臥螺離心機在某尾礦干排干堆工藝中的應用

俞利楠

(上海離心機械研究所有限公司)

四川某硫鐵礦采用較為落后的選礦工藝，選礦回收率不高，礦產綜合利用水平不高[1]。硫精砂品位低，僅35%左右；制取硫酸后硫酸燒渣含鐵率低，僅40%左右，尾礦含硫率高，為5%左右；硫精砂銷售單價低，硫酸燒渣難以作為鐵精礦利用，造成鐵資源的浪費。由于尾礦難以被回收利用，大量無序堆存帶來資源浪費、環境污染、安全隱患和土地占用等諸多問題[2]。

尾礦干排干堆技術是近年來國內外逐漸興起的尾礦處理技術[3]，主要通過疏干尾礦水分、減少庫內積水實現[4]。臥螺離心機是高效固液分離設備，以其結構緊湊、占地面積小、自動化程度高、處理能力強、固液分離效果好等特點得到廣泛應用。大型臥式螺旋卸料沉降離心機(簡稱臥螺離心機)在尾礦泥漿處理中已有不少成功案例。

在該背景下，該硫鐵礦選礦廠在對選礦工藝流程進行整體改造以提高硫、鐵等礦產資源綜合利用水平的基礎上，應用離心脫水技術對尾礦進行干排干堆工藝改造。

1 原工藝流程

選礦廠原生產工藝流程示意見圖1。

圖1 原生產工藝流程示意

原礦經對輥磨、振動篩、跳汰工藝分別產出粗礦砂、細礦砂、半精砂，通過洗選工藝產生硫精砂和尾礦。硫精砂經濃縮池Ⅰ和陶瓷過濾機過濾產出高品位硫精砂(產品1)；尾礦經濃縮池Ⅱ濃縮后，產生上清液和尾礦泥漿，尾礦泥漿作為最終尾礦廢棄或回填。該工藝提高了硫精砂品位，但尾礦處理方式較為傳統，僅運用濃縮池自然沉降原理簡單濃縮，最終尾礦含水量仍較大，運輸成本高，只能選擇廢棄于尾礦庫或回填礦井下，無法對尾礦進行綜合處置或利用。

2 臥螺離心機工作原理

尾礦漿經泵送或自流進入臥螺離心機，在轉鼓高速旋轉產生的離心力作用下，尾礦漿固相和液相成分由于密度不同而分層，從而實現固液分離。密度大的固相顆粒沉降在轉鼓內壁，在螺旋輸送器的推動作用下，向轉鼓錐段出口行進，在轉鼓錐段和螺旋葉片間產生的雙向擠壓作用下進一步脫水，降低固相含水率。分離后的液相溢流出工作腔體，并經收集腔體收集后排出離心機外[5]。臥螺離心機的基本結構見圖2。

圖2 臥螺離心機結構示意

3 尾礦干排干堆工藝

尾礦具有產量大、濃度高且不穩定、固體物顆粒直徑分布范圍廣的特性，大型臥螺離心機單位時間處理量大、效率高、處理濃度范圍廣、固體顆粒直徑對脫水效果影響小、出料穩定、操作簡單等優點，適宜作為該尾礦干排干堆工藝的離心脫水設備。

根據現場已有設備，采用臥螺離心機對尾礦處理工藝進行干排干堆工藝改造。尾礦干排干堆工藝見圖3。

圖3 尾礦干排干堆工藝流程示意

尾礦漿經濃縮池Ⅱ濃縮后，經臥螺離心機離心脫水，產出重相固渣(產品2)和輕相出液，輕相出液再通過分級設備分級，獲得清液(作為礦區作業回用水)和分級后固渣(產品3)。

4 新工藝施工與調試

根據現場工藝指標，濃縮池Ⅱ產生尾礦泥漿量約100 m3/h，泥漿含固率35%左右。為滿足尾礦處理工藝不間斷連續作業，最大程度地發揮臥螺離心機優勢，需配置2臺LW900 mm×3 600 mm NY型臥螺離心機，并利用現場尾礦濃縮池旁空地進行布置和試生產，考察在不使用絮凝藥劑時，臥螺離心機尾礦泥漿的處理能力、重相固渣含固率、輕相出液的含固率等指標。

