斜板设备在尾矿干排工艺中的应用研究.pdf

2 0 1 5 年第3 期有色金属 选矿部分 8 3 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 5 ．0 3 ．0 2 0 斜板设备在尾矿干排工艺中的应用研究 郭强1 ，王高峰2 ，陈家栋1 ，韩晓熠1 1 ．云南科力新材料有限公司，昆明6 5 0 0 3 1 ； 2 ．句容市仙人桥矿业有限公司，南京2 1 1 1 3 1 摘要尾矿库建造的高投资与运行的高风险促使新的尾矿排放方法的快速发展，尾矿干排工艺正逐渐被多数矿山所采 用。本文重点介绍了应用斜板设备设计的斜板浓缩一陶瓷过滤干排、高效斜板浓缩一压滤干排、斜板分级一粗细颗粒分别干 排等三种工艺，滤饼含水率低于2 5 ％，回水率在7 5 ％以上，成功的应用在仙人桥矿业、鸿异矿业及木利锑业等尾矿的干式排 放，取得了显著的经济、社会、环境效益。 关键词尾矿；斜板设备；干排 中图分类号T D 4 6 2 ．1 ；T D 9 2 6 ．2文献标志码A文章编号1 6 7 1 - 9 4 9 2 2 0 1 5 0 3 - 0 0 8 3 - 0 4 R e s e a r c hO i lL a m e l l aE q u i p m e n ti nT a i l i n gD r yD i s c h a r g i n gP r o c e s s G U OQ 如愕7 ，W A N GG a o f e n 9 2 ，C H E NJ i a d 灯n 9 7 ，H A N 卿7 J ．Y u n n a nK e e n l yN e wM a t e r i a l sC o ．，L t d ．，K u n m i n g6 5 0 0 3 1 ，C h i n a ； 2 ．J u r o n gX i a n r e n q i a oM i n i n gC o ．，L t d ．， C a n j i n g2 1 1 1 3 1 ，C h i n a A b s t r a c t T h eh i g hi n v e s t m e n to fc o n s t r u c t i n gt a i l i n g sa n dh i g h r i s ko p e r a t i o nm a k et h er a p i dd e v e l o p m e n to f n e wt a i l i n g sd i s c h a r g em e t h o d ，t a i l i n gd r yd i s c h a r g i n gp r o c e s si sg r a d u a l l yb e i n ga d o p t e db ym o s to fm i n e s ．T h i s a r t i c l ef o c u s e so nd e s i g n i n gt h r e et a i l i n gd r yd i s c h a r g i n gp r o c e s s e so fl a m e l l at h i c k e r c e r a m i cv a c u u mf i l t e r ，H i g hr a t e l a m e l l at h i c k e r a u t o m a t i cf i l t e rp r e s s ，l a m e U ac l a s s i f i c a t i o n - p a r t i c l ew e r ed r yd i s c h a r g e da p p l y i n gl a m e l l ae q u i p m e n t ， t h em o i s t u r ec o n t e n to ff i l t e rc a k ei sl e