KMLYM-1200膏體斜板濃密機(jī)的研發(fā)及應(yīng)用

謝坪全 張志明 敖 江 李云鵬 周 亮 王德正 王 暢

（云南科力環(huán)保股份公司）

為了實(shí)現(xiàn)尾礦干堆，降低尾礦漿的處理及管理成本，提高尾礦漿的回水率，開(kāi)發(fā)原來(lái)不具備建設(shè)尾礦庫(kù)條件的礦山，云南科力環(huán)保股份公司以降低尾礦漿的處理和管理成本為目的，研發(fā)了KMLYM-1200 膏體斜板濃縮機(jī)［1-4］。該設(shè)備給礦、底流、溢流流量采用流量計(jì)監(jiān)測(cè)，給礦、底流濃度采用Q235射線(xiàn)濃度計(jì)在線(xiàn)檢測(cè)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便、運(yùn)行平穩(wěn)、自動(dòng)化程度高、節(jié)能、回水率高、投資少、見(jiàn)效快等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益顯著［5-9］。

1 KMLYM-1200膏體斜板濃密機(jī)的工作原理

膏體斜板濃密機(jī)上部采用了淺層沉降原理，即在殼體內(nèi)加入緊湊配置的斜板組，縮短了礦漿中固體顆粒的沉降距離，減少了沉降時(shí)間，從而大大提高了設(shè)備單位占地面積的澄清面積和處理量。下部利用高效濃密技術(shù)，利用高效機(jī)械攪拌、耙動(dòng)，減少造成壓縮的死區(qū)，提高壓縮區(qū)固體顆粒之間的滲透率，迫使固體之間多余的水分盡可能向上通過(guò)溢流槽排出，以獲得濃度較高的底流。

設(shè)備在工作時(shí)，礦漿經(jīng)給料筒均勻地給入多個(gè)給料區(qū)，粗粒級(jí)物料直接沉降至殼體下部，細(xì)粒級(jí)礦漿從斜板組下部?jī)蓚?cè)的進(jìn)料口進(jìn)入各斜板之間，澄清水向上流動(dòng)，經(jīng)溢流槽節(jié)流孔有壓排出，帶有節(jié)流孔的溢流槽進(jìn)一步保證了斜板單元處理量的均一；細(xì)粒物料在水流沿斜板向上的拖拽力和自身重力的共同作用下，沉降到斜板上形成濃漿層，濃漿層達(dá)到一定厚度后沿斜板向下流動(dòng)，與粗粒級(jí)物料一起形成壓縮層，通過(guò)高效攪拌、耙動(dòng)迫使壓縮層內(nèi)的滲水通道增多，在固體顆粒重力的作用下向壓縮區(qū)上部滲透出大部分水分向上流動(dòng)，并穿過(guò)斜板組架通過(guò)溢流槽排出，固體顆粒經(jīng)過(guò)攪動(dòng)和耙動(dòng)逐步具有一定的凝聚性和流動(dòng)性，其濃度接近或大于臨界流態(tài)濃度，而小于極限可輸送濃度，最后形成似牙膏的漿體持續(xù)集中到中心排放裝置排出。

2 KMLYM-1200膏體斜板濃密機(jī)的結(jié)構(gòu)

KMLYM-1200 膏體斜板濃密機(jī)主要由殼體、上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)組成，上部結(jié)構(gòu)由組合梁、斜板組架、傳動(dòng)系統(tǒng)、給礦套筒等組成，下部結(jié)構(gòu)主要由耙子、攪拌系統(tǒng)、排放系統(tǒng)、底流自動(dòng)排放系統(tǒng)等組成。KMLYM-1200膏體斜板濃密機(jī)的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

