水廠鐵礦尾礦高效濃縮輸送系統(tǒng)技術(shù)改造

劉志剛

(北京首鋼礦山建設(shè)工程有限責(zé)任公司)

水廠鐵礦是首鋼主要的原料生產(chǎn)基地，年精礦粉產(chǎn)量為350萬(wàn)t，占礦業(yè)公司精礦粉產(chǎn)量的80%左右，水廠鐵礦生產(chǎn)的穩(wěn)定和質(zhì)量的達(dá)標(biāo)，是保證股份公司爐料供應(yīng)的關(guān)鍵，也直接影響著礦業(yè)公司的整體經(jīng)濟(jì)效益。水廠鐵礦現(xiàn)運(yùn)行新選廠和老選廠兩個(gè)系統(tǒng)，新選廠運(yùn)行7個(gè)系列，尾礦干量886 t/h，濃度11.9%，采用直徑53 m濃密機(jī)4臺(tái)，分為2組，每組2臺(tái)濃密機(jī)串聯(lián)濃縮(2段濃縮)至25%；老選廠運(yùn)行10個(gè)系列，尾礦干量559 t/h，濃度10.6%，采用直徑50 m濃密機(jī)4臺(tái)，分為2組，每組2臺(tái)濃密機(jī)串聯(lián)濃縮(2段濃縮)至25%；新老系統(tǒng)尾礦合并后通過(guò)四級(jí)泵站加壓，采用D720×25的普通焊管(單管運(yùn)行)輸送至尾礦庫(kù)。為提高經(jīng)濟(jì)效益，水廠鐵礦針對(duì)尾礦濃縮輸送系統(tǒng)存在的一系列問(wèn)題進(jìn)行了技術(shù)改造，改造后解決了現(xiàn)有問(wèn)題，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

1 改造前尾礦濃縮輸送系統(tǒng)存在的問(wèn)題

(1)溢流水水質(zhì)差，平均懸浮物濃度為2%，超出尾礦設(shè)計(jì)規(guī)定中懸浮物小于0.03%的規(guī)定，循環(huán)使用影響選廠精礦產(chǎn)品質(zhì)量[1-2]。通過(guò)采用高效濃密機(jī)，改善溢流水水質(zhì)，以滿(mǎn)足選廠用水生產(chǎn)要求。

(2)底流濃度較低，2段濃縮平均濃度僅為25%，尾礦輸送成本較高。改造后尾礦濃度可達(dá)45%以上，降低了尾礦輸送成本，經(jīng)濟(jì)效益增加[3]。

(3)尾礦輸送采用四級(jí)加壓泵站輸送，生產(chǎn)組織管理復(fù)雜，能耗、備品備件費(fèi)和運(yùn)行成本均較高。改造后采用一級(jí)泵站輸送，維護(hù)管理簡(jiǎn)單，減少了運(yùn)行成本。

(4)尾礦管道老化嚴(yán)重，跑冒滴漏、爆管現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，由于地方關(guān)系影響，尾礦管道經(jīng)常帶病作業(yè)，直接阻礙生產(chǎn)組織工作正常進(jìn)行。通過(guò)更換尾礦管道，可提高尾礦運(yùn)行的安全性和可靠性，同時(shí)可凈化企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)環(huán)境[4]。

(5)為了延長(zhǎng)尾礦庫(kù)服務(wù)年限、減少尾礦輸送量、提高尾礦資源綜合利用率,礦山將陸續(xù)開(kāi)展尾礦選建筑砂、尾礦選填海砂，最終實(shí)現(xiàn)尾礦干排以解決尾礦庫(kù)這一瓶頸問(wèn)題，但尾礦濃度低將不能適應(yīng)以上改造要求。

2 改造內(nèi)容及效果

針對(duì)上述問(wèn)題,北京首鋼礦山建設(shè)工程有限責(zé)任公司分別對(duì)尾礦進(jìn)行了濃縮試驗(yàn)和高濃度輸送運(yùn)行參數(shù)測(cè)定。在此基礎(chǔ)上，對(duì)尾礦濃縮系統(tǒng)、高濃度輸送系統(tǒng)和三水系統(tǒng)進(jìn)行了改造。

2.1 尾礦濃縮系統(tǒng)改造

2.1.1 濃密機(jī)改造

將新選廠兩臺(tái)直徑53 m普通周邊傳動(dòng)濃密機(jī)、老選廠兩臺(tái)直徑50 m普通周邊傳動(dòng)濃密機(jī)改造為液壓自動(dòng)提耙中心傳動(dòng)高效濃密機(jī)，與普通濃密機(jī)相比，高效濃密機(jī)特點(diǎn)突出，主要表現(xiàn)在：

