HRC型高压浓缩机的开发及应用实践.pdf

2 0 1 1 年增刊1 有色金属 选矿部分 2 7 3 D O I 1 0 _ 3 6 3 9 ／j ．i s s n l 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 1 0 1 ．0 6 4 H R C 型高压浓缩机的开发及应用实践 仝克闻1 ，陈毅琳2 ，战训友3 ，王书建3 ，卢定一4 1 ．长沙矿冶研究院有限责任公司，长沙4 1 0 0 1 2 ；2 酒泉钢铁集团有限责任公司，甘肃嘉峪关7 3 5 1 0 0 ； 3 ．鲁中矿业有限公司，山东莱芜2 7 1 1 1 3 ；4 ．陕西汉中钢铁集团有限公司，陕西勉县7 2 4 2 0 7 摘要针对微细物料浓缩脱水，H R C 毽嫡压浓缩机具有其独特优势。高压浓缩机应用于矿山选矿厂技术改造、新矿 山建设中，可降低投资、减少尾矿排放体积量、提高回水利用率，为矿山取得直接经济、社会和生态效益。 关键词固液分离；絮凝浓缩；高压浓缩机；浓相层 中图分类号T I M 6 2 ．5 文献标识码A文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 1 1 S 0 - - 0 2 7 3 - 0 4 T h eD e v e l o p m e n ta n dA p p l i c a t i o no fT h eH R CH i g h - p r e s s u r eT h i c k e n e r s ／i C l a r i f i e r s T O N GK e w e n l ，C H E NY i l i n 霉，Z H A NX u n y o u s ，W A N GS h u j i a n s ，L UD i n g y i 4 1 ．C h a n g s h aR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n ga n dM e t a l l u r g y ，C h a n g s h a4 1 0 0 1 2 ，C h i n a ； 2 ．j i u q u a nI r o n S t e e lG r o u p ．J i a y u g u a nG u a n s u7 3 5 1 0 0 ，C h i n a ；3 ．M i n m e t a l sL u z h o n g M i n i n gC o ．，L a i w uS h a n d o n g2 7 1 11 3 ，C h i n a ；4 ．S h a a n x iH a n g z h o n gI r o n ＆s t e e lG r o u p ， C o ．，L t d ．M i a n x i a nS h a a n x i7 2 4 2 0 7 ，C h i n a A b s t r a c t H R C H R h i g h - p r e s s u r et h i c k e n e f f c l a r i f i e rh a si t su n i q u ea d v a n t a g e sf o rt h et h i c k e n i n ga n d d e w a t e r i n gs u p e r f i n em a t e r i a l s ．H i g hp r e s s u r et h i c k e n e ma p p l i e di nt h ec o n s t r u c t i o na n dt e c h n i c a lr e n o v a t i o no f m i n ec o n c e n t r a t o r ，C a nn o to n l yr e d u c et h ec o s t sa n do u t p u to ft a i l i n g sb u ta l s oe n h a n c et h eu t i l i z a t i o nr a t i oo f e f f l u e n t ，a n da c h i e v ed i r e c te c o n o