技術(shù)創(chuàng)新在尾礦輸送系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)踐

文儒景

(江西分宜珠江礦業(yè)有限公司,江西分宜 336606)

江西分宜珠江礦業(yè)有限公司原用的老尾礦庫(kù)由于服務(wù)期滿(mǎn),2010年公司開(kāi)始著手新的尾礦庫(kù)設(shè)計(jì)、建設(shè)工作。新尾礦庫(kù)設(shè)計(jì)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(dāng)尾礦壩貯存尾礦高程為260.0 m時(shí),尾礦庫(kù)總庫(kù)容554.52×104m3。該尾礦庫(kù)于2011年11月份投入試運(yùn)行。

尾礦輸送系統(tǒng)作為企業(yè)的重要環(huán)保設(shè)施之一,其運(yùn)行狀況的好壞不僅直接影響企業(yè)的正常生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益,還會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成影響。所以公司根據(jù)實(shí)際地形條件,通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì),成功地采用了具有國(guó)際選進(jìn)水平的陶瓷內(nèi)襯復(fù)合鋼管作為尾礦輸送壓力管道;具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“砂泵多級(jí)串聯(lián)輸送尾礦的系統(tǒng)與方法”和“砂泵電機(jī)變頻控制系統(tǒng)”以及礦漿液位自動(dòng)控制系統(tǒng)。通過(guò)近一年的試運(yùn)行,尾礦輸送系統(tǒng)運(yùn)行良好,取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

1 尾礦性質(zhì)

1.1 礦物組成

礦石類(lèi)型以網(wǎng)脈狀為主,另有浸染狀和少量致密塊狀三種自然類(lèi)型。礦石工業(yè)類(lèi)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(dú)居石、金紅石等,脈石礦物主要是長(zhǎng)石、石英和云母等。

1.2 選礦原則流程

公司根據(jù)礦石原礦性質(zhì)的不同,分別建了兩個(gè)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(lián)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(lián)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(jiàn)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(tǒng)簡(jiǎn)述

2.1 尾礦輸送系統(tǒng)主要參數(shù)

輸送方式確定:根據(jù)地形特點(diǎn),尾礦輸送系統(tǒng)采用壓力輸送加自流輸送的方式。先用砂泵將尾礦揚(yáng)送到尾礦庫(kù)庫(kù)尾的小山梁上(標(biāo)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(jìn)行分散放礦。

砂泵運(yùn)行方式確定:由于鎢選廠是二個(gè)系統(tǒng)四個(gè)系列,為了便于生產(chǎn)調(diào)度,鎢選廠的尾礦輸送系統(tǒng)采用二開(kāi)一備用的方式,鉬廠的尾礦輸送系統(tǒng)采用一開(kāi)一備用的方式。

主要參數(shù)確定:經(jīng)過(guò)實(shí)地測(cè)量,選廠尾礦的總排口標(biāo)高為207 m,山梁上的礦漿緩沖池頂標(biāo)高為314 m,壓力管長(zhǎng)1 590 m,自流管長(zhǎng)1 800 m。

2.2 陶瓷內(nèi)襯復(fù)合鋼管的成功運(yùn)用

2.2.1 相關(guān)參數(shù)的計(jì)算

以鎢選廠為例計(jì)算:根據(jù)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(tǒng)采用2開(kāi)1備方法,管道敷設(shè)長(zhǎng)度為1 590 m。

通過(guò)計(jì)算可知管網(wǎng)損失為0.180 m。

根據(jù)臨界管道內(nèi)徑0.18 m計(jì)算管道的沿程阻力為59.38 m。

根據(jù)實(shí)際管道要鋪設(shè)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(jì)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(jì)算豎向揚(yáng)程為122.77 m。

由以上的簡(jiǎn)單壓力計(jì)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(qiáng)的管道。

同樣,根據(jù)鉬礦尾礦礦漿的特性及管道敷設(shè)長(zhǎng)度為1 550 m,輸送系統(tǒng)采用1開(kāi)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(qiáng)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(chǎn)是否正常,現(xiàn)列舉國(guó)內(nèi)外在尾礦輸送中常用的管材特性作比較,詳情見(jiàn)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(nèi)襯復(fù)合鋼管。鎢選廠選用外徑為219 mm(內(nèi)徑為179 mm),其中無(wú)縫鋼管的壁厚14 mm,陶瓷層厚6 mm,陶瓷管道的彎頭采用無(wú)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(nèi)徑為163 mm),其中無(wú)縫鋼管的壁厚14 mm,陶瓷層厚6 mm,陶瓷管道的彎頭采用無(wú)縫鋼管加厚至17 mm,管道彎曲半徑約為1 m。

