技術創新在尾礦輸送系統中的應用實踐

文儒景

(江西分宜珠江礦業有限公司,江西分宜 336606)

江西分宜珠江礦業有限公司原用的老尾礦庫由于服務期滿,2010年公司開始著手新的尾礦庫設計、建設工作。新尾礦庫設計初期壩為碾壓堆石透水壩,壩頂高程為205 m,后期子壩采用上游式筑壩方式以粗尾砂堆壩,當尾礦壩貯存尾礦高程為260.0 m時,尾礦庫總庫容554.52×104m3。該尾礦庫于2011年11月份投入試運行。

尾礦輸送系統作為企業的重要環保設施之一,其運行狀況的好壞不僅直接影響企業的正常生產和經濟效益,還會對周邊環境造成影響。所以公司根據實際地形條件,通過優化設計,成功地采用了具有國際選進水平的陶瓷內襯復合鋼管作為尾礦輸送壓力管道;具有自主知識產權的“砂泵多級串聯輸送尾礦的系統與方法”和“砂泵電機變頻控制系統”以及礦漿液位自動控制系統。通過近一年的試運行,尾礦輸送系統運行良好,取得了良好的經濟和社會效益。

1 尾礦性質

1.1 礦物組成

礦石類型以網脈狀為主,另有浸染狀和少量致密塊狀三種自然類型。礦石工業類型有鎢鉬礦石和鉬鉍多金屬礦石,礦石中有用礦物有黑鎢礦、白鎢礦、輝鉬礦、輝鉍礦、黃鐵礦、磷釔礦、獨居石、金紅石等,脈石礦物主要是長石、石英和云母等。

1.2 選礦原則流程

公司根據礦石原礦性質的不同,分別建了兩個選廠:鎢選廠和鉬選廠,鎢選廠(處理鎢鉬礦石)選礦原則流程采用“重-浮”聯合流程,重選選鎢,重選尾礦再磨再選鉬、鉍;鉬選廠(處理鉬鉍礦石)選礦原則流程采用“浮-重”聯合流程,先浮選選鉬、鉍,浮選尾礦再重選選鎢。

1.3 尾礦粒度特性

尾礦顆粒分布見表1。

表1 尾礦顆粒分布表

尾礦粒度-0.074 mm占39.21%,尾礦平均粒徑0.117 mm,密度ρ=2.57 t/m3。

1.4 礦漿量及濃度

干尾礦量:鎢選廠的干尾礦量為70.8 t/h。鉬選廠的干尾礦量為25 t/h。

尾礦礦漿濃度:鎢選廠尾礦礦漿濃度24%,鉬選廠尾礦礦漿濃度29.5%。

2 尾礦輸送系統簡述

2.1 尾礦輸送系統主要參數

輸送方式確定:根據地形特點,尾礦輸送系統采用壓力輸送加自流輸送的方式。先用砂泵將尾礦揚送到尾礦庫庫尾的小山梁上(標高為312 m)的礦漿緩沖池中,再采用自流方式用管道將礦漿引到壩前進行分散放礦。

