水隔膜泵在尾礦輸送系統(tǒng)中的應用研究

陳 娟

(大冶有色金屬有限責任公司銅山口銅礦， 湖北 大冶市 435122)

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水隔膜泵在尾礦輸送系統(tǒng)中的應用研究

陳 娟

(大冶有色金屬有限責任公司銅山口銅礦， 湖北 大冶市 435122)

尾礦水力輸送系統(tǒng)中，尾礦礦漿的輸送濃度與輸送設備配置以及回水綜合利用、工程建設投資及生產(chǎn)運營成本等都有直接關系。需根據(jù)生產(chǎn)特點、總體布置、地形條件進行多方案的技術經(jīng)濟比較，才能確定最優(yōu)輸送配置方案。基于水隔膜泵的性能特點，與常用尾礦輸送泵作技術經(jīng)濟對比分析，以馬角石銅礦尾礦輸送為例，確定水隔膜泵作為該礦山尾礦輸送動力設備最為經(jīng)濟合理。同時優(yōu)選出最佳尾礦輸送濃度與之匹配，使尾礦輸送系統(tǒng)經(jīng)濟節(jié)能、安全環(huán)保。

尾礦；水力輸送；水隔膜泵；砂泵

0 引 言

尾礦是礦山選礦廠的排放物，其中含有選礦藥劑以及具有某些遠景價值金屬，需輸送至尾礦庫堆存。好的尾礦輸送系統(tǒng)是保證礦山安全綠色生產(chǎn)，獲得良好經(jīng)濟效益的重要組成部分之一。尾礦水力輸送系統(tǒng)中，尾礦礦漿的輸送濃度與輸送設備配置以及回水綜合利用、工程建設投資及生產(chǎn)運營成本等都有直接關系。同時，尾礦排放濃度影響尾砂流動性，對尾礦壩筑壩安全穩(wěn)定性也有諸多影響。如何選擇尾礦輸送工藝和相適應的尾礦輸送濃度，以及配置尾礦輸送設備，需做綜合技術經(jīng)濟比較研究，才能得到最優(yōu)方案。水隔膜泵以水為驅(qū)動液體，推動隔膜，隔膜推動礦漿流動。水隔膜泵綜合了水隔離泵流量大和隔離泵揚程高的雙重特點。本文基于水隔膜泵的性能特點，與常用尾礦輸送泵作技術經(jīng)濟對比分析研究，以具體礦山尾礦輸送為實例，確定水隔膜泵作為該礦山尾礦輸送動力設備最合理。同時優(yōu)選出最佳尾礦輸送濃度與之匹配，使尾礦輸送系統(tǒng)經(jīng)濟節(jié)能、安全環(huán)保。

1 砂泵配置方案對比研究

1.1 尾礦物理性質(zhì)

馬角石銅礦選廠采用浮選工藝，產(chǎn)量6000 t/d，尾礦產(chǎn)率98.29%。尾礦漿：濃度ρ=29.22%，比重γg=2.5 t/m3，-200目占75%，平均粒徑dp=0.0814 mm。全粒級尾礦有足夠的粗尾砂用于尾礦庫子壩堆筑，尾礦庫采用濃度29.22%尾礦直接沖積筑壩。

1.2 輸送泵配置方案確定

根據(jù)馬角石銅礦區(qū)總體布局，砂泵站標高+2872 m，尾礦壩終了標高+3105 m，輸送高度233 m，輸送距離2100 m。水隔膜泵適用于1.6～10 MPa范圍內(nèi)的漿體輸送，總效率在75%～80%。水隔膜泵與水隔離泵的輸送壓力和流量近似，但水隔離泵是靠浮動鋼球在隔離罐中上下浮動隔離水漿，只有在罐體中壓差流速大于浮球運動與罐壁形成的剪切流速時，才能保證不混漿，水耗在3%～5%。鋼球與罐壁間隙從2 mm磨損至4 mm，水耗增加10%，若磨損間隙增至5 mm，則壓差流平均流速小于剪切流平均流速，出現(xiàn)混漿現(xiàn)象。水隔膜泵是在圓柱形罐體中放置囊型隔膜，將清水和漿體徹底隔離。工作原理如圖1所示，高位料漿向隔離罐體給料，礦漿經(jīng)逆止閥進入隔囊中至充滿囊體，此過程中清水回水閥打開，清水進水閥關閉。排料時，清水進水閥打開，清水回水閥關閉，高壓清水進入罐體中擠壓出漿體，漿體經(jīng)逆止閥進入輸送管道。3個罐體中各電動閥均由微機控制，從而3個罐體以120°不斷進料和排料，形成穩(wěn)定的礦漿流。因此，水隔膜泵較水隔離泵效率高15%，無混漿，無水耗，價格也高1.3～1.5倍。水隔膜泵與油隔離泵相比，具有清潔廉價，運動頻率低，維修備件費用僅為油隔膜泵0.25倍。隔離泵(奇好泵)與水隔膜泵相比較，隔膜泵技術先進，總效率在80%～85%，但價格高，適用于高揚程輸送系統(tǒng)。輸送壓力≤6.3 MPa時，水隔膜泵性價比要高，且年備件費用遠遠低于隔膜泵。隔膜泵與水隔膜泵在0.4 MPa壓力下，隔膜泵因效率高5%，節(jié)約的電費、備件費用情況，價格倍數(shù)，綜合效益統(tǒng)計見表1。

圖1 水隔膜泵工作原理

流量/(m3/h)壓力/MPa隔膜泵年節(jié)約電費/萬元隔膜泵備件費差額/萬元價格倍數(shù)1504．05．32532804．09．53534504．016．1503

