凹山選礦廠濃密機高效化改造實踐

吳國軍 曹 兵 沈遠海 程傳麟 胡佛明 李仲文

（安徽馬鋼礦業資源集團南山礦業有限公司）

南山礦業公司凹山選礦廠精礦工段過濾系統原處理精礦約160 萬t/a，有2臺φ15 m濃密機（1用1備）用于處理濃縮磁選機尾礦及過濾機溢流和濾液，濃密機底流經泵輸送返回過濾系統，溢流進入尾礦濃縮系統［1-3］。因和尚橋選礦廠建成投產后，年產100 萬t 精礦也進入凹山選礦廠過濾系統，增加約60%處理量。因過濾系統精礦處理量大幅增加，導致φ15 m濃密機處理能力不足，大井循環負荷大，出現濃密機事故，同時濃密機溢流面跑渾，嚴重影響生產順行［4-7］。為確保過濾系統穩定順行，結合普通濃密機生產過程中存在的問題進行技術攻關，對高效濃密機的工作原理進行研究，得出普通濃密機的高效化改造方案，以期能夠解決濃密機負荷量大、精礦跑渾等問題［8-10］。

1 工藝流程簡介

近年來，南山礦業公司凹山選礦廠經一系列的擴產提質技術改造，目前已形成了720 萬t/a 的原礦處理能力，年產鐵精礦約160 萬t，主要工藝流程為三段一閉路破碎—高壓輥磨破碎—階段磨礦選別—細篩分級—中礦再磨再選。凹山選礦廠精礦過濾系統采用10臺1024型濃縮磁選機將濃度30%～35%的精礦濃縮至60%～70%，經8 臺80 m2、1 臺60 m2陶瓷過濾機及2 臺盤式過濾機過濾，精礦產品水分8%～10%。濃縮磁選機尾礦、陶瓷過濾機溢流、濾液進入2臺φ15 m 濃密機濃縮（1 用1 備），濃密機底流經泵輸送返回過濾系統回收，溢流進入尾礦濃縮系統。過濾系統工藝流程見圖1。

2 過濾系統存在的問題

南山礦業公司凹山選礦廠過濾系統原設計對凹山選礦廠生產的精礦礦漿過濾脫水，處理能力為160萬t/a。近幾年，南山礦業公司下屬和尚橋選礦廠、科技服務選礦廠生產的精礦全部進入凹山選礦廠過濾系統，進入過濾系統的精礦量達280 萬t/a，由于過濾系統精礦處理量大幅增加，進入φ15 m濃密機的礦漿體積量大，導致底流泵電流持續偏高，同時濃密機溢流面跑渾，部分精礦直接經濃密機溢流進入尾礦系統流失，嚴重影響生產運行。

（1）細粒物料沉降時間短。因和尚橋選廠精礦與凹山選廠精礦經泵輸送至總精礦箱混合后分礦過濾，陶瓷過濾機溢流及濾液量大幅增加，原給礦溜槽通過困難。故在φ15 m 濃密機上方增加2 根副管道，將過濾機溢流、濾液直接給入濃密機液面，這種給礦方式未經φ15 m濃密機中心盤給礦，礦漿直接沖擊濃密機液面，破壞了液面的平穩，在濃密機中部形成“翻花”，且礦漿流速快，細粒物料沉降時間短，來不及沉降，經濃密機溢流面流失，溢流濃度高，造成精礦流失。

（2）粗粒物料沉降距離長。φ15 m 濃密機的給料方式是上部給料口給料，沉淀物料需經澄清區、渾濁區，再到濃相區、底流區，沉降距離長，且沉降物料與上升水流有相互交錯的過程，影響物料的沉降速度，導致濃密機底流濃度變低，達不到工藝指標，底流返回過濾系統后，過濾機溢流量進一步增加，再返回濃密機，循環量大并形成惡性循環。導致濃密機底流泵電流高達130～150 A（正常值為70～90 A），時常需通過限量生產來緩解濃密機壓力，影響生產穩定順行。

（3）紊流區域面積大。因濃密機給礦量增加，且中心盤給礦裝置在液面以下，在濃密機中形成大面積的紊流區域，固體顆粒沉降時的阻力增加，物料在濃密機中難以得到有效沉降。

改造前φ15 m濃密機工作原理見圖2。

3 過濾系統改造原理

根據流體力學原理，顆粒在流體中重力沉降時，受到流體阻力的作用，因顆粒大小、形狀、密度不同，其沉降速度不同。因φ15 m 濃密機在濃縮過程中的給礦物料直徑在74 μm 以下，粒度極細，若固體顆粒縱向沉降距離長，而橫向溢流時間短，導致固體顆粒從溢流面流失較多，沉降至底流少，造成底流濃度低，在過濾系統中形成惡性循環。針對上述問題，在無法擴大濃密機直徑以提高處理能力的情況下，借鑒高效濃密機深部給礦以縮短沉降距離的原理，確定φ15 m濃密機高效化攻關的主要方向為提高濃密機底流濃度，降低溢流濃度，從而提高φ15 m濃密機處理能力，減少金屬流失，確保凹山選礦廠過濾系統生產順行。