(1)設(shè)置大直徑穩(wěn)流筒，集加藥、完全混合及均勻布礦為一體，螺旋切線給料使尾礦與絮凝劑快速充分的混合，均勻布礦避免了普通濃密機(jī)大顆粒徑直沉淀在中心部分，小顆粒被拋射到周邊難于沉降的缺點(diǎn)。

(2)在給料端設(shè)有消氣裝置，可避免絮凝顆粒的浮選效應(yīng)，防止?jié)饷軝C(jī)表面形成密集泡沫層，穩(wěn)定濃縮層，提高溢流水水質(zhì)。

(3)泥耙整體自動(dòng)液壓提升裝置使高效濃密機(jī)在超負(fù)荷時(shí)仍能保證設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的安全，提高了濃密機(jī)的抗沖擊負(fù)荷能力。

具體改造內(nèi)容如下：

(1)混凝土池體利舊使用，對(duì)池壁進(jìn)行加高處理，新選廠加高1.9 m，老選廠加高1.7 m，即提高了溢流口高度，增加了濃相區(qū)高度，又有利于底流濃度的提高。

(2)將中心柱鑿除至排礦位置，露鋼筋后重新澆筑鋼筋混凝土基礎(chǔ)和做鋼中心柱，在中心柱頂端設(shè)置直徑7 m圓柱型切線給料筒，筒下1.5～3.0 m處設(shè)置穩(wěn)流板將尾礦均勻給入濃密機(jī)內(nèi)，采用平流沉降技術(shù)，提高了沉淀效果和溢流水水質(zhì)。

(3)增設(shè)絮凝劑制備及投加裝置，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，投加濃度為0.03%的陰離子聚丙烯酰胺，給礦濃度為11%的情況下，濃密機(jī)底流濃度可濃縮至45%以上，絮凝劑投加量為25 g/t。

2.1.2 底流泵站改造

新選廠尾礦濃縮至45%濃度時(shí)，尾礦量為1 411.39 m3/h，可利舊使用選廠150ZJ-65型渣漿泵(性能參數(shù)：Q=150～720 m3/h，H=17.4～65 m，P=155 kW，U=380 V)，2用2備，增設(shè)變頻器對(duì)水泵進(jìn)行調(diào)速，以適應(yīng)尾礦量變化。

老選廠尾礦濃縮至45%濃度時(shí)，尾礦量890.45 m3/h。需將原有115 kW的PNJ泵改為150ZJ-58A型渣漿泵(性能參數(shù)：Q=450～550 m3/h，H=49.3～44.9 m，P=132 kW，U=380 V)，2用2備，變頻調(diào)速運(yùn)行，以適應(yīng)尾礦量變化。

2.2 高濃度輸送系統(tǒng)改造

2.2.1 尾礦外線路由及管材確定

根據(jù)總尾礦量2 301 m3/h，考慮管材的耐磨性及水廠鐵礦現(xiàn)有管材使用情況，尾礦輸送管道采用襯膠鋼管，依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)選用D559×10+11襯膠鋼管，鋼管采用X60管線鋼，流速2.56 m/s，大于臨界流速2.28 m/s，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。重新確定管道路由，沿采區(qū)道路敷設(shè)至尾礦庫(kù)，不與地方發(fā)生關(guān)系，徹底解決了由于地方阻擾而無(wú)法開(kāi)展檢修維護(hù)工作的難題。

2.2.2 隔膜泵站改造

總尾礦量2 301 m3/h，輸送高差146 m，輸送距離9 km，采用隔膜泵一級(jí)泵站輸送至尾礦庫(kù)。新設(shè)隔膜泵4臺(tái)，同時(shí)使用，隔膜泵性能參數(shù)：Q=630 m3/h，H=5.50 MPa，P=1 120 kW，10 kV。隔膜泵站利舊現(xiàn)有廠房，考慮1臺(tái)備用泵位置。

2.2.3 喂料泵站改造

利舊1#泵站作為喂料泵站，對(duì)現(xiàn)有4臺(tái)710 kW渣漿泵的葉輪和電機(jī)進(jìn)行改造，改造后泵的性能參數(shù)為：Q=1 300～1 500 m3/h，H=48～46 m，P=315 kW，U=6 kV。

