淺談深錐濃密機的應用改造

鄭興權

摘? 要：以甘肅某鉛鋅礦膏體充填實施為背景，指出深錐濃密機在實際使用過程中出現溢流水跑渾、底流濃度不能實時檢測控制以及壓耙等問題，介紹了針對上述問題進行的增加二次強制稀釋水泵，更換現有底流濃度計及增加底流循環管道等的改造情況。本改造證實：①合理的選擇礦漿二次稀釋方式，恰當的控制強制稀釋水量，及時準確的捕捉尾礦漿給料濃度，有利于為礦漿、絮凝劑平穩、充分混合營造理想環境。②適當改進絮凝劑添加添加點位，有利于穩定提高深錐濃密機底流濃度。③科學、合理的布置增加濃密機底流循環管路設計有利于底流料漿的平穩流動，減少耙架的運行阻力和壓耙事故的發生。

關鍵詞：膏體充填;深錐濃密機;壓耙;絮凝

尾礦庫和采空區是目前金屬礦山安全生產中的兩個重大隱患，經常引起嚴峻的安全和環保問題。如何高效、安全、環保的開采礦石成為采礦從業人員面臨的一大重要問題。膏體膠結充填法因可以充分利用礦山固體廢棄物，及時填充采空區，從源頭解決這一問題。

膏體膠結充填具有不分層、不離析、不沉淀的特性，料漿通過泵送至露天塌陷區、露天坑或者井下采空區進行充填。而尾礦濃密脫水設備在膏體充填中占有主導地位。

尾礦濃密是膏體充填系統工藝的首要環節，深錐濃密機適用于細顆粒骨料濃密脫水處理，具有操作流程簡單、處理能力大、底流濃度高、溢流水濁度小等優點被普遍使用。

甘肅某鉛鋅礦位于西秦嶺山區，經過多年露天開采和井下開采，形成露天坑1座，井下開采空區無數，東邦采區出現較大面積塌陷區，影響到正常安全生產。為了提高采區安全性，提高礦石回收率，減低貧化率，采用了膏體膠結充填采礦工藝。根據尾礦性質和采礦工藝要求，設計采用1臺直徑20米，桶高8米，底部錐度角30°的深錐膏體濃密機。該濃密機在前期進行了調試運行，針對運行過程中出現的跑渾、壓耙等問題，進行了相應的改造。

1、存在的問題

該膏體充填系統運行過程中出現的問題主要在深錐膏體濃密機，具體表現在以下幾個方面：

⑴ 現有深錐濃密機尾礦砂沉降慢，造成溢流水跑渾，影響到溢流水循環使用。分析原因所在，造成該問題的主要原因是：根據本濃密機結構設計和試驗，當現有濃密機在給料量為175t/h或4200t/d，給料礦漿濃度在43%，二次稀釋后礦漿濃度為15%-20%，絮凝劑添加量在20g/t時沉降速率最佳，底流濃度能夠滿足本礦山充填要求。實際使用過程中尾礦漿由隔膜泵輸送，給料量、給料濃度遠大于選型設計要求，給料礦漿經二次稀釋后，中心給料井筒中的料漿濃度遠高于15%-20%的最佳進料濃度。由此可見，該濃密機給料礦漿二次稀釋有待改進，以滿足最佳給料濃度。

⑵該濃密機在現場調試和近半年的使用期間，測得的最高底流濃度未達到±68%的設計濃度。底流濃度的高低一方面取決于進料、出料速率;另一方面取決于絮凝劑與給料礦漿充分混合的效果，而相互混合效果又與絮凝劑添加點的安裝位置和數量有一定的關系。

（3）依據濃密機說明書，濃密機在停機4小時即發生壓耙事故，而這種壓耙事故在充填工業泵端出現故障時極有可能發生，嚴重制約濃密機穩定運行?，F場探討表明：發生這種事故現象主要是本濃密機底未設置流循環管路造成的。

2、改造

2.1給料礦漿二次稀釋改造

為使得本濃密機底流濃度達到設計要求，且絮凝效果在最佳狀態下運行，設計對進料礦漿進行二次稀釋，二次稀釋補充水采用濃密機上層清液，不再添加外部水源。稀釋后的尾礦漿濃度與絮凝劑添加量的配比是礦漿顆粒沉降速率、溢流水含固量的基礎。為此，增加一定量的稀釋水，使得中心給料井物料濃度在合理范圍內是必要的（以1小時濃密機進料量計算）。