m i c ，s o c i a la n de c o l o g i c a lb e n e f i t sf o rt h em i n e s ． K e yw o r d s s o l i d - l i q u i ds e p a r a t i o n ；f l o c c u l a t i o nc o n c e n t r a t i o n ；h i i g hp r e s s u r et h i c k e n e r ；d e n s el a y e r 1冶金矿山固液分离浓缩脱水现状 固液分离浓缩脱水是连续浆体物料流程工业固 液分离的一个主要作业，在冶金、矿山、化工、环 保得到广泛应用。我国冶金矿山选矿厂有大量的浓 缩机，这些浓缩机基本上都是2 0 世纪8 0 年代以前 建造的，其技术是2 0 世纪5 0 年代从前苏联引进 的，技术比较落后，工艺指标差；表现为两低一 高，即底流浓度低，单位面积处理能力低，溢流固 体含量高；操作上易压耙。自动化程度低，劳动强 度大。随着钢铁业的发展，矿业又迎来新的发展时 机，目前原料供应偏紧，市场需求增加，加之水资 源和能源供应短缺，水资源和能源供给与生产需求 的矛盾日益突出。市场的拉动促使矿业扩大生产规 模，水资源和能源短缺及土地供应短缺与环保的要 收稿日期2 0 1 l 0 7 2 7 作者简介仝克闻 1 9 6 1 一 ，男，湖南长沙人，研究员。 求促使矿业采用新技术。选矿厂为降低能耗，必须 提高尾矿的输送浓度；为减少土地使用，扩建与大 规模的技术升级改造过程中希望采用高效的浓缩设 备。企业对浓缩机的需求是底流浓度高，单位面 积处理量大，溢流能达到外排水标准，设备工作可 靠，不压耙，操作简单。 目前国内矿山企业逐渐采用高效浓缩机，国内 高效浓缩机通常以中心传动式居多，其特点是1 给矿段采用多点加药，提高药剂絮凝效果。2 在 浓缩池内增设斜板装置，降低溢流水质。3 在中 心或耙架位置增设提耙装置，处理设备运转压耙问 题。4 采用一点或多点液压驱动。从国外进口高 效浓缩机，设备价格十分高，是国产设备的2 倍以 上，大型浓缩设备以芬兰L a l D X 公司、美国的 A m c o 公司、俄罗斯的新西伯利亚采选设备独立设 计局、德国的H u m b o l d t 公司为代表。H R C 型重载 万方数据 2 7 4 有色金属 选矿部分2 0 1 1 年增刊1 高压浓缩机性能等同或优于国外设备，因此，其具 有较大的发展空间。 2H R C 高压浓缩机特性及配置 长沙矿冶研究院科研人员在生产实践过程中发 现，浓缩进入到压缩阶段，浓缩过程由固体颗粒的 沉降变为水从浓相层中挤压出来的过程。普通浓缩 机中，浓相层是一个均匀体系，仅依靠压力将水从 浓相层挤压出来是一个极为困难的和漫长的过程， 采用絮凝浓缩，尽管固体颗粒的沉降速度大幅度提 高，但由于受到压缩过程的制约，浓缩机的处理能 力也难以提高。在研究中还发现，通过改进浓缩机 的池体结构，改变两相流运动状态，提高沉降效 率；通过在浓相层中设置一特殊的搅拌装置，破坏 浓相层中平衡状态，造成浓相层中低压区，这些低 压区成为浓相层中水的通道，由于这一水的通道的 存在，使浓缩机中压缩过程大大加快。根据这一分 析方法研发出来新型的H R C 型高效浓缩机高 压浓缩机，其充分发挥浓相层的过滤、压缩及提高 处理能力作用，这种浓缩机结构特点类似于国外 A L C A N 型膏体浓缩机，具有高效浓缩机的大处理 量以及深锥浓缩机具有的高的底流浓度的综合优 点。研发的系列产品H R C - 6 、9 、1 2 、1 5 、1 8 、 2 2 、2 5 、2 8 、3 0 型高压浓缩机已成功工业应用。 2 ．1H R C 型高压浓缩机优势及特点 1 设备采用多头传动，传动扭矩大、效率高。 2 设备处理能力大，最大处理能力比常规浓 缩机分别提高3 一l O 倍。 3 具有消能、混合浆体装置，充分发挥絮凝 剂絮凝作用。 4 优化设计浓相层深度，确保底流排矿稳定。 实现高浓度。 5 优化设计底锥及耙架结构，确保浓浆自卸、 畅通排出。 1 针对处理量较大物料、药剂耗量较高 如大型 铁矿选矿厂尾矿处理量可达8 0 0t ／h 以上；含稀有 金属红土矿湿法冶炼浓缩洗涤药剂用量在2 0 0 3 0 0 加 ，药剂的调制稀释设备投资大、厂房等基础设 施费用高。