2.3 三水系統(tǒng)改造

新、老選廠改造后增加環(huán)水總流量2 568.89 m3/h,其中老選廠增加 993.78 m3/h，老選廠環(huán)水泵站現(xiàn)有9臺(tái)350S-44型環(huán)水泵(性能參數(shù)：Q=1 260 m3/h，H=44 m，P=220 kW，6 kV)。現(xiàn)運(yùn)行4臺(tái)，改造后加開(kāi)1臺(tái)環(huán)水泵即可，無(wú)需改造。新選廠增加環(huán)水1 575.11 m3/h，新選廠環(huán)水泵站現(xiàn)有11臺(tái)環(huán)水泵，其中350S-44型8臺(tái)(性能參數(shù)：Q=1 260 m3/h，H=44 m，P=220 kW，6 kV)、350S-44A型3臺(tái)(性能參數(shù)：Q=1 116 m3/h，H=37 m，P=180 kW，380 V)。現(xiàn)運(yùn)行7臺(tái)(其中350S-44型6臺(tái)、350S-44A型1臺(tái))，改造后加開(kāi)現(xiàn)有1～2臺(tái)環(huán)水泵即可，無(wú)需改造。

由于尾礦輸送濃度提高，改造前回水量3 901.5 m3/h，改造后回水量1 589.5 m3/h，回水量減少2 312.0 m3/h。目前現(xiàn)有浮船回水泵3臺(tái)，型號(hào)350TSS-75T，流量1 260 m3/h ，揚(yáng)程80 m，可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整回水泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，無(wú)需改造。

由于入尾礦庫(kù)水量減少，降低了尾礦庫(kù)水分蒸發(fā)和滲漏量，整個(gè)選廠清水補(bǔ)充量相應(yīng)減少，通過(guò)調(diào)節(jié)清水泵的運(yùn)行參數(shù)滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。

尾礦濃縮至45%后，環(huán)水量增加、回水量減少，為了保證水量平衡，在生產(chǎn)使用時(shí)，需將主廠房?jī)?nèi)的環(huán)水、回水管道進(jìn)行調(diào)配，通過(guò)閥門(mén)切換，在設(shè)備用水水質(zhì)符合要求的情況下，用環(huán)水代替回水滿(mǎn)足選廠水量要求。

3 節(jié)能效益分析

水廠鐵礦尾礦高效濃縮輸送系統(tǒng)技術(shù)改造簡(jiǎn)化了工藝流程，實(shí)現(xiàn)了尾礦高濃度輸送，確保了溢流水水質(zhì)，改造完成后將取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

(1)降低了尾礦輸送電費(fèi)。尾礦輸送濃度由25%提高至45%后，尾礦輸送量減少了2 567.55 m3/h，按0.52元/度計(jì)算，年節(jié)省電費(fèi)1817萬(wàn)元。

(2)減少了環(huán)水—回水系統(tǒng)輸送費(fèi)用。改造后環(huán)水量增加2 568.89 m3/h，輸送揚(yáng)程44 m，按0.52元/度計(jì)算，年增加電費(fèi)168.82萬(wàn)元。改造后回水量減少2 312 m3/h，輸送揚(yáng)程80 m，按0.52元/度計(jì)算，年節(jié)省電費(fèi)276.26萬(wàn)元。環(huán)水—回水系統(tǒng)年節(jié)省輸送費(fèi)用107.44萬(wàn)元。

(3)減少了清水系統(tǒng)費(fèi)用。改造后將減少尾礦庫(kù)水分的蒸發(fā)和滲漏量256.89 m3/h，該部分水量由清水系統(tǒng)補(bǔ)充，按水廠鐵礦清水單價(jià)2.7元/m3計(jì)算，年節(jié)省清水系統(tǒng)費(fèi)用549.33萬(wàn)元。

(4)增加了絮凝劑加藥費(fèi)用。依據(jù)試驗(yàn)加藥量為25 g/t，尾礦干量1 445 t/h，每年運(yùn)行330 d，藥劑費(fèi)按1.6萬(wàn)元/t，每年增加藥劑費(fèi)為286.11萬(wàn)元。

因此，改造后水廠鐵礦每年產(chǎn)生的直接經(jīng)濟(jì)效益為2 187.66萬(wàn)元。

4 結(jié) 論

水廠鐵礦尾礦高效濃縮輸送系統(tǒng)技術(shù)改造完成后，年運(yùn)行成本將大幅度降低，新老選廠濃密機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)均由4臺(tái)減少為2臺(tái)，尾礦四級(jí)輸送泵站縮減為一級(jí)泵站輸送，普通輸送鋼管更換為耐磨襯膠鋼管，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)組織管理，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。同時(shí)，尾礦輸送濃度的提高對(duì)以后的尾礦資源綜合利用，如：尾礦選建筑砂、填海砂創(chuàng)造了有利條件，為首鋼礦業(yè)公司創(chuàng)建高效、節(jié)能、環(huán)保的礦區(qū)生態(tài)環(huán)境做出了貢獻(xiàn)。