表2 國(guó)內(nèi)外在尾礦輸送中常用的管材及特性表

2.2.3 陶瓷內(nèi)襯復(fù)合鋼管的特點(diǎn)

陶瓷內(nèi)襯復(fù)合鋼管是國(guó)家“八六三”計(jì)劃由北京科技大學(xué)研制成功,是具有國(guó)際先進(jìn)水平的復(fù)合新型材料[1]。陶瓷內(nèi)襯復(fù)合鋼管從內(nèi)到外由陶瓷層、過(guò)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(fù)合在鋼管內(nèi)壁后凝固形成的,致密、光滑,與鋼管貼切、牢固的結(jié)合地一起。因此具有以下幾大優(yōu)點(diǎn):

1.良好的耐磨性:陶瓷內(nèi)襯復(fù)合鋼管內(nèi)層為莫氏陶瓷,硬度在9.0以上,相當(dāng)于HRC90。

2.耐腐蝕性、耐酸度96%～98%與高剛玉瓷相當(dāng),耐蝕性比不銹鋼高10倍。

3.運(yùn)行阻力小:阻力系數(shù)比普通鋼管小,可以降低管線(xiàn)運(yùn)行阻力,減少運(yùn)行費(fèi)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(jí)串聯(lián)加壓輸送尾礦的系統(tǒng)

2.3.1 相關(guān)參數(shù)的計(jì)算

以鎢選廠為例計(jì)算:由于鎢選廠的砂泵吸漿池最低液位標(biāo)高在+208.0 m的標(biāo)高處。根據(jù)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(shè)距離約為1 590 m。礦漿緩沖池的最高液位標(biāo)高+313 m。管道從礦漿池的池頂通過(guò)。即最高點(diǎn)為+314 m。鎢選廠的尾砂輸送管道采用陶瓷內(nèi)襯復(fù)合鋼管,管道內(nèi)徑為179 mm。根據(jù)陶瓷復(fù)合管的性能參數(shù),計(jì)算其管道管路損失為59.38 m。

根據(jù)實(shí)際管道要鋪設(shè)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(jì)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(yáng)程為124.23 m,通過(guò)計(jì)算尾砂泵的清水揚(yáng)程為209.37 m。

考慮砂泵在運(yùn)行期間內(nèi)葉輪磨損的揚(yáng)程損失,揚(yáng)程拆減系數(shù)以0.90考慮時(shí),砂泵的總揚(yáng)程需要232.64 m。

同樣,根據(jù)鉬選廠的尾礦輸送特性,砂泵的總揚(yáng)程需要230.7 m。

2.3.2 砂泵選型配置方案

從上述簡(jiǎn)單的理論計(jì)算可以看出,兩個(gè)選廠的泵送總揚(yáng)程均在230 m以上,而目前國(guó)內(nèi)技術(shù)成熟、運(yùn)用廣泛的大流量渣漿泵單臺(tái)揚(yáng)程還無(wú)法達(dá)到230 m,一般都在100 m以下,所以比較常見(jiàn)的高揚(yáng)程、遠(yuǎn)距離的尾礦輸送系統(tǒng),大都采用建設(shè)二級(jí)或三級(jí)砂泵站進(jìn)行接力輸送的辦法。根據(jù)計(jì)算結(jié)果,按傳統(tǒng)辦法設(shè)計(jì),公司需要建設(shè)三級(jí)砂泵站才能達(dá)到尾礦揚(yáng)送的目的。三級(jí)砂泵站的建設(shè),不僅投資大,建設(shè)周期長(zhǎng)(土建工程量大),征用土地多(每級(jí)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(chǎn)指揮協(xié)調(diào)帶來(lái)不便。通過(guò)公司技術(shù)人員的攻關(guān),發(fā)明并成功運(yùn)用了砂泵多級(jí)串聯(lián)輸送尾礦的系統(tǒng)與方法。經(jīng)過(guò)計(jì)算,鎢選廠渣漿泵的型號(hào)選擇100ZGB渣漿泵,其性能參數(shù)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(hào)選擇80ZGB渣漿泵,其性能參數(shù)為Q=85 m3/h;H=92 m;n=1 480 r/min;P=110 kW。采用三臺(tái)砂泵串聯(lián)加壓輸送的辦法,同時(shí)在壓力管沿線(xiàn)設(shè)置多個(gè)緩沖靜樁。安裝形象圖見(jiàn)圖1。

