德兴铜矿大山选厂精矿输送系统冒浆原因浅析.pdf

饷 7 ， 逗 ④ 国 、／ ’ ／ 一 德兴铜矿大山选厂精矿输送系统 、 r 1 8 l - {。 冒浆原因浅析 北 京 有 色 冶 金 设 计 研 究 总 院 皇 里 【 摘要】 太山 选厂日 处理矿石6 万t ，精 矿输送系统为 管道啦流，全长T k m ，为目 前国内有 色矿 山之首。为解决系统内冒浆同慝进行了全面考察，特别是对冒浆的起医作了全面正确的分析，提出了台 理化建议并付诸实施。 关键词管道输送矿浆因素分析大山选厂 1 前 言 大山选厂精矿输送系统其规模列国内有 色矿山之首。输送距离位居第二，仅次于云 南东川落雪铜矿。选厂 日处理原矿6 万t ， 8 台球磨机逐台投产。选厂位于山上大山村， 泗洲庙精矿脱水车间在山下，二者距十几公 里 ，矿浆需要长距离输送。 输送方式 以管道明流为主，部分管段 为 静压力流。自1 9 9 1 年初第一台球磨机投产至 今，该系统运行基本正常，已完成数十万吨 铜精矿的输送任务，但结合井、跌水井时有 冒浆现象发生。为查明冒浆原因，确保安全 生产，1 9 9 3 年夏对该系统进行了全面考察， 初步找到冒浆原因，提出了解决办法。 2 精矿输送系统简介 2 ． 1 系统简介 大山选厂产出铜铝精矿 以下简称铜精 矿、硫精矿 未生产，从略，由两条管 道分别输送，铜精矿产量9 8 7 ． 6 t ／ a ，重量浓 度2 O ％，矿 浆 流 量 6 ． 1 1 1 ／ s 台 ；总 流 量 4 8 ． 6 8 1 ／ s 。 输送管线分为厂区、厂外两大部分，因 管径、坡度皆不相同，特设结合井衔接。厂 区线路长 2 0 0 m， 管径 3 5 0 ram，敷 设 坡 度 O ． 0 3 5 ；厂外线路长7 0 0 0 m，地 形 平 均坡度 O ． 0 3 0 5 ，可以满足 自流输送的要求。根据地 形情况又将该部分线路分为前后两段，前段 为管道明流，管长5 0 0 0 m ，管径3 0 0 ram ，最 大设计充满度6 O ，敷设坡度0 ． 0 2 后段为 静压力流，管长2 0 0 0 m，管径2 5 0 ram，只有 在6 万t 规模和事故返砂时才是满流，一般情 况仍为管道明流，敷设 坡 度0 ． 0 2 5 ，为克服 地形落差，沿途设有管式酰水井2 8 座。 为适应球痦机逐台投产与随时调整开启 台数的实际生产情况，确保小流量输送，结 合井内还设置了加水管、消 泡 用 的 喷淋水 管J山上设有事故池及返砂系统，返砂浆在 结合井内汇入主体管道。 见附图 2 ． 2 设计依据 1 9 8 6 年北京有色冶金设计研究总院水工 业所管道实验室承担了 “ 德兴锕矿精矿 自流 管道输送试验”任务，确 定 了 主 要设计参 数自流管道坡度为0 ． 0 2 ，泡沫 量 平 均 值 3 6 ． 1 8 ， 由泡沫引起的矿浆流量上浮5 6 ％。 德 铜矿大山选厂糟矿I 音 选系统盲浆匣困浅析李翠琴 邮编 o o o 3 B ～ 3 l ～ 维普资讯 附田 大山选厂精矿输送管道试验流程示意图 2 ． 3 观测项 目 现场测试是本次考察工作的主要内容之 一 ， 包括测量流量，浓度，粒度和泡沫量， 直接观察冒浆现象，找出冒浆原因。 2 ． 4 测点布置 沿途布设四个测点 见附图，1 ‘ 测点 设在选厂取样房和事故池，位于结合井的上 游，实测流量、浓度、粒度和泡沫量，2 ’ 测 点在结合并及其下游的l O 0 0 m范围内，观测 设施包括结合井、临时安装的通气管、观察 三通管，任务是观察气流动向、泡沫在流动 的浆体中生存状况和冒浆实况}3 ‘ 测点位于 6 跌水井前后，共安装 4 个压力表，测量管 内压力。4 测点位于线路终点，安装取样器 实测浓度 、粒度和泡沫量 。 3 泡沫量的观测 3 ． 1 泡沫量定义 矿浆中含泡沫多少称泡沫量。其物理意 义是指泡沫体积与浆体总体积之比值，所以 必须测出泡沫量，以便选择管径。 3 ． 2 泡沫量观测 泡沫的观测与泡沫量的测试方法分为静 态观测和动态观 测两种。