2 由于工艺较简单，稀释用时较长、 稀释效果不理想，其药剂单耗较高。 将药剂的调制稀释系统的研发作为新型浓缩机 开发配套系统的重点之一，进行了不同稀释方式、 不同稀释药剂浓度实验室试验，借鉴国外成功经 验，通过不同稀释方式方案比较，研制开发出流态 化絮凝剂稀释技术及装备，稀释方式为搅拌桶搅拌 稀释储存老化一流态化再稀释一添加工艺，其特 点1 总药剂耗量较大条件下，药剂的调制稀释 系统投资降低4 0 ％。2 采用高速水流稀释降低稀 释时间，同时降低系统能耗。3 将药剂稀释浓度 由0 ．1 ％降低至0 ．0 3 ％，提高药剂絮凝效率，降低 药剂单耗用量。 2 ．2 ．2 非p 一射线测定浆体浓度技术 浓缩脱水系统自动化控制多采用将给料量与药 剂添加系统连锁、底流排放量与底流泵频率连锁， 控制浓缩系统药剂添加量和底流排放浓度。因此， 实行自动化控制系统浆体浓度监测成为关键环节之 一。现阶段工业生产工艺过程浆体浓度测定采用 B 一射线浓度计，其射线源对环境、对操作人员有 一定的负面作用，现场采用均比较谨慎。 浓缩脱水工艺自动化控制系统开发将新型浓度 监测装置作为新型浓缩机开发配套系统的重点之 一。研发组进行了不同浓缩浆体输送试验，监测不 同浓度条件下流体压力，作为设计基础参数。新型 浓度检测装置再进行不同浓缩浆体输送试验，对参 数进行再修正。新型浓度检测装置特点1 安全 环保，安装简便；2 对不同物料仅进行安装后参 数标定，适用性强，可应用于不同类型物料浆体输 送检测浓度；3 精确度较高，波动范围t O ．3 ％。 出。．竺、篓多区较深，便于装配斜管设施，确保溢 3应用实践 流水质达标。 一”。”一、 2 ．2 腿C 型高压浓缩机系统配置 2 ．2 ．1 流态化絮凝剂稀释技术 我国现阶段浓缩脱水处理微细物料采用絮凝浓 缩脱水，用于提高细粒物料的沉降速度，达到提高 浓缩机处理能力的目的。所采用的絮凝剂多为有机 类高分子絮凝剂，药剂的调制稀释方式采用搅拌桶 搅拌稀释直接添加方式和搅拌桶搅拌稀释后储存添 加方式，该两种方式优点是工艺较简单，缺点是 随着我国矿物资源向贫、细、杂的方向发展， 为获得选矿合格产品必须经过细磨和超细磨，某些 产品，尤其是功能矿物材料对产品粒度要求严格， 产品往往是微米级。采用常规浓缩机以及高效浓缩 机对微细粒物料进行浓缩脱水非常困难，采用高压 浓缩机对微细粒级物料进行浓缩脱水可获得满意的 浓缩产品。如酒钢选矿扩能改造工程处理中矿，物 料细度一7 4 腼9 5 ．7 2 ％，采用2 台H R C 一2 5 型重载 万方数据 2 0 11 年增刊1仝克闻等H R C 型高压浓缩机的开发及应用实践 2 7 5 高压浓缩机，实现处理量1 7 3t ／h 。 矿山采空区和塌陷区充填是矿山维持生产的重 要条件，全尾充填是多方案中最优方案。实现此方 案，尾矿浓度必须达到5 0 ％以上，而实现5 0 ％以 上浓度方案中，高压浓缩机又是最优方案。如承 德铜兴矿业尾矿塌陷区充填工程，采用2 台H R C 一 2 5 型高压浓缩机，实现过滤给入浓度5 0 ％以上工 艺要求。 湿法冶金过程中的洗涤作业目前多采用过滤洗 涤，此工艺能耗高、劳动强度大、金属流失严重、 生产成本高。采用高压浓缩洗涤代替过滤洗涤，上 述过滤洗涤存在的问题得到较好的解决。如中原黄 金冶炼厂金洗涤作业采用H R C 型高压浓缩机取代 效率低、能耗高的带式过滤机，实现底流排放浓度 6 0 ％一6 5 ％；浙江华友钴镍公司湿法冶金过程中的 洗涤作业采用H R C 型高压浓缩机，实现底流排放 浓度大于5 0 ％。 金属矿山尾矿干式排放工艺技术逐渐在矿山企 业得以推广，该工艺可节能、节水及减少尾矿库投 资。该工艺需解决的技术难点是尾矿浓缩实现高浓 度 要求浓度5 0 ％一6 0 ％ ，提高过滤或压滤作业效 率，降低投资。如酒钢肃北龙德矿业公司尾矿干排 工程，采用1 台H R C - Z 一2 5 型重载高压浓缩机， 实现处理量1 2 0t ／h ，底流排放浓度5 0 ％～5 5 ％。 大型重载高压浓缩机研制成功，对我国矿山实 现尾矿综合利用、铁精矿 尾矿 长距离高浓度管 道输送、微细物料处理提高回水率，可缩短工艺流 程，节省大量的能耗，经济效益显著。