（1）設(shè)備上部充分利用殼體的頂面積布置斜板裝置，斜板組合裝置主要由斜板組架、斜板、邊側(cè)條、工字條等組成。斜板為特制的PP板，其表面光滑、耐磨，表面張力極小，抗靜電好，利于物料的下滑，且斜板硬度、強(qiáng)度較高。平行、垂直布置的斜板組架進(jìn)料為半逆向式給料，下設(shè)圍板使進(jìn)料和下滑物料各行其道，防止“短路”現(xiàn)象和細(xì)粒物料的黏結(jié)，從根本上解決了板間堵塞的問(wèn)題。

各斜板間隙均相同，相互形成獨(dú)立、封閉的流體力學(xué)系統(tǒng)，且斜板底部支撐安全可靠，不會(huì)脫落；斜板組下部?jī)蓚?cè)的給料孔群是相互對(duì)稱(chēng)的，可使各斜板間獲得均勻的給料，充分利用斜板的效能；斜板組合裝置上部安裝有特定的溢流槽，可使各個(gè)斜板單元出水量一致，帶有節(jié)流孔的溢流槽保證礦漿沿整個(gè)板面均勻布料。溢流中含有的木屑、草渣、油類(lèi)等雜物將在斜板組液面上漂浮且便于清除，不會(huì)因溢流槽不水平而造成局部排水的抽吸現(xiàn)象；澄清面積的增加，提高了設(shè)備處理量及單位占地面積的產(chǎn)能。

給礦套筒增加了脫氣槽，可避免固體顆粒附著在氣泡上，形成似“降落傘”沉降的現(xiàn)象；其整體高度的4/5 位于液面以下，以防止給礦時(shí)帶入氣體，并設(shè)有受料盤(pán)，使給入的礦漿均勻、平穩(wěn)地下落，有效地防止了給礦余壓造成的翻花現(xiàn)象；其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，給料裝置能將礦漿均勻、平穩(wěn)地給入多個(gè)給料區(qū)，有利于礦漿均勻給入斜板沉降，并防止礦漿中產(chǎn)生泡沫，有利于泡沫的集中、消除。

（2）設(shè)備下部殼體設(shè)計(jì)成了具有一定高度的縮小的圓柱狀，是為了保持壓縮區(qū)內(nèi)的濃泥漿有充足的固通量，這是形成和連續(xù)排放膏體的關(guān)鍵。儲(chǔ)存礦漿的容積量大，礦漿壓縮時(shí)間長(zhǎng)，易產(chǎn)生膏體，帶有攪拌桿在壓縮區(qū)內(nèi)形成一低壓區(qū)，顆?；蛐鯃F(tuán)之間能形成充分的水通道，且具有較高的壓縮性；由于其上部液柱的壓力作用，沉降過(guò)程進(jìn)入壓縮脫水階段，壓縮區(qū)越高，壓縮時(shí)間越長(zhǎng)，則壓縮率和固通量越大，膏體斜板濃密機(jī)就更容易獲得膏體。

膏體斜板濃密機(jī)的底流排放系統(tǒng)主要由截止閥和調(diào)解閥組成。截止閥選用普通的平板閘閥，生產(chǎn)時(shí)全開(kāi)，停機(jī)時(shí)全關(guān)，基本不磨損。底流調(diào)節(jié)完全通過(guò)調(diào)解閥進(jìn)行，常規(guī)的耐磨閘閥不僅價(jià)格貴，不耐磨，調(diào)節(jié)量小且容易堵塞，通過(guò)自主設(shè)計(jì)調(diào)解閥，解決了上述問(wèn)題。