所谓静态观 测是用 量筒取样并记录泡沫与浆体体积的读数，因 泡沫消散快，为确保读数有代表性，读数要 及时。t 、4 观测点为泡 沫 量 静 态观测地 点 ， 测试结果分别为1 5 ． 4 ～5 3 ． 7 ，3 ． 6 ～ 8 ． 5 ，两点分别代表输送 系 统的起点和 终点，其问的差值表明①流动中的浆体内 泡沫处 于消散、溶解状 态 ，泡沫 量 由 多变 少；泡沫量是变量不是衡量。 所谓动态观测是观察泡沫在流动着的浆 体 中的状态 。观测方法 或 采 用 一段玻璃钢 管，或安装一个三通管，管口向上，本次采 用后者，其优点是观测人员可以直接窥视管 内液面情况，还能触摸和测量水深 、泡沫层 宽度 、厚度。如从三通 口看 到 管 内液面平 静 ，泡沫漂浮在浆体表面的 中间部位，形成 一 个泡沫层，宽度约 占液面的5 0 ～6 0 ， 厚度 5 l O mmj 泡沫层不脱离浆体并与之 同步运行’气泡大小如同米 粒 相 互 紧密连 接。定量表示泡沫量为流量的 5 ～l 4 以上观测结果同样表明泡沫在流动的浆体中 也是处于消散状态的，泡沫 f 起的流量浮动 值为 5 ～l 4 。 4 冒浆现象的观测及其原因分析 4 ． 1 冒浆现象观测 观测点主要为结台井 、跌水井、三通 I- 1 有自 一【 9 9 7 ． 6 维普资讯 及为三通 口设置的通气管。观测方法是直接 观看，要随时注意结台井 内液位的变动；通 气管 口气流动 向是吸气还是排气j三通 口作 为观察孔发生冒浆时间与次数 跌水井通气 管的气流动向、井 内水流声音变化规律 、压 力表读数等。 4 ． 2 起泡原理与冒浆规律 通过对起泡与冒浆现象的观察 测试发 现，精矿输送系统各冒浆点的起泡原理与选 矿原理相同，都是在 起泡三要素”的作 用 下起孢 丽 冒浆过程与浮选槽 冒浆遵循 同一 规律 即 “ 冒浆三阶段”。现解释如下 起泡三要素从矿浆中浮选金属要求具 备三个条件起泡药剂、压缩空气、动力搅 拌，简称起泡三要素。浮选原理是起泡剂受 到压缩空气和搅拌的催化作用而起泡，泡沫 携带金属颗粒离开浮选槽成为精矿。冒浆点 上的冒浆同样是因为该处具备了上述三个条 件或类似条件而 引起，例如矿浆 中还存未反 应完的剩余药剂}水力强行掺气可以代替压 缩空气I流态改变引起的水流素动有搅拌作 用 。 冒浆三阶段冒浆由开始 到完成可 以分 解为三个阶段，即气泡、泡沫、冒浆。浆体 在起泡三要素的作 用下发生起泡，首先产生 气泡，气泡聚集在一起形成泡沫，大量泡沫 使浆体膨胀从容器内胃出俗称 冒浆，从而完 成一个 冒浆全过程。 气泡矿浆中的气泡是有相当大的牯滞 性和携带 固体颗粒的能力，因而聚集速度较 快。 泡沫泡沫是气 泡 的 集 台体，也是空 气，水、固体三相混合物。泡沫的生存状态 有两种，生长状态与消散状态 ，二者可互相 转换 。 冒浆冒浆是起泡现象的延续。发生冒 浆应具备两个条件，一是容器或管道必有缺 口，二是泡沫量足够大。 泡沫生存状态的转换使生长状态下的 泡沫转化为消散状态的方法是使浆体脱离压 缩空气、停止搅拌，喷淋清水等。处于消散 状态下的泡沫，无论浆体是静止的还是流动 的，泡沫一律从浆体中析 出，漂浮在液面， 随时在气泡的破裂 中消失。为使消散着的泡 沫从新生长起来，只要对浆体加入压缩空气 或改变浆体流态就可实现。泡沫进入生长状 态时，气泡数量急剧增多，气泡 由小变大 ， 泡沫体积迅速膨胀 ，牯度增加}泡沫极易附 壁的特性造成泡沫不能与浆体 同步 运动，而 在管内发生阻塞 和滞流。 4 ． 3 冒浆的原因分析 4 ． 3 ． 1 观察孔 冒浆 观察孔是专供观察管 内流态的临时性设 施，用管道三通制作 ，开 口向上，观察孔距 结合井1 k in以外，与观察孔配台工作的有两 个通气管，其 中之一距观察孔3 m远 。 在实测 的 8天时 间里观察孔发生两次明显的冒浆括 动，经调查都是由于矿浆流量增加，一次是 选厂 内球磨机组运行数量 由 4台增至 5台； 一 次是将事故返砂汇入主体管道 。