砂泵運行方式確定:由于鎢選廠是二個系統四個系列,為了便于生產調度,鎢選廠的尾礦輸送系統采用二開一備用的方式,鉬廠的尾礦輸送系統采用一開一備用的方式。

主要參數確定:經過實地測量,選廠尾礦的總排口標高為207 m,山梁上的礦漿緩沖池頂標高為314 m,壓力管長1 590 m,自流管長1 800 m。

2.2 陶瓷內襯復合鋼管的成功運用

2.2.1 相關參數的計算

以鎢選廠為例計算:根據鎢選廠尾礦礦漿的特性可知,尾礦壓力輸送的臨界流速不宜小于1.6 m/s。輸送系統采用2開1備方法,管道敷設長度為1 590 m。

通過計算可知管網損失為0.180 m。

根據臨界管道內徑0.18 m計算管道的沿程阻力為59.38 m。

根據實際管道要鋪設的地形,彎道比較多,局部阻力損失按沿程阻力損失的0.4倍計算,可知管道的阻力損失為83.14 m。

由鎢選廠砂泵房+207.25 m至高位緩沖池+312 m的幾何高差為104.75 m,加之尾礦密度約為1.172 t/m3,計算豎向揚程為122.77 m。

由以上的簡單壓力計算可知,輸送鎢選廠尾礦的輸送管道需承受壓力約為210 m H2O柱,且需有耐磨、耐壓及抗剪性能能力強的管道。

同樣,根據鉬礦尾礦礦漿的特性及管道敷設長度為1 550 m,輸送系統采用1開1備的方法,輸送鉬選廠尾礦的輸送管道需承受壓力約為210 m H2O柱,且需有耐磨、耐壓及抗剪性能能力強的管道。

2.2.2 尾礦輸送管的比較選擇

尾礦輸送管道的特性直接影響到選礦廠的生產是否正常,現列舉國內外在尾礦輸送中常用的管材特性作比較,詳情見表2。

綜合以上幾種尾礦輸送管道的物理等性能,尾礦輸送管道確定采用陶瓷內襯復合鋼管。鎢選廠選用外徑為219 mm(內徑為179 mm),其中無縫鋼管的壁厚14 mm,陶瓷層厚6 mm,陶瓷管道的彎頭采用無縫鋼管加厚至17 mm,管道彎曲半徑約為1 m;鉬選廠選用外徑為203 mm(內徑為163 mm),其中無縫鋼管的壁厚14 mm,陶瓷層厚6 mm,陶瓷管道的彎頭采用無縫鋼管加厚至17 mm,管道彎曲半徑約為1 m。

表2 國內外在尾礦輸送中常用的管材及特性表

2.2.3 陶瓷內襯復合鋼管的特點

陶瓷內襯復合鋼管是國家“八六三”計劃由北京科技大學研制成功,是具有國際先進水平的復合新型材料[1]。陶瓷內襯復合鋼管從內到外由陶瓷層、過渡層和鋼管層組成。陶瓷層是由2 600℃以上的熔融氧化鋁在離心力的作用下均勻復合在鋼管內壁后凝固形成的,致密、光滑,與鋼管貼切、牢固的結合地一起。因此具有以下幾大優點:

1.良好的耐磨性:陶瓷內襯復合鋼管內層為莫氏陶瓷,硬度在9.0以上,相當于HRC90。

2.耐腐蝕性、耐酸度96%～98%與高剛玉瓷相當,耐蝕性比不銹鋼高10倍。

3.運行阻力小:阻力系數比普通鋼管小,可以降低管線運行阻力,減少運行費用。

4.安裝施工方便:可以采用焊接、法蘭和柔性快速連接等方法,比較方便。

2.3 砂泵多級串聯加壓輸送尾礦的系統

2.3.1 相關參數的計算

以鎢選廠為例計算:由于鎢選廠的砂泵吸漿池最低液位標高在+208.0 m的標高處。根據上述尾礦輸送方案,從鎢選礦廠砂泵房至+312 m礦漿緩沖池的管道敷設距離約為1 590 m。礦漿緩沖池的最高液位標高+313 m。管道從礦漿池的池頂通過。即最高點為+314 m。鎢選廠的尾砂輸送管道采用陶瓷內襯復合鋼管,管道內徑為179 mm。根據陶瓷復合管的性能參數,計算其管道管路損失為59.38 m。

根據實際管道要鋪設的地形,彎道比較多,局部阻力損失按沿程阻力損失的0.4倍計算,可知管道的阻力損失為83.14 m。

由鎢選廠砂泵房+208.0 m至高位緩沖池+314 m的幾何高差為106 m,加之尾礦密度約為1.172 t/m3,即豎向揚程為124.23 m,通過計算尾砂泵的清水揚程為209.37 m。