綜上所述，本次尾礦輸送設計砂泵選型可采用水隔膜泵一次揚送或渣漿泵接力輸送方案。

渣漿泵接力輸送(方案Ⅰ)：三級泵站串聯(lián)接力輸送，每級泵站配置200ZJ-850B型渣漿泵，流量807 m3/h，揚程113.6 m，配套電機功率560 kW，電壓6 kV，1泵1管工作，共2臺泵，1用1備，輸送管徑DN350 mm。

水隔膜泵輸送方案(方案Ⅱ)：單級泵站一次輸送，砂泵泵站配置SGMB400/4.0型水隔膜泵，流量400 m3/h，壓力4.0 MPa，揚程290 m，配套電機功率630 kW，電壓10 kV，2泵2管工作，共3臺泵，2用1備，管徑DN225 mm。

方案Ⅰ與方案Ⅱ優(yōu)缺點對比見表2。由表2可知，方案Ⅱ比方案Ⅰ投資多255.55萬元，但年經(jīng)營費比方案Ⅰ少202.6萬元，2 a即可收回多余投資。方案Ⅱ中只工作一臺泵時，適合選廠分期建設投產(chǎn)。因此，綜合技術經(jīng)濟性比較，方案Ⅱ尾礦輸送系統(tǒng)優(yōu)越，即水隔膜泵一段輸送。

表2 渣漿泵接力輸送與水隔膜泵輸送優(yōu)缺點對比

2 尾礦輸送濃度確定

對馬角石銅礦選礦廠尾礦輸送濃度提出3個可行性方案。3種輸送濃度方案的技術經(jīng)濟比較及優(yōu)缺點對比見表3。

方案Ⅰ：選礦廠浮選尾礦濃度29.22%直接輸送。

方案Ⅱ：將選礦廠浮選尾礦濃度濃密至45%再輸送。

方案Ⅲ：將選礦廠浮選尾礦濃度濃密至45%輸送至尾礦壩頂，再在壩頂放礦前稀釋至30%排放。

由表3可知，方案Ⅰ前期一次性投資較少，但年經(jīng)營費用稍偏高。方案Ⅱ的前期一次性投資較高，尾砂流動性差，粗細尾砂難分離，對尾礦庫筑壩安全性有影響。方案Ⅲ的前期一次性投資亦較高，工藝復雜，環(huán)節(jié)多，人工成本高，而且技術不成熟。經(jīng)過對上述3種濃度方案的技術經(jīng)濟比較和優(yōu)缺點比較，采用方案Ⅰ較優(yōu)，即采用按浮選濃度為29.22%的尾礦直接輸送至尾礦庫。

3 水隔膜泵選型方法

3.1 水隔膜泵選型計算

水隔膜泵流量計算：

式中：K——流量波動系數(shù)；

Q——尾砂輸送量，m3/h。

經(jīng)計算，Qb=381.6 m3/h。

輸送礦漿所需總揚程：

式中：γk——礦漿比重，t/m3；

H——輸送礦漿幾何高差，m；

Lik——最大沿程水頭損失，m；

hj——管路局部水頭損失，m；

hn——泵站內(nèi)水頭損失，m；

hy——剩余水頭，m。

經(jīng)計算，Hx=361.01 m。

依據(jù)計算，選擇SGMB400-4.0型水隔膜泵合適，額定輸送壓力4.0 MPa，流量400 m3/h。

3.2 輸送管路水力計算

計算選用B.C.克諾羅茲方法。當0.07

式中：Qk——礦漿流量，0.106 m3/s；

Dl——臨界管徑，m；

Cd——礦漿重量濃度的100倍，29.22；

β——比重修正系數(shù)，0.8824。

經(jīng)計算，Qk=0.225 m。

對于高濃度尾礦輸送，可采用我國陜西水科所方法確定礦漿輸送的臨界流速，公式如下：

式中：Vl——臨界流速，m/s；

g——重力加速度，取g=9.81；

CV——體積濃度的100倍；

經(jīng)計算，Vl=2.28m/s。

試驗統(tǒng)計和經(jīng)驗表明，適當縮小管徑和增大礦漿流速可降低礦漿沉降速度，減小管道磨損；同時可以防止礦漿凍結，提高尾礦管道的抗凍能力。一般情況下，當?shù)V漿流速大于1.5m/s以上時，不會產(chǎn)生管道凍結。因此，本設計中尾礦輸送管道選用外徑Φ245，壁厚10mm，內(nèi)襯6mm聚氨酯耐磨材料的鋼襯復合管道。礦漿輸送流速按V=1.1×Vl=2.508m/s設計。

4 結 論

在尾礦水力輸送系統(tǒng)設計中，尾礦礦漿的輸送濃度與輸送設備配置相互影響，決定了工程建設投資及生產(chǎn)運營成本。因而各礦山尾礦物理性質(zhì)和工程條件均不同，因而各礦山尾礦輸送系統(tǒng)具有各自的特點，尾礦輸送系統(tǒng)設計需以計算為基礎，并查閱大量的數(shù)據(jù)進行類比，尤其是成功案例。本文對水隔膜在馬角石銅礦尾礦輸送系統(tǒng)的應用進行了探討，從不同尾礦輸送泵的優(yōu)缺點和3種可行性礦漿濃度輸送方案兩個方面作技術經(jīng)濟對比分析，確定了水隔膜泵作為該礦山尾礦輸送動力設備最合理，同時優(yōu)選出最佳尾礦輸送濃度與之匹配。目前馬角石銅礦尾礦輸送系統(tǒng)已投入運行，系統(tǒng)暢通，水隔膜泵故障率低，取得了良好的經(jīng)濟效益。

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.尾礦設施設計規(guī)范[S].(

2016-02-19)

陳 娟(1976-)，女，湖北鄂州人，主要從事礦山機械設備管理工作，Email：40474525@qq.com。