s st h a n2 5 ％，t h eb a c k w a t e rr a t eo fm o r et h a n7 5 ％，t oa c h i e v et h et a i l i n gd r y d i s c h a r g i n gi nX i a n r e n q i a oM i n i n g ，H o n g s h e n gM i n i n ga n dM u l iM i n i n g ，t oo b t a i nr e m a r k a b l eb e n e f i t so ne c o n o m i c ， s o c i a la n de n v i r o n m e n t a l ． K e yw o r d s t a i l i n g ；l a m e l l ae q u i p m e n t ；d r yd i s c h a r g i n g 尾矿库是矿山企业最大的环境保护工程项目， 基建投资费用巨大，一般占矿山建设总投资的1 0 ％ 以上；尾矿库设施的运行成本较高，有些甚至占到选 矿厂生产成本的3 0 ％以上；而且存在溃坝危险，容易 造成重特大事故。随着我国矿业的快速发展，尾矿 库的数量急速增加，溃坝事故也呈上升趋势，人民群 众的生命财产遭受到了巨大的威胁，如2 0 0 8 年9 月 11 日，山西临汾市襄汾县新塔矿业公司发生的尾矿 库溃坝事故，造成了大量人员伤亡。因此，寻找更安 全、环保的尾矿排放方法具有重要意义。2 0 世纪6 0 年代由黄金系统率先应用的尾矿干式排放工艺，不 仅彻底根除了尾矿库溃坝的风险，而且改善了当地 的环境，收到了较好的效果。国家安全、环保等部门 也积极提倡各矿山企业应用该工艺。目前，该工艺 投稿日期2 0 1 4 - 0 4 - 1 4修回日期2 0 1 5 - 0 3 - 1 0 作者简介郭强 1 9 8 6 ． ，男，河南潢川人，助理工程师。 已成功地应用在铁矿、锑矿、铜矿、铝土矿等多种矿 山，所用的设备也呈现多样化，尤其是对斜板设备的 应用E t 趋成熟。斜板设备包括斜板浓密机、高效斜 板浓密机和斜板分级机等三种，常用在精矿、中矿或 尾矿的分级与浓缩作业，占地小，效率高，能耗低，操 作维护简单。 l 斜板设备原理及特点 1 ．1 斜板设备原理 斜板设备运用了“斜浅层沉降”原理【l 。J ，即在 池体中加入倾斜板组，大幅度缩短矿粒沉降距离，提 高设备单位占地面积的产能，从而大大地节约了设 备的占地面积。斜板浓密机在运行时，矿浆由给矿 筒均匀分配至各个箱斗，矿浆中的粗颗粒物料直接 万方数据 8 4 有色金属 选矿部分2 0 1 5 年第3 期 沉降至锥斗，细颗粒物料随着矿浆从斜窄流组合体 下部两侧的腰子口进人各斜板单体，在流体拖力和 自身重力的作用下，固体颗粒沉向板面，澄清水向上 流动，经溢流槽排出；细粒物料沉降至斜板表面形成 浓浆层，并沿斜板下滑，与粗颗粒一起从底流排出。 斜板分级机相当于斜板浓密机溢流跑浑，跑浑意味着 面积不够，通过调整面积，实现矿浆中小于某个粒级 的颗粒从溢流排出，大于该粒级的颗粒从底流排出， 达到该粒级分级效果。斜板设备结构如图1 所示。 2 图l斜板设备结构示意图 F i g ．1 r I l l es t r u c t u r ed i a g a mo fe q u i p m e n tl a m e l l a 1 一清水溢流槽；2 一斜窄流组合装置；3 一总溢流口； 4 一箱斗；5 一支腿架；6 一底流阀 1 ．2 斜板设备特点 斜板设备具备以下特点 1 单元集成结构，制造、装卸、运输、安装、维修 简便、可靠、灵活、费用低。 2 侧向半逆流的给料方式，使下沉的固体颗粒 与上行的澄清液各行其道，互不干扰，效率更高。 3 专门设计的结构与板材性质，符合流体力学 要求，保证了沉积物料沿板面顺畅滑入锥斗，不黏 泥、结垢。 