冒浆量与 流量增量成正比，但具体数量关 系还有待进 行专题试验。 观察孔 冒浆是管路上某一管段 冒浆的典 型实例，它的起因与过程是这样的当管内 流量增加A Q 时，过水断面应增加 △ A ，液位 升高A h ，上述一系列变化 使 原有稳 定流的 平衡状态受到破坏，具体表现在液体 和气体 的平衡状态都受到破坏。液体平衡状态的破 坏表现在从一个液面上升到另一个被 面，在 液位调整时流体发生紊动形成不稳定流，紊 动对浆体产生搅抖 I 作用 气体平衡状态破坏 后使原有空气所占空间缩／ h A W， 而且A W A Q ，受到压缩的空气产生压力 形 成了压缩 空气 浆体本身携带 的 剩 余 药剂、压缩空 气、紊动的搅拌作用构成 “ 起泡三要素一， 管内发生了起泡现象。起泡使泡沫经消散状 态转入生长状态，越集越多的泡沫附着在管 壁上，使浆体无法拖带流动，另外，管内原 镍 铜矿大山选厂精矿输送系统目浆原墨浅析李翠琴 邮编1 o 0 o 3 8 一 3 3 ～ 维普资讯 有的明流状态为同、液两相流，是无压流， 起泡后局部管段形成气、液、周三相流，是 有压流 ，该压力促使泡沫向压力小的方向疏 散 ，如果此时管道 上有个缺 口，泡沫必定携 带浆体从缺 口溢出，即发生 冒浆。观察孔就 是这个缺口，所以观察孔有冒浆现象发生， 严重时浆体喷射高度可达1 m以上。 4 ． 3 ． 2 结合井 冒浆 当工作人员从井顶向下 窥 视 井 内情况 时，不难发现井里经常发生起泡现象。起泡 以后液位随着泡沫的生长与消散而升降，起 泡停止，液面恢复原位。由于多数情况下起 泡时间短，泡沫量少，泡沫没有溢出井外， 只是在井内自生自灭 ， 而没有冒浆 ， 只有 起泡时间长 ， 泡 沫量太 到从顶部溢出时 ， 才被认为 “ 结合井冒浆了 ”， 这种情况极 少发生 结 合 井 内起泡与冒浆的根本原因 取决于矿浆本身的特性， 还 由于 流量的增 加。 结合井里的泡沫来源有两个，第一个是 当因流量增加而起泡时，由于进矿管道长度 只有2 0 0 m 左右，距结合井较近， 泡沫很容易 向结合井疏散并接连不断，使结合井内淤积 大量泡沫。第二个是结合井本身也起泡，当 出水管内因流量增加而起泡时，由于出水管 长达7 k in ，起泡点距终点远，距结合井近， 因此泡沫极易向结合井疏散，也就是泡沫向 结合井倒退，对出流的浆体形成反压，阻碍 了浆体顺利出流，使大量浆体滞留在井底， 而进水管仍在源源不断地进矿，两部分矿浆 发生碰撞激起浪花使矿浆受到强行掺气，水 力学上叫到 水跃现象”，这时的结合井底 具备了起泡三要素剩余药剂、强行掺气、 紊动而发生起泡。上述两部分泡沫使结合井 里液位上涨直至溢出井口，俗 称 结 合 井冒 浆。 4 ． 3 ． 3 跌水井冒浆 管式跌水井是一种水流从井顶进入从井 底流出，把势能转化为动能，从而达到消能 目的的水力设施。所谓跌水井冒浆是指进口 上游的通气管发生冒浆的现象。跌水井井径 4 0 0 ram，井高3 m J通气管管径2 5 tar a ，管长 0 ． 5 r a ，发生 冒浆后将其加 高 至1 ． 6 m，仍未 能阻止 冒浆现象的发生。 为了确定合理的观测点，曾对2 8 座井及 其范围内的管路进行了大量的调查和分析 ， 调查结果发现跌水井冒浆规律与其分布有密 切关系。2 8 座井可分为两组，第 一组l ‘ ～6 井，集中布置在一个陡坡上，井距只有 3 ～ 6 m ，6 井之后为长达6 4 6 m无井段 7 ‘ 井井 高只有0 ． 5 m ，忽略不计，8 ～2 8 ‘ 井共计 2 1 座，分布在6 0 4 m范围内， 井距 由数米至数 十米不等， 2 8 ‘ 井以后至管道终点长1 0 2 9 m ， 又是一个无井段。两组井的布置相似，两组 井气流动态也相同，每组的第l ‘ 井为吸气， 第2 ’ 井为吸、排气相间，第3 ’ 井 排 气 或 冒 浆，从第4 ’ 井开始各井皆呈冒浆状。鉴于上 述实际情况，选择6 井为观测点，在其上、 下游分别要装 1 个和 3 个压力表进行观测。 