解决了过去 普通浓缩机与高效浓缩机难以解决的浓缩机底流浓 度低、处理能力低的难题，填补我国高浓度浓缩空 白，有着广泛的应用前景。 4 工程应用典型案例 4 ．1 酒钢 集团 选矿厂扩建弱磁精矿提质降杂 浓缩系统 酒钢 集团 选矿厂生产能力为年处理原矿量 6 5 0 万t 。其中年处理块矿3 7 4 万t 、粉矿2 7 6 万t ； 铁精矿产量3 3 3 ．5 万t ／a ；综合精矿品位5 2 ．5 ％，金 属回收率7 8 ．5 3 ％，全选比1 ．9 4 9 倍。为了提高综合 精矿品位，扩建弱磁精矿提质降杂系统。为提高和 稳定浮选给矿浓度，需对二次精矿再磨精矿产品和 扫选I 中矿进行浓缩脱水处理。 浓缩的物料由弱磁二次精矿再磨精矿产品和扫 选I 中矿组成，其矿浆特性给矿量3 7 7 ．1 4t ／h ， 体积量1 6 0 5 ．2m 3 ／h ，给矿浓度1 9 ．9 6 ％，细度为 - 4 3I J , m 含量8 5 ％ 相当于一7 4 斗m 含量9 5 ％ ，矿 石密度4 ．0 5t ／m ，。浓缩处理物料浆体体积量大、细 度较细，要求浓缩底流浓度平均值达到3 5 ．0 ％ 3 ％，系统采用1 台H R C - Z 一2 5 型高压浓缩机进行 浓缩处理。 工程实现成果 1 将H R C Z 一2 5 型重载高压浓缩机应用于微 细红矿 一7 4 胁9 8 ％ 浓缩，实现处理能力大于 3 7 0t ／h 。 2 在自然浓缩条件下，实现溢流水质小于 1 5 0 x 1 0 。6 ，为微细红矿 一7 4 岬9 8 ％ 浓缩处理 开辟新的途径。 4 ．2 杨家坝铁矿尾矿浓缩系统扩能改造 杨家坝铁矿矿石为磁铁矿，原矿品位2 4 ％，磨矿 细度一7 4 斗m7 1 ．0 8 ％。原矿年处理量9 0 万t ，尾矿 6 4 万妇。现磁选后尾矿用2 台西5 3m 浓密机处理， 浓密机进料浓度6 ％～1 0 ％，底流浓度1 5 ％一1 9 ％。 从物料沉降性能来看，底流浓度可以达到3 0 ％ 以上。但针对该类型物料，现生产工艺采用普通浓 密机浓缩脱水难以实现高浓度排放。主要是设备结 构的原因，在浓度高时沉积物料流动性差，设备负 荷大幅增加，导致高浓度排放易造成压耙。 选矿厂扩能改造后原矿年处理量增至1 3 5 万t ， 尾矿量达到9 6 万以，浓缩系统扩能改造采用l 台 H R C - 2 8 型高压浓密机替代2 台口巧31 1 1 普通浓密机， 2 0 1 0 年1 0 月投产，实现处理能力1 0 0 ～1 2 0t ／h ，底 流排放浓度3 5 ％～4 5 ％。高压浓密机与普通浓密机 比较处理能力提高6 ～8 倍、输送浓度提高1 3 5 ％， 该工程的成功实施为冶金矿山扩能、节能减排起到 工程示范效应。 4 ．3 鲁中矿业有限公司选矿厂扩能浓缩系统改造 鲁中矿业有限公司选矿厂原设计年处理原矿石 2 1 0 万t ，湿选尾矿量约为9 0 万t 。随着矿产品市 场的好转，从2 0 0 5 年开始，进行了选矿厂的扩建， 目前，选矿厂已扩建到年原矿处理量为4 8 0 万t 规 模，尾矿量约2 4 0 万t 。 目前，选矿厂尾矿浓缩流程为两段浓缩，一段 浓缩的底流进入第二段浓缩，有4 台尾矿浓密机， 一段浓缩为2 台咖5 3m 浓密机，二段浓缩为2 台 鲥5m 浓密机。由于尾矿的粒度细，浓密机处理 量低，目前尾矿浓缩存在的主要问题是底流浓度低 输送浓度3 3 ％ ，溢流跑浑，制约选矿厂生产能力 的提高，因此必须进行浓缩系统扩能改造。 万方数据 2 7 6 有色金属 选矿部分2 0 1 1 年增刊1 浓缩系统改造的目的是在近期扩产到年处理能 力为4 8 0 万t ，提高浓密机的底流浓度，降低浓密 机的溢流含固量，在选矿厂扩建到远期处理量后浓 缩系统满足充填采矿尾矿处理要求。 从尾矿特性分析，一7 4 恤m 仅为7 3 ．6 0 ％，微细 粒级含量特别高，一1 0 斗m 达到4 1 ．3 3 ％，微细粒级 含量高是该物料浓缩脱水主要难点。浓缩系统扩能 改造设计指标要求给矿浓度1 5 ％。处理量1 5 0t ／h ， 要求浓缩底流浓度3 4 5 ％，一期采用2 台H R C 一2 8 型高压浓缩机，实现年处理能力为3 5 0 万t ，拟二 期再增加1 2 台H R C 一2 8 型高压浓缩机，取代现有 的2 台咖5 3m 浓密机和2 台4 珥5m 浓密机，实现 选矿厂年处理原矿超过5 0 0 万t 的目标。 