圖1 三臺(tái)砂泵串聯(lián)安裝形象圖1-礦漿恒壓池;2-礦漿進(jìn)漿管;3-第一級(jí)砂泵;4-中間連接管;5-第二級(jí)砂泵;6-第三級(jí)砂泵;8-傳動(dòng)電機(jī);9-變頻控制器;10-輸送管;11-尾礦庫(kù);12-事故池

2.3.3 砂泵多級(jí)串聯(lián)輸送的特點(diǎn)

根據(jù)尾礦的輸送距離和揚(yáng)程,確定尾礦漿的出發(fā)壓力;礦漿恒壓池內(nèi)的尾礦漿通過(guò)礦漿進(jìn)漿管進(jìn)入第一級(jí)砂泵進(jìn)行加壓,通過(guò)第一級(jí)砂泵加壓后的尾礦漿通過(guò)中間連接管依次被泵入至少一個(gè)下一級(jí)砂泵,而且在每個(gè)下一級(jí)砂泵都被進(jìn)一步加壓,直到多級(jí)加壓后的尾礦漿達(dá)到所需的出發(fā)壓力;多級(jí)加壓后的尾礦漿經(jīng)輸送管被直接輸送至尾礦庫(kù)。將傳統(tǒng)的多級(jí)砂泵站的砂泵集中到一個(gè)砂泵站,將多臺(tái)砂泵相互串聯(lián)起來(lái)使用,以達(dá)到提高礦漿的壓力,從而一次揚(yáng)送到尾礦庫(kù)。

達(dá)到的有益效果是:減少了建設(shè)多個(gè)砂泵站的投資費(fèi)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(yùn)用

為了避免尾礦揚(yáng)送時(shí)砂泵產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象,公司在第一級(jí)砂泵前的恒壓池上方安裝了液位探測(cè)控制器,同時(shí)對(duì)第三級(jí)砂泵的電機(jī)采用變頻器控制,通過(guò)液位探測(cè)控制器將砂泵池內(nèi)的液位變化信息傳輸給變頻器[2],變頻器根據(jù)液位的高低自動(dòng)調(diào)整電機(jī)的頻率和電壓,從而調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速,以達(dá)到調(diào)節(jié)礦漿輸送量的目的:液位上升時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)加快,礦漿輸送量增大;液位下降時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)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(huì)產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象。采用變頻技術(shù)控制后還起到了節(jié)能的作用。

3 結(jié) 論

1.陶瓷內(nèi)襯復(fù)合鋼管具有故障率低,耐磨性能好的特點(diǎn),運(yùn)行近一年沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)一次故障。

2.在高揚(yáng)程、遠(yuǎn)距離尾礦輸送系統(tǒng)中,采用多級(jí)砂泵串聯(lián)輸送,不僅可以有效地縮短建設(shè)周期,降低建設(shè)費(fèi)用,節(jié)省土地,同時(shí)還為選礦生產(chǎn)的統(tǒng)一調(diào)度提供了方便。

3.變頻器的合理使用,不僅可以穩(wěn)定砂泵的工況條件,同時(shí)通過(guò)近半年的試運(yùn)行,尾礦輸送系統(tǒng)運(yùn)行良好,砂泵運(yùn)行平穩(wěn)。

4.上述方法值得同類(lèi)礦山推薦使用。

[1] 嚴(yán)晉生.陶瓷復(fù)合鋼管耐磨性能研究[J].礦業(yè)快報(bào),2002, (18):7-8.

[2] 楊冬茜,王建淵,王創(chuàng)成.高壓變頻器在尾礦輸送系統(tǒng)改造中的應(yīng)用[J].電源技術(shù)應(yīng)用,2006,(3):47-49.