（1）改變細粒物料沉降路徑，延長細粒物料沉降時間。φ15 m 濃密機給礦物料中含有部分極細顆粒，進入大井液面后，沿著濃密機溢流面橫向流動，因φ15 m 濃密機直徑小，極細顆粒來不及沉降，從而進入溢流面流失。為減少細粒物料的橫向溢流，可人為改變細粒物料沉降路徑，延長細粒物料沉降時間。通過設計1 個圓筒形穩流圈，并安裝在大井耙架上，穩流圈使礦漿從中心向四周擴散時受到阻擋，強制細粒物料由水平方向運動改為向下運動，物料向下經過穩流圈下沿后方可克服流體阻力的作用，緩慢向上運動到達液面，再沿著水平方向運動，從而延長細粒物料的沉降路線和沉降時間。在此過程中，部分細粒物料在向下運動的過程中，進入濃相區后受底流區域渣漿泵的吸力作用，克服細粒物料的上浮力，強制物料向底流區域運動，減少了上浮物料數量。

（2）縮短粗粒物料沉降距離。采用強制沉降裝置，將穩流圈置于液面0.9 m 以下，物料經澄清區、渾濁區沉降后，強制物料均勻緩慢地進入濃密機的濃相區，縮短物料的沉降距離，同時物料進入濃相區后，受到底流區域渣漿泵的吸力作用，粗粒物料被強制向底流區域運動，加快粗粒物料的沉降速度，起到強制沉降的作用。

（3）減小紊流區域面積，穩定液面。直接進濃密機的2根副管道與濃密機液面高差為2.5 m，管道直徑為φ219 mm，因高差大，管道直徑小，因礦漿給入濃密機液面的流速快、沖擊力大，破壞了已穩定的礦漿液面，加快了濃密機中的礦漿流速，細粒物料來不及沉降，從溢流面流失，故需將2根給礦副管道拆除，改進給礦方式。φ15 m 濃密機中心盤給礦裝置在液面以下，在礦漿液面產生大面積紊流區域，為減小紊流區域面積，需控制中心盤排料口到液面的高差值；若高差太小，礦漿在排放時，因渦流作用，會吸入大量空氣，礦漿在排放空氣時，影響礦粒的沉降；若高差太大，礦漿對液面的沖擊力增加，會加大紊流區域面積。

4 過濾系統改造

（1）制作穩定礦漿液面、預先、強制沉降裝置。南山礦設計制作了直徑3 m、高1.2 m 的圓筒形穩流圈，安裝在濃密機耙架上，并置于液面以下0.9 m，耙架帶動穩流圈一起傳動。

（2）改進中心盤排料口到液面的高差。經現場測算，設計中心盤排料口到液面的高差為20 cm，將環形給礦裝置下礦口按設計尺寸環形切割，改進中心盤排料口到液面的高差。

（3）改進給料方式。拆除直接進濃密機的2根副管道，將凹山選礦廠與和尚橋選礦廠過濾機的溢流、濾液、磁尾全部匯入溜槽給入大井中心盤，使全部物料得到充分沉降，有效降低了副管道對平穩礦漿液面的影響。對中心盤下礦口、給礦溜槽、閥門進行擴容改造，采用上立式車床將中心盤下礦孔由φ350 mm擴大至φ420 mm，鑲嵌耐磨內襯。將300 mm×400 mm 給礦溜槽、DN300 mm 給礦閥門拆除，安裝400 mm×500 mm 給礦溜槽及DN400 mm 給礦閥門，并設計、制作了專門橋架提高承載力，提高了物料的通過能力。

（4）改進小車傳動方式。將小車傳動方式由原來的三級傳動改為二級傳動，小車電動機受電接點由1 組改為2 組，確保電機受電可靠，降低設備故障率。

改造后φ15 m濃密機工作原理見圖3。

5 改造前后技術指標對比

為驗證改造后φ15 m濃密機的生產效果，進行了為期半年的生產情況調研、考查。改造前后技術指標對比見表1。

由表1 可知，濃密機溢流精礦品位從17.15%下降至7.80%，底流濃度從4.53%提高至20.38%，濃密機處理能力從16.25 t/h提高至20.83 t/h；通過改造，降低了濃密機循環負荷，提高了濃密機處理能力，濃密機底流泵電流趨于正常值，凹山選礦廠過濾系統穩定運行，經濟效益顯著。

6 結 論

（1）近幾年南山礦業公司過濾系統精礦處理量遠超設計值，進入φ15 m 濃密機的礦漿體積量大，導致底流泵電流持續偏高，同時濃密機溢流面跑渾，部分精礦直接經濃密機溢流進入尾礦系統流失，嚴重影響生產運行。

（2）南山礦業公司凹山選礦廠對φ15 m濃密機原結構進行分析，結合現場存在的問題，對原濃密機給礦裝置、濃密機傳動部件進行了改造，達到了較好的濃縮效果，提高了大井底流濃度及處理能力，確保了凹山選礦廠過濾系統穩定運行，經濟效益顯著，可為其他礦山提供經驗借鑒。