自主設(shè)計(jì)的調(diào)解閥主要由聚氨酯制作而成（圖2），由上錐、下錐、滾珠、套管等組成。在調(diào)解閥的上錐、下錐凹槽處涂潤(rùn)滑油脂，即能保證上下錐相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的靈活性，又能防止料漿從上下錐的縫隙滲漏；限制鋼管可保證螺栓、螺母連接上下錐時(shí)不過(guò)分壓緊，而失去相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的靈活性；上下錐的凹槽、凸起可保證其運(yùn)動(dòng)按一定軌跡進(jìn)行。上錐下部法蘭的月牙孔與下錐上部法蘭的螺栓孔相通，并用螺栓、螺母連接，進(jìn)一步保證上下錐緊密連接按一定軌跡運(yùn)行，并防止料漿從上下錐的縫隙滲漏。料漿通過(guò)上錐的腰子孔進(jìn)入下錐的腰子孔排出。腰子孔平行重疊時(shí)的通徑最大，為整個(gè)腰子孔的面積，調(diào)節(jié)流量時(shí)可用扳手固定下錐旋轉(zhuǎn)，使下錐腰子孔相對(duì)于上錐的腰子孔以上下錐中心為圓心轉(zhuǎn)動(dòng)；使腰子孔通道斷面積減小，垂直重疊時(shí)的通徑最小，最小斷面積為平行四邊形，便于高濃度礦漿排出；帶有反沖洗水的錐斗使底流管堵塞更容易處理，即能節(jié)流、保證不斷流，又保持較方的形狀有助于進(jìn)一步提高料漿的濃度和高濃度底流的通暢排出，具有不易堵塞的同時(shí)，又增強(qiáng)了其耐磨性能，其耐磨性是耐磨閘閥的2.6 倍，且易于更換。

（3）為了穩(wěn)定膏體斜板濃密機(jī)的生產(chǎn)能力和降低溢流水中的固體含量設(shè)計(jì)了可調(diào)節(jié)膏體底流的自動(dòng)排放系統(tǒng)，可使膏體斜板濃密機(jī)及時(shí)排放濃度較高的膏體。在底流管路上設(shè)置了密度計(jì)，用數(shù)字信號(hào)-濃度的改變作為負(fù)反饋的控制變量，實(shí)現(xiàn)膏體斜板濃密機(jī)工況過(guò)程的自動(dòng)調(diào)節(jié)。膏體斜板濃密機(jī)自動(dòng)排放系統(tǒng)由可編程控制器、時(shí)間繼電器、氣動(dòng)裝置、信號(hào)裝置及電控氣動(dòng)閥等元件組成。根據(jù)生產(chǎn)工藝要求和礦漿濃縮情況，將沉降時(shí)間T1 和排放時(shí)間T2 設(shè)定好，T1 和T2 2 個(gè)參數(shù)用外部時(shí)間繼電器控制，將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于自動(dòng)位置T1開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)計(jì)時(shí)到達(dá)設(shè)定值，發(fā)出信號(hào)送PLC，PLC 控制濃縮機(jī)底流排放。T2 開(kāi)始計(jì)時(shí)，同時(shí)PLC 控制間打開(kāi)1 個(gè)，關(guān)閉1個(gè)，如此1開(kāi)1停，排出底流。

為防止壓縮區(qū)形成黏稠的“圈餅”阻礙水分釋出或出現(xiàn)埋耙，通過(guò)試驗(yàn)確定了攪拌、耙動(dòng)電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)動(dòng)速度，并增加了自動(dòng)控制和報(bào)警系統(tǒng)實(shí)施在線(xiàn)監(jiān)控。

3 KMLYM-1200 膏體斜板濃密機(jī)主要參數(shù)的確定

（1）傳動(dòng)電機(jī)功率的確定。傳動(dòng)裝置安裝在頂蓋上，并通過(guò)中心傳動(dòng)軸帶動(dòng)大軸及攪拌、耙子轉(zhuǎn)動(dòng)，采用3 相、380 V、50 Hz、F 級(jí)絕緣防護(hù)等級(jí)ⅠP65。根據(jù)污泥量及污泥性質(zhì)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩和功率計(jì)算。電機(jī)額定功率大于計(jì)算功率的1.6倍為宜。