4 采用节流式溢流槽，使各斜窄流单体的速度 均等，防止径向紊流。 2 斜板设备干排工艺 立足于坚实的科研基础与装备设计制造经验， 通过3 0 多年的理论与实践，成功的将斜板设备应用 在下列尾矿干排工艺中，并推广。 2 ．1 斜板浓缩一陶瓷过滤干排工艺 将选别后的尾矿进入斜板浓密机浓缩至4 0 ％以 上，溢流水进人选矿厂回水系统，循环利用；斜板底 流进入陶瓷过滤机过滤脱水，再干排 滤饼含水率在 1 5 ％以下 ，滤液并入回水系统。也有部分平原地区 选矿厂采用普通圆池型浓密机一陶瓷过滤机的工 艺。与普通圆池型浓密机相比，斜板浓密机具有占 地面积小，产能高，投资省，建设周期短等特点；因其 整机无传动部件，所以能耗低，操作维护简单，节能 减排；加之设备较高 一般在9m 左右 ，固体颗粒经 过斜板板面浓缩及锥斗高压压缩两道提浓，底流浓 度一般较普通圆池型浓密机高2 ％～5 ％，提高陶瓷 过滤机的生产效率。 该工艺特别适合于缺水、少地的山区选厂，尾矿浆 浓度一般在1 0 ％～2 0 ％，粒度相对较粗 一7 4 岬占 7 0 ％左右 ，原生泥含量少。大量的澄清溢流水可以缓 解选厂生产用水，干燥的滤饼用以回填矿坑，就地复垦、 复林，改善环境，节能减排，社会经济效益显著。 2 ．2 高效斜板浓缩一压滤干排工艺 将选别后的低浓度难沉尾矿进人高效斜板浓密 机浓缩至3 0 ％左右，溢流水进入选矿厂回水系统，循 环利用；斜板底流进入全自动立式压滤机压滤脱水， 再干排 滤饼含水率在2 5 ％以下 。相比高效浓密机， 高效斜板浓密机具备占地更小、投资更少等优点，特 制的加药装置与加药方式配合斜窄流效应，使浓缩效 率更高，整体性能表现与高效浓密机相当甚至更好。 由于浮选作业过程中加入了大量的浮选药剂， 固体颗粒表面的动电位高，颗粒间的斥力较大，浓缩 处理的效果差；在浓缩过程中又产生大量的浮选泡 沫，带走部分絮凝剂，增加药耗，成本高。所以，该工 艺特别适合山区或平原中无法建设尾矿库的重选或 磁选尾矿浓缩作业。比如某些选铁或选锡尾矿浆浓 度较低，粒度细，含泥高，尤其是原生泥，自然沉降速 度极慢，选择普通浓密需要的设备面积很大，性价比 低。而用高效斜板浓密机替代，设备面积则大大减 小，投资更少。滤饼可用于制造建筑材料、造地绿化 等，节能减排，保护环境，利国利民。 2 ．3 斜板分级一粗细颗粒分别干排工艺 首先将尾矿浆进入斜板分级机，粗细分离。斜 万方数据 2 0 1 5 年第3 期郭强等斜板设备在尾矿干排工艺中的应用研究 8 5 板分级机底流进入过滤设备过滤干排；溢流根据粒 度组成，进入斜板浓密机或高效斜板浓密机，澄清的 溢流循环再利用，底流进入压滤机压滤脱水干排与 常规的水力旋流器分级相比，斜板分级机分级质效 率高，操作维护简单，分级粒度广，适合1 0 一1 5 0 斗m 分级；因设备容积大，所以底流口管径远大于旋流器 沉砂嘴口径，不易堵塞，运行更顺畅；且重力场比离 心场能耗更低，磨损更小，运行成本低；斜板分级机 底部矿浆浓度高，易形成类似于重介质悬浮液的流 态化床，上部斜板群与流态化床之间的交互作用，使 沉落斜板面的细颗粒在流态化床作用下再次上升 逆流 ，如此反复底流不易夹细，分级精度更高。 该工艺适合尾矿浆浓度较高，粒度较细，干涉沉 降作用明显，絮凝效果差，不易直接浓密的物料。利 用斜板分级机将粗、细物料分离，粗颗粒随高浓度的 斜板分级机底流排出，易于过滤；细颗粒随低浓度的 溢流排出，随后进入高效斜板浓密机，其底流再压滤 成滤饼 含水率2 5 ％以下 干排。 3应用实例 3 ．1 句容市仙人桥矿业有限公司 句容市仙人桥矿业有限公司矿区地理位置复 杂，不宜建造尾矿库。该公司以选铜为主，副产品包 括铁、锌、硫，尾矿粒度较粗，一7 4 m 占6 5 ％以上， 矿浆浓度在2 0 ％左右。根据此矿浆性质，最终选用 斜板浓密机一陶瓷过滤机干排工艺处理，要求斜板 浓密机溢流水澄清，底流浓度大于4 5 ％，陶瓷过滤机 滤饼含水率低于1 5 ％。生产测试结果如表1 。 