某磷精礦高效濃密機改造設計及應用

邢友前

（江蘇新宏大集團有限公司，江蘇 泰州 225721）

云南某公司浮選礦漿濃密裝置濃密機為?25m×8 m深錐型，設計浮選磷精礦漿處理量為140萬t/a，進料w（固）25%左右，于2012 年6 月投產，存在溢流水跑渾、壓耙等問題，底流w（固）未達到設計值（61.5%）。雖然該公司自行改造了進料系統［1］，濃密裝置處理量達到180 萬t/a，底流w（固）約62%，但因該公司有提產需求，每年會出現2 ～3次因負荷過大、為提高底流固含量等操作導致溢流水跑渾、壓耙、停車清槽。

該公司期望在原驅動裝置的基礎上加裝提耙裝置，盡可能消除沉槽故障，在不降低現有干礦處理量的基礎上提高底流固含量，并進一步提高濃密機產能。

擬定解決思路：根據物料的實際需求，做沉降實驗以確定物料最佳濃度，以及經濟的絮凝劑添加量，探索底流固含量提高和處理能力提高的可能性，并根據現有濃密機槽體尺寸確定改造方案。

1 沉降實驗過程及數據分析

磷精礦自然沉降濃密速率較慢，添加絮凝劑使微小粒子凝聚成絮團，促使其沉降。絮凝沉降過程受物料濃度、懸浮液pH、絮凝劑種類和用量、攪拌時間、攪拌轉速以及溫度等因素的影響［2］。

根據該公司實際生產情況，濃密機設計處理礦漿有Ⅱ系列自磨礦漿（簡稱礦漿1）、浮選礦漿（簡稱礦漿2）以及兩者混合后礦漿。2 種混合礦漿（簡稱礦漿3、礦漿4）m（礦漿1）∶m（礦漿2）分別為4∶6和5∶5。

在實驗室里使用量筒及直徑110 mm N-GDⅡ試驗機分別對上述礦漿進行小型沉降實驗。

1.1 靜態沉降實驗

考慮到設計礦漿2處理量最大，以及其他礦漿對絮凝劑的適應性，僅針對礦漿2進行了絮凝劑的篩選實驗，絮凝劑選用5種型號高分子聚丙烯酰胺（PAM）。取礦漿2 定量加入量筒，分別添加5 種型號絮凝劑，測定沉降速度，繪制出沉降速度與絮凝劑用量關系曲線，挑選出最合適的絮凝劑型號，確定每噸礦漿（干基）絮凝劑用量為25 ～30 g。

實踐證明磷精礦在w（固）10%以下進料時，都能有較佳沉降速度。取礦漿2配制成w（固）1.5%、3.0%、4.0%、5.5%、7.0%、8.0%、10.0%的礦漿［3］，按每噸礦漿（干基）絮凝劑用量為30 g 添加，攪拌均勻后倒入量筒中靜置，測得平均沉降速度。繪制礦漿進料濃度與沉降速度關系曲線，礦漿進料w（固）在7.0%～8.5%時，沉降速度相對較快，處理能力高。考慮一定的生產波動性，推薦采用最佳進料w（固）8%繼續實驗［2］。

1.2 動態沉降實驗

配制w（固）8%的料漿按固定進料量進料，絮凝劑按30 g/t用量向N-GDⅡ試驗機內連續進料，底流連續排放。整個實驗在不同的泥層高度平衡運行一段時間，取底流分析固含量變化，繪制底流固含量與濃縮時間關系曲線。根據實驗結果可以得出，礦漿1至4在20 min后底流w（固）都能達到50%以上，120 min后底流w（固）都能達到65%以上。

1.3 小結

生產過程中進料w（固）宜推薦在6%～8%，絮凝劑用量在25 ～30 g/t。濃密機礦漿底流w（固）有上升空間，合理值為65%～68%，據國內外經驗，生產裝置上所能達到的底流固含量一般比實驗值有較大的提高［4］。

2 濃密機各部件改造設計

濃密機由驅動裝置、電控系統、進料系統、耙機系統、槽體、支撐橋架、底流排放系統、溢流系統等組成。考慮到此次改造需求，踏勘現場后，主要對以下部件進行改造。

2.1 進料系統

根據以上實驗數據可知，原始進料w（固）25%左右，需要稀釋到6%～8%。

重新設計進料系統，包括進料管、旋槳式稀釋泵、混合溜槽、中心加料井、高效絮凝劑添加管路等。新系統懸掛在支撐橋架下方，大部分浸在上清液中并露出液面。

濃密機礦漿通過2路進料管進入，每路進料管后分叉又分別進入2 個稀釋泵。進料系統配有4 臺稀釋泵，裝機功率共計16 kW （4 kW×4）。稀釋泵直接吸取濃密機上清液得到所需的稀釋水，與從進料管進入的礦漿充分混合后，通過溜槽切線進入中心加料井。通過變頻調速調節稀釋泵的轉速，就可以調節稀釋水加入量，也就調節了稀釋后進中心加料井的礦漿濃度。稀釋過程中，混合溜槽是敞口結構，同時有脫氣槽功能，故摒棄了原脫氣槽。