KMLYM-1200 膏體斜板濃密機(jī)下部壓縮區(qū)直徑6.7 m，耙子直徑6 m，下部筒體高5.2 m，傳動(dòng)軸總高11.2 m，最大荷載系數(shù)為152 976 N/m（荷載系數(shù)根據(jù)試驗(yàn)確定），電機(jī)效率為0.95，1號(hào)減速機(jī)效率為0.93，2 號(hào)減速機(jī)效率為0.94，回轉(zhuǎn)支撐效率為0.9。計(jì)算得，刮泥轉(zhuǎn)矩為19 1220 Nm，傳動(dòng)裝置的最大驅(qū)動(dòng)力為31 870 N，膏體斜板濃密機(jī)的最大轉(zhuǎn)速為0.0 417 m/s，膏體斜板濃密機(jī)的有效功率為1.33 kW，機(jī)械總效率為75%，總功率為1.77 kW。選取安全系數(shù)k1=2，故選取2臺(tái)2 kW電動(dòng)機(jī)。

（2）KMLYM-1200 膏體斜板濃密機(jī)頂面長(zhǎng)、寬的確定。投影面積選取1 200 m2，通過(guò)試驗(yàn)選擇斜板長(zhǎng)2.5 m，斜板寬0.6 m，傾斜板間距50 mm，有效利用系數(shù)90%，傾斜角度50°，每組斜板組架中心間距1 000 mm，斜板組架間隙400 mm，總溢流槽寬450 mm。斜板總數(shù)約為1 383 塊。

由于設(shè)備性能的需要，設(shè)備頂面積和設(shè)備總體高度成正比，為降低設(shè)備高度，充分利用頂面積、空間，通過(guò)多方案對(duì)比及優(yōu)化設(shè)計(jì)，決定采用四周布板，每邊6 組，總共布置斜板組架24 組，每組間距1 m，傾斜50°。每架斜板組架斜板數(shù)約為59 塊，膏體斜板濃密機(jī)頂面寬約8 872 mm，頂面長(zhǎng)約13 572 mm。

4 工業(yè)應(yīng)用

工業(yè)試驗(yàn)采用1 臺(tái)KMLYM-1200 膏體斜板濃密機(jī)在湘西某鉛鋅礦選廠(chǎng)處理尾礦漿，自2021 年初運(yùn)行至今，整體運(yùn)行平穩(wěn)，各項(xiàng)指標(biāo)均滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。尾礦化學(xué)成分及粒級(jí)分析結(jié)果見(jiàn)表1、表2。

由表1、表2 可知，尾砂中的CaO 及MgO 含量偏高；尾礦漿中的+0.074mm 粒級(jí)占11.45%，大于試驗(yàn)條件的最小值7.2%，-0.01 mm 粒級(jí)僅占30.21%，小于試驗(yàn)條件的最大值45.00%，粒級(jí)級(jí)配較合理，可使膏體達(dá)到較好的密實(shí)程度，試驗(yàn)測(cè)得密度為2.7 t/m3。

由于該尾礦本身具有一定的凝聚性，能形成微小的絮團(tuán)。通過(guò)試驗(yàn)證明，該尾礦在不添加藥劑的情況下，通過(guò)自然沉降、高效攪拌、耙動(dòng)能夠形成高濃度膏體。設(shè)備投入運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，實(shí)行全天24 h 在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，2021年現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)指標(biāo)見(jiàn)表3。

由表3 可知，當(dāng)處理量超出設(shè)計(jì)水量的20%時(shí)，溢流濁度沒(méi)有明顯上升，底流能夠持續(xù)、順暢外排，底流濃度始終保持在76%～70%，基本在理論預(yù)測(cè)范圍內(nèi)，設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行且指標(biāo)滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。

5 結(jié) 論

（1）膏體斜板濃密機(jī)的設(shè)計(jì)結(jié)合了斜板濃密機(jī)和深錐濃密機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，該設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便、自動(dòng)化程度高，能夠有效降低溢流水中的固體含量，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的出水濁度。

（2）工業(yè)應(yīng)用實(shí)例表明，該設(shè)備具有較好的抗沖擊負(fù)荷能力，當(dāng)處理量超出設(shè)計(jì)水量的20%時(shí)，溢流濁度未明顯上升，仍可穩(wěn)定運(yùn)行，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益顯著。