4.1 離心機主要技術參數

LW900 mm×3 600 mm NY臥螺離心機轉鼓內徑900 mm，轉鼓工作長度3 600 mm，轉鼓最高轉速1 800 r/min，分離因數2 000，長徑比4.0；整機外形尺寸(長×寬×高)為6 500 mm×2 700 mm×1 900 mm，設備總質量20 t；控制柜外形尺寸(長×寬×高)為1 000 mm×1 000 mm×2 200 mm，控制柜質量600 kg；裝機功率355 kW。

尾礦泥漿預設處理指標：處理量(按含固率35%的泥漿計)為60 m3/h，重相固渣含固率不小于70%，輕相出液含固率不大于25%。

4.2 干排干堆工藝施工

2套臥螺離心機及其配套設備現場施工布置見圖4。

圖4 新工藝現場設備布置示意

尾礦泥漿通過濃縮池Ⅱ出口進入泥漿過濾箱1，由閥門控制分配至2套進料泵組，控制相應的臥螺離心機進料量，再通過臥螺離心機離心脫水，重相固渣從無軸螺旋輸送機排出；輕相出液則從管道進入過濾箱2，作為分級設備進料，經分級產出固渣和清液。

4.3 干排干堆工藝調試

根據設計要求，2套臥螺離心機需同時運行，分別調整相關參數如轉速、轉速差，記錄并考核處理量、重相固渣和輕相出液含固率是否滿足預設指標要求。

(1)轉速差為33.8 r/min時，設置主機轉速750，1 040，1 110 r/min，進料量60 m3/h，穩定運行后，分別取各參數下的進料泥漿、固相出渣及輕相出液樣。

(2)在轉速為1 110 r/min時，設置轉速差33.6，37.3 r/min，進料量60 m3/h，穩定運行后，分別取各參數下的進料泥漿、固相出渣以及輕相出液樣。

(3)采用烘干儀器對各試樣進行含固率測定，調試現場臥螺離心機參數與指標見表1。

由表1可知：

(1)進入臥螺離心機尾礦泥漿含固率均在37%以上，進料量60 m3/h，滿足預設生產要求。

(2)重相固渣含固率均在76%以上，輕相出液含固率均低于25%，滿足臥螺離心機產品含固率要求。重相固渣中的高嶺土可以應用于陶瓷、造紙、化肥及化工等行業，具有一定的經濟效益。

表1 調試現場臥螺離心機參數與指標

(3)主機轉速提高，根據公式計算發現分離因數提高，固相含固率升高，說明臥螺離心機脫水效率提高，扭矩值也從側面反映了這一現象。若尾礦泥漿在臥螺離心機中停留時間過長，也會加劇已分層液相的攪動，液相含固率可能會上升。

(4)主機轉速一定，轉速差的提高意味著泥漿在離心機設備中的停留時間變短，因此固相含固率會有一定的下降，但液相攪動相對減少，因此液相逃逸率下降，含固率亦下降。

5 結 論

四川某硫鐵礦應用臥螺離心機對原尾礦處理工藝中濃縮池Ⅱ產生的尾礦泥漿進行離心脫水濃縮，產出重相固渣和輕相出液，輕相出液再經分級設備產出清液和固渣，其中清液可供選礦回用。該尾礦干排干堆工藝中，臥螺離心機在尾礦泥漿含固率37%以上、進料量60 m3/h的預設條件下，重相固渣含固率在76%以上、輕相出液含固率低于25%，滿足預設指標。

尾礦干排干堆工藝現場運行效果滿足該硫鐵礦對尾礦的處理要求，既解決礦山尾礦堆存帶來的環保和安全問題，也提高了企業經濟效益，實現了礦產資源的綜合利用，有利于礦山的可持續發展。臥螺離心機適合于現代礦山生產，具有廣闊的市場前景。