跌水井冒浆的起因在于跌水。水流在跌 水时发生流态变化和强行掺气现象，使井具 备了 “ 起泡三要素”，即剩余药剂，掺气、 紊动而起泡。 矿浆的气泡因药剂的作用而有粘度大、 强度高、不易破碎、存活时间长的特性，泡 沫随矿浆的流动从一个井被带入另一个井， 逐渐积累，当泡沫积累 到 足 以使井内形成 气、液，同三相压力流时，泡沫向通气管疏 散并溢出管口，俗称跌水井冒浆。 5 结论与建议 5 ． 1 结论 通过本次实地观测得出以下结论； 1 冒浆 的实质是起泡， 冒浆是起 泡 的延续，又是严重的起泡现象}起泡原理与 选矿原理相同，只要存在起泡三要素就会发 生起泡}起泡的原因是由于流量增加或流态 变化 。例如，球磨机组开启数每增加一次， 有色矿山1 卵7 ． 6 维普资讯 夕 f 一 H S G B 型防混浆水隔离泵 在乳山金矿的选用 山 东省乳山 市金矿 搴 遴 山东省烟台黄金设计研究院 郏海亭 ● _一 6 牛 ／ I 多 毒 争 a 舀 【 摘要 1 乳山 盘 矿在原尾 矿库改造时，对 尾矿输 送泵型选用方案进行了技术性能 、经济效益以 聂投资回收期的比较，并以此为根据选用了H s G B 型防佩浆水隔离泵。通过实践证明该泵达到了设计饕 耕 篓 o ． 关祷词；防混浆 水隔离泵 尾矿 。 ； 易， ／ 一 、～，一， u， 州 ， ． * 2 2 t ／ d ，尾矿浓度2 0 ％～2 5 ％，尾矿密度 ‘ ⋯ 。 ．Z t ／ m 。 ，尾矿加权平均粒径0 ． 7 i m m。 1 9 9 6 年，山东省乳山市金矿新建一座尾 2 ． 2 设计方案的提出 矿库，通过对尾矿输送系统方案的比较，同 2 ． 2 ． 1 方案1 选用2 P N J A 型胶泵输送尾矿 时对多种尾矿输送泵的运行情况进行了实地 此设计方案是在选厂充填站至尾矿库设 考 察， 最后 磕 s G B 型防 混浆 水隔 离 泵。 置 二级 泵站， 一号 泵站 泵 房面 积6 m 1 2 m ， 高 该泵在乳山金矿运行一年，具有作业率高， 4 ． 2 m ，站内配置二台2 P N J A 型胶泵 用一备 输送距离长、水循环重复利用、运营费低， 一，该泵参数 流量 Q 4 0 m ／ h ， 压 力 节能、防棍浆等特点，满足了对尾矿输送的P0 ． 3 8 MP a ， 所配电机型号Y 1 8 0 M一 4 ， 功率 要求。 Nl 8 ． 5 k W。泵站内设置i 号C C-53 型水 z 尾矿输送方案的提出 P2 2 ． 1 基础资料 电机功率 N1 5 k W。 铺设两条长 6 0 0 m、 尾矿库与选厂距离 1 4 0 0 m 实际管路长 4 ， l 0 8 mm 7 mm无缝钢管管路至二号泵站 1 5 0 0 m ，泵站标高1 0 6 m，尾矿库初期坝标 用一备一 。 高1 1 2 m ，尾矿库后期坝 标 高1 1 8 m，尾矿量 二号泵站房面积9 m1 5 m， 高4 ． 2 m。泵 j ． 9 lf j ． 9 lf 粥 j ． 9 lf * j． 9 l f 粥 *j． 9 l f *j． 9 lf * e * j ． 9 lf j ． 9 lf j． 9 l f I { 9 *j． 9 l f * 。 }{ 矿浆流量也随之增加一次，沿途必发生一次 冒浆。由此可见，冒浆只 与选厂运行情况有 关，而与管道输送能力无关。 2矿浆的起泡现象是不 可避免的， 但冒浆却是可以减轻和预防的，最简单的办 法是设置通气管，通气 管 的 作 用是疏导泡 沫，调节管内压力，平息起泡活动。 5 ． 2 建议 为减轻和防止 冒浆，建议 设置通气管} 加强生产管理，掳少球磨机组启闭频率J管 道终点再设一个事故池，减 少 山 上 事故返 砂。 目前矿山正按该建议进行改进，安装通 气管后初见成效 以上只是定性的分析，为了得到定量关 系建议进一步作专题试验。 HS G B 型防佩浆亦隔离泵在乳山金矿的选用李涛 邮辅2 6 即1 一 3 5 维普资讯