由于密度不同而分層，從而實(shí)現(xiàn)固液分離。密度大的固相顆粒沉降在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁，在螺旋輸送器的推動(dòng)作用下，向轉(zhuǎn)鼓錐段出口行進(jìn)，在轉(zhuǎn)鼓錐段和螺旋葉片間產(chǎn)生的雙向擠壓作用下進(jìn)一步脫水，降低固相含水率。分離后的液相溢流出工作腔體，并經(jīng)收集腔體收集后排出離心機(jī)外[5]。臥螺離心機(jī)的基本結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 臥螺離心機(jī)結(jié)構(gòu)示意

3 尾礦干排干堆工藝

尾礦具有產(chǎn)量大、濃度高且不穩(wěn)定、固體物顆粒直徑分布范圍廣的特性，大型臥螺離心機(jī)單位時(shí)間處理量大、效率高、處理濃度范圍廣、固體顆粒直徑對(duì)脫水效果影響小、出料穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，適宜作為該尾礦干排干堆工藝的離心脫水設(shè)備。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)已有設(shè)備，采用臥螺離心機(jī)對(duì)尾礦處理工藝進(jìn)行干排干堆工藝改造。尾礦干排干堆工藝見(jiàn)圖3。

圖3 尾礦干排干堆工藝流程示意

尾礦漿經(jīng)濃縮池Ⅱ濃縮后，經(jīng)臥螺離心機(jī)離心脫水，產(chǎn)出重相固渣(產(chǎn)品2)和輕相出液，輕相出液再通過(guò)分級(jí)設(shè)備分級(jí)，獲得清液(作為礦區(qū)作業(yè)回用水)和分級(jí)后固渣(產(chǎn)品3)。

4 新工藝施工與調(diào)試

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工藝指標(biāo)，濃縮池Ⅱ產(chǎn)生尾礦泥漿量約100 m3/h，泥漿含固率35%左右。為滿足尾礦處理工藝不間斷連續(xù)作業(yè)，最大程度地發(fā)揮臥螺離心機(jī)優(yōu)勢(shì)，需配置2臺(tái)LW900 mm×3 600 mm NY型臥螺離心機(jī)，并利用現(xiàn)場(chǎng)尾礦濃縮池旁空地進(jìn)行布置和試生產(chǎn)，考察在不使用絮凝藥劑時(shí)，臥螺離心機(jī)尾礦泥漿的處理能力、重相固渣含固率、輕相出液的含固率等指標(biāo)。

4.1 離心機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

LW900 mm×3 600 mm NY臥螺離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)徑900 mm，轉(zhuǎn)鼓工作長(zhǎng)度3 600 mm，轉(zhuǎn)鼓最高轉(zhuǎn)速1 800 r/min，分離因數(shù)2 000，長(zhǎng)徑比4.0；整機(jī)外形尺寸(長(zhǎng)×寬×高)為6 500 mm×2 700 mm×1 900 mm，設(shè)備總質(zhì)量20 t；控制柜外形尺寸(長(zhǎng)×寬×高)為1 000 mm×1 000 mm×2 200 mm，控制柜質(zhì)量600 kg；裝機(jī)功率355 kW。

尾礦泥漿預(yù)設(shè)處理指標(biāo)：處理量(按含固率35%的泥漿計(jì))為60 m3/h，重相固渣含固率不小于70%，輕相出液含固率不大于25%。

4.2 干排干堆工藝施工

2套臥螺離心機(jī)及其配套設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)施工布置見(jiàn)圖4。

圖4 新工藝現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備布置示意

尾礦泥漿通過(guò)濃縮池Ⅱ出口進(jìn)入泥漿過(guò)濾箱1，由閥門控制分配至2套進(jìn)料泵組，控制相應(yīng)的臥螺離心機(jī)進(jìn)料量，再通過(guò)臥螺離心機(jī)離心脫水，重相固渣從無(wú)軸螺旋輸送機(jī)排出；輕相出液則從管道進(jìn)入過(guò)濾箱2，作為分級(jí)設(shè)備進(jìn)料，經(jīng)分級(jí)產(chǎn)出固渣和清液。