高效絮凝劑添加管路布置在橋架上，采用在溜槽、中心加料井等部位多點添加方式，使絮凝劑與稀釋后的礦漿充分混合，每個添加點均配有閥門，可以調節絮凝劑使用量。

2.2 驅動裝置

實驗確定的底流固含量更高，需要更大的輸出扭矩，原驅動裝置輸出扭矩遠遠不夠，且無提耙裝置，故原驅動裝置已無改造價值。

重新設計的驅動裝置輸出扭矩為1 500 kN ·m，配有4臺電機減速機驅動器，每個驅動頭均配置電子式扭矩檢測裝置，電機功率共計30.0 kW （7.5 kW×4.0），提升機構提升高度600 mm，配置電機功率為2.2 kW。此電機驅動方式具有比液壓驅動裝置節省能耗（機械效率高）、維護方便的特點。該驅動裝置能在線檢測運行扭矩，創新性使用剪刀叉結構，并且能在耙機提升和下降時驅動繼續正常運轉，在此過程中無卡死可能，解決了同行業耙機提升或下降過程中無法檢測驅動扭矩的缺陷，并消除主驅停轉后才能提升或下降耙機（卸荷提耙）帶來的生產弊端。

2.3 耙機系統

配置的新耙機系統，能適應底流固含量提高后帶來的高負荷，快速將淤漿收集刮至中心小錐。新耙臂為2個長臂結構，主截面為方管形，方管下裝有刮板和刮齒，運行時阻力低。

2.4 支撐橋架

為配合大扭矩負荷，原支撐橋架無法改造。新設計的橋架采用桁架式，橋架中心寬3 000 mm，高4 000 mm，使用熱軋H 型鋼作為主材，具有質量輕、剛性、穩定性好等優點。橋架上鋪有鋼格柵，在設備旁側均有平臺和護欄，有充足操作空間和檢修空間。頂部設置吊軌和可滑動葫蘆，方便檢修驅動裝置和減速機等。

2.5 增加底流剪切系統

在槽體底部錐位置開一管口，設置底流剪切回路，配置剪切泵、閥門、管道，通過剪切泵將礦漿打回濃密機槽內，有效防止底流收集斗堵塞和管道堵塞。

2.6 改造后的濃密機結構

圖1 改造后?25 m×8 m深錐型濃密機結構

原有槽體、底流排放系統、溢流系統予以保留，為適應新工況，用戶同步對底流相關輸送泵、閥、管道做了適應性排查和改造、更新、添置等。

3 濃密機改造后應用效果

改造前，2016 年濃密裝置處理礦漿189.52 萬t（其中浮選礦漿116.25 萬t，II 系列自磨礦漿73.27萬t），濃密機底流礦漿w（固）（含算術平均值）低于62.7%，大部分在58%～60%。

3.1 運行數據

改造后進行運行考核，運行數據詳見表1。

表1 改造后濃密機運行數據

考核時運行112 h，濃密機單位時間產量平均為353.9 t/h，除第3天批次底流w（固）未達到66.5%外，其余成品礦漿w（固）均超過66.5%。第3天由于考核前浮選礦漿供應不足，濃密機底流密度控制較低。濃密機扭矩平均占設計值的25.1%。考核周期內，濃密機底流密度波動幅度與運行扭矩波動幅度相符。濃密機溢流水ρ（浮游物）低于200 mg/L。

統計考核周期內絮凝劑消耗1 140 kg，每噸干基礦漿絮凝劑消耗量均低于30 g/t，明顯低于原正常生產的消耗量（40～50 g/t）［4］。

3.2 運行效果

江蘇新宏大集團有限公司對原?25 m×8 m深錐型濃密機進行改造后，單位產能達到0.71 t/（m2·h），技術改造效果顯著。初期試驗時，跟進調節各控制參數，底流穩定性進一步提高。

濃密機運行情況明顯好轉，消除了溢流澄清水跑渾現象，溢流澄清水可返回磨礦系統循環使用。濃密機處理能力由原一次改造后的干基礦180萬t/a提高到280 萬t/a，底流w（固）由60.0%提高到66.5%。在滿足上述2 個指標的同時，濃密機扭矩相對平穩。改造后運行幾年來，未再出現過壓耙停機現象，生產能夠長周期連續、穩定運行。

如按萃取車間生產消耗磷礦石量為280萬t/a，礦漿用水量減少2 800×6.5%kt/a=182 kt/a。每年可以減少帶進反應系統的工業用水量182 kt，具有重大環保意義。生產中后期如果需要濃縮磷酸，這些水需要蒸發去除，不考慮蒸發效率，改造后節省費用為2 400 萬～2 600 萬元/a （此費用還未計水輸送能耗），節能效果也十分顯著［5］。

受限于下游裝置負荷及浮選礦漿供應的客觀因素，礦漿固含量過高會影響礦漿輸送，后面接收攪拌槽也需要改造，故濃密機底流固含量未繼續增加。

4 結語

改造后技術效果顯著，濃密機單位產能達到0.71 t/（m2·h），單槽?25 m×8 m深錐型濃密機處理能力可以滿足350 t/h （處理能力280萬t/a）。濃密機運行情況較改造前明顯好轉，消除了溢流澄清水跑渾現象，改造后使生產能夠長周期連續、穩定運行。濃密機溢流澄清水可循環使用，濃密機底流礦漿w（固）能提高到66.5%，大量減少帶進后續反應系統的工業用水量，給磷酸裝置水平衡創造了條件，節能效果顯著，同時取得很好的經濟效益。

該改造有著引領示范的效果，研究成果的成功實施，為國內普通濃密機及高效濃密機進一步提高產能和底流固含量提供了技術基礎，具有較好的推廣應用價值。