该工程2 0 1 1 年7 月投产，单台H R C 一2 8 型高 压浓缩机处理量大于9 0t ／h ，底流排放浓度4 0 ％～ 5 0 ％．最高浓度5 5 ％，溢流水质平均小于3 x 1 0 4 。 5 高压浓缩机前景 我国矿山的发展将逐步从粗放型向清洁、高效 率、节能低碳型方向转型。高压浓缩机应用于矿山 选矿厂技改、新矿山建设中，可降低投资、减少尾 矿排放量、提高回水利用率等，为矿山发展可取得 直接经济、社会和生态效益 我国是个矿业大国，就选矿产生的尾矿产品而 言，大多数矿山资源的品位较低，在选矿流程中排 出大量的尾矿，随着矿产资源利用程度的提高，矿 石的可开采品位相应降低，尾矿产生量也在增加。 据统计，2 0 0 0 年以来，我国矿山每年尾矿产生量 上接第2 7 2 页 4系统特点 系统特点包括1 特别适合于单套供水系统 给多台机封同时提供冷却水的系统；2 特别适合 渣浆泵机封冷却水系统；3 可以实现自动补水； 4 对机械密封具有超强的保护作用；5 冷却水消 耗较少6 故障分析、处理简单；7 系统运行安 全可靠。 5 使用效果 1 6 台渣浆泵群的机封辅助系统试验，实际每 达到6 亿t 以上。我国冶金矿山选矿厂浓缩机大部 分是2 0 世纪5 0 年代从前苏联引进的，技术比较落 后，尾矿处理系统排放浓度较低 部分选矿厂排放 浓度仅为2 0 ％左右 ，回水利用率低，如果将尾矿 浓缩输送浓度由2 0 ％～3 0 ％提高到4 5 ％以上，可降 低输送体积量4 0 ％以上，同时提高选矿厂回水利用 率、降低新水耗量，减少排放量，也相应提高尾 矿库库容量。我国矿山每年减少尾矿排放量估计直 接经济效益3 亿元以上，减少排放量提高尾矿库 库容量、降低新水耗量，可取得良好的社会和生态 效益。 参考文献 [ 1 ] 现代铁矿石选矿编委会．现代铁矿石选矿 上册 F M3 ． 合肥中国科学技术大学出版社，2 0 0 9 ． [ 2 ] A n l a fH ．D e v e l o p m e n tt r e n d sa n dn e wc o n c e p t sf o rt h e i m p r o v e ds o l i d - l i q u i ds e p a r a t i o no fs u p e r f i n es u s p e n s i o n s i nt h em i n e r a ld r e s s i n gi n d u s t r y [ C ] ／／P r o eX ⅦI n tP i n e C o n g D r e s d e n ，1 9 9 1 2 1 9 ． [ 3 ] B u s h t o nA ，W a r dAS H o l d i c hRGS o l i d - L i q u i dF i l t r a t i o n a n d S e p a r a t i o nT e c h n o l o g y [ M ] ．2 n de d ．W e i n h e i m ， G e r m a n y W I L E Y - V C HP r e s s ，2 0 0 5 ． [ 4 ] 胡岳华，冯其明．矿物资源加工技术与设备[ M ] ．北京 科学出版社，2 0 0 6 ． [ 5 ] 杨守志。孙德望，何方箴．固液分离[ M ] ．北京冶金工业 出版社，2 0 0 3 ． [ 6 ] E m m e t tRC ，K ] e p p e rRET e c h n o l o g ya n dp e r f o r m a n c eo f h i - c a p a c i t yt h i c k e n e r [ J ] ．M i n i n gE n g i n e e r i n g ，1 9 8 0 ，3 2 8 1 2 6 4 ． 天生水消耗量不到1 5m 3 ，比以前每天少用水3 0 - 4 0 m 3 。机封寿命在1 年以上，是以前机封寿命的3 4 倍。实现了无泄漏，降低运行成本，改善了环境。 6 存在问题 存在的主要问题有过滤器需要定期反向 洗涤，每年更换过滤布一次；不能自动判定机 封内漏情况，需要定期检查；在高温下需要增 加冷却器，来冷却循环水，控制循环水温度满 足机封要求。 万方数据