C濃*V濃=C稀*V稀

式中：C濃、V濃為尾礦漿稀釋前的濃度、體積;C稀、V稀為尾礦漿二次稀釋后的濃度、體積。

當濃密機進料濃度在46%-49%，流量200m³/h時，二次稀釋水補充量為250m³/h-289m³/h之間時濃密機進料濃度最佳。

該濃密機采用強制動力稀釋系統，尾礦漿在進入葉片式給料中心井前，用泵將濃密機的上清液加入給料尾砂漿體中，使之滿足系統設計的稀釋要求。稀釋后的料漿與絮凝劑混合，進入葉片式中心給料井。

該稀釋系統補充水量約為150m³/h，不足以將礦漿稀釋至最佳給料濃度。為此，仍需要補充約100m³/h水方可滿足稀釋要求。增加的稀釋水管沿葉片式中心給料井切線布置，水流以一定沖擊力沿中心給料井內壁進入，礦漿、稀釋水和絮凝劑在給料井上部區域充分混合，以提高絮凝效率，消除粗細顆粒偏析，確保所有顆粒在絮凝劑作用下聚集成團?；旌闲跄蟮牡V漿在給料井下部區域與絮凝劑持續混合，促使絮凝團進一步生長，同時保證絮凝團在低剪切力作用下向濃密機四周均勻擴散。

2.2給料井增加消能裝置

在實際運行過程中，發現來自碎尾車間的尾礦漿具有較大的流速，有一定的沖擊力，導致礦漿在進入給料井流速過大，縮短了二次稀釋礦漿和絮凝劑的混合時間，使得粗細顆粒成團不好，同時礦漿對給料井壁持續沖刷，縮短了給料井使用壽命。為了避免這種現象，需要在給料井內側增加給料井消能裝置。一是減弱礦漿沖擊力，減小對給料井壁沖刷延長使用壽命。二是在給料井內壁豎直安裝沿礦漿流動方向的阻尼板，阻滯礦漿流動速度，產生紊流，使得礦將與絮凝劑充分混合。

2.3絮凝劑添加點改造

本深錐濃密機通過添加絮凝劑提高物料粗細顆粒沉降速度，改善沉降效果。絮凝劑為長分子量的有機物，溶解的越充分暴露在外面的活潑基團越多，從而更好的捕捉礦漿中的粗細顆粒，提高礦漿沉降速度，增大濃密機處理礦漿能力。而絮凝沉降效果是濃密機的關鍵，而絮凝劑的添加點位直接影響絮凝劑與礦漿混合的好壞。綜上，需要對絮凝劑添加點的位置和數量進行改造，以滿足絮凝劑與礦漿充分混合。

改造前，絮凝劑添加點布置在強制動力稀釋水管內。添加點較少。

為了解決絮凝劑添加點的問題，對原有絮凝劑添加單位進行改造。即在原有絮凝劑添加點位上增加一根Φ50mm添加管，在添加管上每隔400mm開絮凝劑添加孔，從而保證絮凝劑添加點位在濃密機槽體內均勻分布。

2.4底流循環系統改造

在深錐濃密機底部，當粗細顆粒濃度達到一定值后，料漿的流動性呈現非牛頓體特性，屈服應力較大，耙架阻力過大會引發壓耙事故。為此，需在本濃密機底部設置一套底流循環系統，在必要條件下打開用以增加濃密機底部物料的流動性，減低耙架阻力。

底流循環系統包括兩臺變速濃漿泵（一用一備），循環管道、閥門、流量計、濃度計以及控制儀表。其原理為：從集料筒出來的高濃度料漿再返回濃密機錐體上部1米位置內進行循環，以提高料漿的均勻性和流動性，并且有助于錐體順利排料。為使得底流循環系統能夠適應所有的料漿濃度，底流循環系統管道直徑200mm為宜，并且管道應介入高壓沖洗水，水管直徑100mm為宜，當出現堵塞時，用高壓水沖洗管道。

底流循環系統的啟停取決于底流循環管路上濃度計及流量計的信號。當濃度低于設定值時（一般為68%），循環系統關閉;當濃度高于設定值時，循環系統開啟。底流礦漿的濃度信號反饋給主控單元，主控單元自動控制循環系統中電動閥門的開度。在此過程中確保濃密機底部礦漿的活化流動性，從而避免了壓耙事故的發生。