4.3 干排干堆工藝調(diào)試

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，2套臥螺離心機(jī)需同時(shí)運(yùn)行，分別調(diào)整相關(guān)參數(shù)如轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速差，記錄并考核處理量、重相固渣和輕相出液含固率是否滿足預(yù)設(shè)指標(biāo)要求。

(1)轉(zhuǎn)速差為33.8 r/min時(shí)，設(shè)置主機(jī)轉(zhuǎn)速750，1 040，1 110 r/min，進(jìn)料量60 m3/h，穩(wěn)定運(yùn)行后，分別取各參數(shù)下的進(jìn)料泥漿、固相出渣及輕相出液樣。

(2)在轉(zhuǎn)速為1 110 r/min時(shí)，設(shè)置轉(zhuǎn)速差33.6，37.3 r/min，進(jìn)料量60 m3/h，穩(wěn)定運(yùn)行后，分別取各參數(shù)下的進(jìn)料泥漿、固相出渣以及輕相出液樣。

(3)采用烘干儀器對(duì)各試樣進(jìn)行含固率測(cè)定，調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)臥螺離心機(jī)參數(shù)與指標(biāo)見(jiàn)表1。

由表1可知：

(1)進(jìn)入臥螺離心機(jī)尾礦泥漿含固率均在37%以上，進(jìn)料量60 m3/h，滿足預(yù)設(shè)生產(chǎn)要求。

(2)重相固渣含固率均在76%以上，輕相出液含固率均低于25%，滿足臥螺離心機(jī)產(chǎn)品含固率要求。重相固渣中的高嶺土可以應(yīng)用于陶瓷、造紙、化肥及化工等行業(yè)，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。

表1 調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)臥螺離心機(jī)參數(shù)與指標(biāo)

(3)主機(jī)轉(zhuǎn)速提高，根據(jù)公式計(jì)算發(fā)現(xiàn)分離因數(shù)提高，固相含固率升高，說(shuō)明臥螺離心機(jī)脫水效率提高，扭矩值也從側(cè)面反映了這一現(xiàn)象。若尾礦泥漿在臥螺離心機(jī)中停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，也會(huì)加劇已分層液相的攪動(dòng)，液相含固率可能會(huì)上升。

(4)主機(jī)轉(zhuǎn)速一定，轉(zhuǎn)速差的提高意味著泥漿在離心機(jī)設(shè)備中的停留時(shí)間變短，因此固相含固率會(huì)有一定的下降，但液相攪動(dòng)相對(duì)減少，因此液相逃逸率下降，含固率亦下降。

5 結(jié) 論

四川某硫鐵礦應(yīng)用臥螺離心機(jī)對(duì)原尾礦處理工藝中濃縮池Ⅱ產(chǎn)生的尾礦泥漿進(jìn)行離心脫水濃縮，產(chǎn)出重相固渣和輕相出液，輕相出液再經(jīng)分級(jí)設(shè)備產(chǎn)出清液和固渣，其中清液可供選礦回用。該尾礦干排干堆工藝中，臥螺離心機(jī)在尾礦泥漿含固率37%以上、進(jìn)料量60 m3/h的預(yù)設(shè)條件下，重相固渣含固率在76%以上、輕相出液含固率低于25%，滿足預(yù)設(shè)指標(biāo)。

尾礦干排干堆工藝現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行效果滿足該硫鐵礦對(duì)尾礦的處理要求，既解決礦山尾礦堆存帶來(lái)的環(huán)保和安全問(wèn)題，也提高了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)了礦產(chǎn)資源的綜合利用，有利于礦山的可持續(xù)發(fā)展。臥螺離心機(jī)適合于現(xiàn)代礦山生產(chǎn)，具有廣闊的市場(chǎng)前景。