表1生产测试结果 ’ 生 皇坠壁竺 竺 堡2 1 巳翌堕竺盟2 翌 竺苎竺塾耋坐主竺竺茎兰登竺鲎竺鐾逖 第一次 1 5 32 14 3 04 51 2 ．8 第二次1 4 71 9 4 9 04 3 1 2 ．3 第三次1 6 12 04 5 0 4 7 1 2 ．6 由表1 可以看出，该尾矿浆经过斜板浓密机处 理后，溢流水澄清，含固量低，达到回用要求；底流浓 度值也符合陶瓷过滤机的给矿要求，为下一步高效 的过滤创造了有利条件；陶瓷过滤机的滤饼含水率 在本周期的测试中均达到了1 5 ％以下，实现了尾矿 干排。为充分、合理的利用资源，仙人桥公司又建造 了一个制砖厂，将干排的尾矿全部回收制砖，每年为 公司节约成本1 0 0 万元以上，最终实现了该公司废 水、废渣的零排放，提高了节能减排水平。该工艺不 仅解决了尾矿排放问题，而且省去了建造尾矿库的 大笔投资，同时保护了当地的水资源与环境，社会、 经济、环保效益显著。 3 ．2 湖北鸿畀矿业有限公司 湖北鸿舁矿业有限公司地处长江岸边，地形较 平，国家环保等部门禁止其在当地建造尾矿库，采用 尾矿干式排放是唯一出路。该公司离港口较近，以 进口伊朗等国家的铁矿石为主。虽然进口铁矿石品 位高，但其嵌布粒度极细，磨矿粒度一7 4 汕m 通常在 9 0 ％以上；通常，一批矿石来自多个矿山，矿石性质复 杂，选别困难。该尾矿粒度一7 4 岬在9 5 ％左右，矿 浆浓度为9 ％～1 0 ％，根据此物料性质，选用高效斜板 浓密机一压滤干排工艺处理，要求高效斜板浓密机溢 流水澄清，底流浓度大于3 5 ％，滤饼含水率低于2 5 ％。 生产测试结果见表2 。 表2生产测试结果 T a b l e2T e s tr e s u l t so fp r o d u c t i o n 型兰竺兰；塞兰尘竺茎竺签兰篡竺鲎竺燮 由表2 可以看出高效斜板浓密机一压滤干排工 艺的各项指标均达到或高于设计指标，实现了湖北 鸿舁公司的尾矿干式排放，对干排的尾矿最终采取 的也是制砖，使废水、废渣得到了充分合理的再利 用，防止其对长江及周边环境的污染，并为公司创造 了巨大的经济效益。 3 ．3 云南木利锑业有限公司 云南木利锑业有限公司地处缺水、少地的山区， 尤其重视对水资源的合理利用与保护。该厂尾矿浆 浓度低，约6 ％～8 ％，粗颗粒物料多，针对回收粗砂 与水资源为主的目的，同时回收细粒级中的部分 锑矿。 经过多年的生产实践，该工艺各项指标均达到 了设计要求。回水率大于7 5 ％，每年为木利锑业公 司节约水费约3 0 万元，节约充填料费用约9 0 万元， 延长尾矿库服务年限约1 0 年，经济效益可观，利于 当地的生态环境保护，符合国家提出的节能减排方 针，大大地促进了木利锑业公司的可持续发展。 4结论 利用斜板设备的尾矿干排工艺经过多年成功的 实践应用，已相当成熟，保证滤饼含水率低于2 5 ％， 回水率在7 5 ％以上，适合各种尾矿的干式排放，为尾 矿排放开辟了新的途径，降低矿业开发的成本及风 3 l 8砣M 扒於”勰 O O 8M ”n铂竹殂吼 m 啪栅；搴 次次次 一二三 第第第 万方数据 8 6 有色金属 选矿部分2 0 1 5 年第3 期 险，符合国家矿业开发可持续发展的要求，改善矿山 周围的生态环境，造福当地的人民群众，产生较大的 社会、经济、环境效益。总之，斜板设备在尾矿干排 中的应用越来越广，发挥的作用越来越不可替代，相 对其他干排工艺，投资更少，运行成本更低，操作维 护更简单。 参考文献 [ 1 ] 张志明，许锦康，李平．K M L Z 5 0 0 ／5 0 斜板浓密机的设计 和应用[ J ] ．矿山机械，2 0 0 6 ，3 4 1 7 0 - 7 1 ． [ 2 ] 许锦康，韩晓熠，陈家栋，等．K M L Z 型搅动助排式斜窄流 浓密机研发及应用[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 1 1 增 刊 2 7 7 - 2 7 9 ，2 8 5 ． [ 3 ] 王文潜．