考慮砂泵在運行期間內葉輪磨損的揚程損失,揚程拆減系數以0.90考慮時,砂泵的總揚程需要232.64 m。

同樣,根據鉬選廠的尾礦輸送特性,砂泵的總揚程需要230.7 m。

2.3.2 砂泵選型配置方案

從上述簡單的理論計算可以看出,兩個選廠的泵送總揚程均在230 m以上,而目前國內技術成熟、運用廣泛的大流量渣漿泵單臺揚程還無法達到230 m,一般都在100 m以下,所以比較常見的高揚程、遠距離的尾礦輸送系統,大都采用建設二級或三級砂泵站進行接力輸送的辦法。根據計算結果,按傳統辦法設計,公司需要建設三級砂泵站才能達到尾礦揚送的目的。三級砂泵站的建設,不僅投資大,建設周期長(土建工程量大),征用土地多(每級砂泵站都必須建有尾砂泵房和事故池等),特別是由于操作人員多、分布分散給生產指揮協調帶來不便。通過公司技術人員的攻關,發明并成功運用了砂泵多級串聯輸送尾礦的系統與方法。經過計算,鎢選廠渣漿泵的型號選擇100ZGB渣漿泵,其性能參數為 Q =190 m3/h;H=90 m;n=1 480 r/min;P=132 kW。鉬選廠渣漿泵的型號選擇80ZGB渣漿泵,其性能參數為Q=85 m3/h;H=92 m;n=1 480 r/min;P=110 kW。采用三臺砂泵串聯加壓輸送的辦法,同時在壓力管沿線設置多個緩沖靜樁。安裝形象圖見圖1。

圖1 三臺砂泵串聯安裝形象圖1-礦漿恒壓池;2-礦漿進漿管;3-第一級砂泵;4-中間連接管;5-第二級砂泵;6-第三級砂泵;8-傳動電機;9-變頻控制器;10-輸送管;11-尾礦庫;12-事故池

2.3.3 砂泵多級串聯輸送的特點

根據尾礦的輸送距離和揚程,確定尾礦漿的出發壓力;礦漿恒壓池內的尾礦漿通過礦漿進漿管進入第一級砂泵進行加壓,通過第一級砂泵加壓后的尾礦漿通過中間連接管依次被泵入至少一個下一級砂泵,而且在每個下一級砂泵都被進一步加壓,直到多級加壓后的尾礦漿達到所需的出發壓力;多級加壓后的尾礦漿經輸送管被直接輸送至尾礦庫。將傳統的多級砂泵站的砂泵集中到一個砂泵站,將多臺砂泵相互串聯起來使用,以達到提高礦漿的壓力,從而一次揚送到尾礦庫。

達到的有益效果是:減少了建設多個砂泵站的投資費用;減少了砂泵站的占地面積:操作人員少,操作維修更集中,管理更方便。

2.4 變頻器及液位控制傳感器的成功運用

為了避免尾礦揚送時砂泵產生氣蝕現象,公司在第一級砂泵前的恒壓池上方安裝了液位探測控制器,同時對第三級砂泵的電機采用變頻器控制,通過液位探測控制器將砂泵池內的液位變化信息傳輸給變頻器[2],變頻器根據液位的高低自動調整電機的頻率和電壓,從而調整電機的轉速,以達到調節礦漿輸送量的目的:液位上升時電機轉數加快,礦漿輸送量增大;液位下降時電機轉數減慢,礦漿輸送量減小,這樣使礦漿面始終保持在一定的高度位置,不會產生氣蝕現象。采用變頻技術控制后還起到了節能的作用。

3 結 論

1.陶瓷內襯復合鋼管具有故障率低,耐磨性能好的特點,運行近一年沒有出現過一次故障。

2.在高揚程、遠距離尾礦輸送系統中,采用多級砂泵串聯輸送,不僅可以有效地縮短建設周期,降低建設費用,節省土地,同時還為選礦生產的統一調度提供了方便。

3.變頻器的合理使用,不僅可以穩定砂泵的工況條件,同時通過近半年的試運行,尾礦輸送系統運行良好,砂泵運行平穩。

4.上述方法值得同類礦山推薦使用。

[1] 嚴晉生.陶瓷復合鋼管耐磨性能研究[J].礦業快報,2002, (18):7-8.

[2] 楊冬茜,王建淵,王創成.高壓變頻器在尾礦輸送系統改造中的應用[J].電源技術應用,2006,(3):47-49.