浅层沉淀原理与斜板浓密设备[ J ] ．国外金属矿 选矿，1 9 9 8 5 5 - 7 ． [ 4 ] 谢坪全，韩晓熠，李强，等．斜窄流浓密机处理煤泥水的 工业试验研究[ j ] ．煤炭工程，2 0 1 3 9 1 1 6 - 1 1 8 ． [ 5 ] 王喜良，黄云平，周兴龙，等．斜板浓密机浅层内窄粒级 颗粒沉降规律[ J ] ．金属矿山，1 9 9 9 6 2 5 - 2 8 ． 上接第7 1 页 与图3 系统不同之处在于，图5 中内行星转子 为主动运动，其在水平与竖直方向上的运动为 算 0 ．0 5 s i n 3 0 q r t ，Y 0 ．0 5 c o s 3 0 仃t 根据式 8 有 降堡L 二 如n r ，I 粤盟0 ．2 8 7 1 I F 8 1 盯tI 一万5 0 ‘气 系统满足内行星转子稳定的行星运动条件。圆 柱状运动部件绕其自身中心旋转的角速度随时间的 变化如图6 所示。 _3 0 二2 5 逞2 垂。1 。5 辞5 划0 ℃一5 翟一1 0 图6 半径为0 ．1 4m 内行星转子转速随 时间变化的关系 F i g ．6 T h ea n g u l a rv e l o c i t yo ft h ei n t e r n a l r o l l e rw h o s er a d i u si s0 ．1 4m 刚开始阶段，转子在机体腔内与机体内壁发生 碰撞和摩擦，转速变化较大，当系统稳定工作时，转 子的转速稳定在6 ．6 7 6 r a d ／s 左右。根据式 1 1 ，理 论上转子的平均转速为 ∞。’ I 了孑』1 ∞ Q 半_ 6 4 0 “q 7 “ 6 ．1 1 6 ．5 1 ∞l 咖 _ ■一 O ．1 模拟结果符合理论计算的结果，验证了本文第2 节的理论分析。 4结论 惯性圆锥破碎机在稳定工作时，动锥在破碎腔 内绕其自身的中心旋转，方向与转子旋转方向相反。 本文利用内行星转子一振动机体模型解释了产生该 现象的原因。由于振动力矩、动锥衬板与定锥衬板 之间摩擦力的共同作用，动锥沿物料或者定锥滚动。 要使设备达到良好的工作状态，应使动锥作纯滚动， 即不产生滑动。利用内行星转子一振动机体模型， 在一阶近似条件下分析了机壳振幅与间隙应该满足 的关系，得到了系统稳定运动的条件；利用李雅普洛 夫关于系统稳定性的分析方法，推导出系统稳定运 动时，动锥的运动状态。稳定运动时，动锥绕其自身 旋转的角速度与转子转速的比值等于间隙与动锥半 径的比值。本文所研究的结论可以为惯性圆锥破碎 机设计与工作参数的选择提供参考。 参考文献 [ 1 ] 王健，刘方明，陈邦．G Y D 一1 2 0 0 惯性圆锥破碎机在金 属矿山的应用研究[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 0 9 5 4 2 4 6 ． [ 2 ] 夏晓鸥，罗秀建，唐威．E t 本破碎设备制造发展概况[ J ] ． 国外金属矿选矿，2 0 0 1 1 2 - 5 ． [ 3 ] 唐威．惯性圆锥破碎机原理及在金属矿山的应用[ J ] ． 中国矿业，2 0 1 0 1 0 1 0 8 ．“2 ． 『41B l e k h m a nII ．V i b r a t i o n a lM e c h a n i C S N o n l i n e a rd y n a m i c e f f e c t s ，G e n e r a la p p r o a c h ，A p p l i c a t i o n [ M ] ．S i n g a p o r e W o r l dS c i e n t i f i c ，2 0 0 0 1 5 2 - 1 5 8 ． [ 5 ] 李增刚．A d a m s 入门详解与实例[ M ] ．北京国防工业出 版社，2 0 0 6 1 0 1 1 1 8 ． 万方数据