高压浓缩系统在酒钢新建铁选厂的应用.pdf

第3 4 卷 2 0 1 4 年0 8 月 矿冶 工 程 ⅣⅡN 矾GA N D I E T IIU R 6 I C k I , E N G D 幔．E R I N G V 0 1 ．3 4 A u g u s t2 0 1 4 高压浓缩系统在酒钢新建铁选厂的应用① 曾建红1 ，陈毅琳2 ，仝克闻1 ，刘千帆2 1 ．长沙矿冶研究院有限责任公司，湖南长沙4 1 0 0 1 2 ；2 ．酒泉钢铁集团，甘肃嘉峪关7 3 5 1 0 0 摘要介绍了高压浓缩系统的组成、特点，以及在酒钢新建铁选厂的应用情况。 关键词高压浓缩；浓缩系统；管道输送；铁矿选矿厂 中图分类号T D 9 2 6文献标识码A d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．0 2 5 3 6 0 9 9 ．2 0 1 4 ．0 8 ．0 8 8 文章编号0 2 5 3 6 0 9 9 2 0 1 4 0 8 0 3 2 2 0 6 酒钢老铁选厂于1 9 7 2 年建成投产，处理的矿石为 镜铁山矿区铁矿石，属弱磁性贫铁矿石，矿物组成复 杂，铁矿物嵌布粒度细，现行的工艺流程为“块矿焙烧 磁选 精矿反浮选、粉矿强磁选”流程，该流程较为复 杂，采用的磨矿分级段数多，产品粒度细，脱水难度大。 老铁选厂采用的精矿和尾矿浓缩设备均为传统普通浓 缩机，浓缩效率低，精矿浓缩机底流浓度约4 3 ％，尾矿 浓缩机底流浓度只有1 5 ％一2 0 ％，随着原矿处理量的 增加和矿石性质的变化，浓缩机出现了溢流跑浑的问 题，严重影响了正常生产，后来对设备进行了高效化改 造，取得了一定的成效，但与当前国内外先进的浓缩技 术指标相比，仍然有较大差距。 酒钢新建铁选厂年处理铁矿石4 0 0 万吨，其矿石 来源、选别工艺与老铁选厂基本相似，但设计指标更先 进，在产品浓缩脱水指标上，精矿浓缩机底流浓度设计 为6 0 ％～6 5 ％，尾矿浓缩机底流浓度设计为3 5 ％一 4 0 ％，溢流水可循环利用。为确保上述指标的可靠性， 防止老铁选厂存在的问题继续在新建铁选厂出现，酒 钢集团公司对国内外浓缩技术与装备进行了综合考察 和评价，最后选用了具有国际先进水平的H R C 型高压 浓缩机及其配套系统 简称高压浓缩系统 。 新建铁选厂于2 0 1 2 年底投产运行，经过一年多的 生产运行证明，高压浓缩系统运转平稳、可靠、指标优 异，超出了预期目标，为新建铁选厂的顺利达产达标及 长期稳定运行做出了贡献。 1 高压浓缩系统组成及特点 1 ．1 高压浓缩系统组成 高压浓缩系统主要由H R C 型高压浓缩机、底流输 送系统、内部循环系统、监控系统、流态化絮凝剂系统 组成，控制方式根据用户要求确定。 1 ．1 ．1 H R C 型高压浓缩机 H R C 型高压浓缩机是长沙矿冶研究院于2 0 世纪 8 0 年代研发的一种高压高效浓缩设备，经过3 0 多年 的发展与应用，现已形成系列化产品，直径达6 0m 以 上，并配备有先进的检测控制系统。图1 是应用于酒 钢新建铁选厂的H R C - 2 8 、H R C - 3 0 型高压浓缩机，图 2 是应用于酒钢新建铁选厂的H R C 一5 3 型高压浓缩 机，图3 是应用于酒钢新建铁选厂的高压浓缩机监控 系统。 H R C 型高压浓缩机主要由消气箱、传动机构、旋 流分散井、搅拌装置、筒体等组成。矿浆首先给人消气 箱，经由溜槽或管道给人中心旋流分散井 如需药剂 图1H R C 一2 8 、H R C 一3 0 型高压浓缩机 ①收稿日期2 0 1 4 - 0 7 - 1 1 作者简介曾建红 1 9 8 3 一 ，男，湖南邵阳人，工程师，主要从事选矿工艺与设备研究。 图2H R C 一5 3 型高压浓缩机 万方数据 2 0 1 4 年0 8 月 曾建红等高压浓缩系统在酒钢新建铁选厂的应用 图3 高压浓缩机监控系统 助凝，则矿浆在进入浓缩机前应与药剂进行充分混 合 ，然后通过旋流分散井进入浓缩机中的浓相层，通 过在浓相层的 再絮凝 过滤、压缩作用，澄清后的溢 流从上部溢流堰排出，高浓度底流由下部排矿口排出。 H R C 型高压浓缩机配备的检测控制系统，可对扭 矩、电流、存矿量、泥水界面、流量、浓度等关键参数进 行精确、安全的在线检测和精准、有效的自动控制，并 在超上下限值时进行自动报警，并自动采取相应措施， 为系统的稳定运行提供了保障。 1 ．1 ．2 底流输送系统 底流输送系统由输送泵、输送管道、检测控制系统 等组成。 H R C 型高压浓缩机能产生高浓度的底流，底流浓 度能达7 0 ％以上，似膏体状，采用普通离心泵已经不 能满足输送要求，一般以体积泵作为输送泵，当然，在 工艺要求浓缩底流浓度不需太高的情况下 一般不超 过5 0 ％ ，离心泵还是首选的输送设备。 输送泵由变频器控制，底流流量由流量计进行检 测，底流浓度由长沙矿冶研究院开发的无辐射浓度计 进行检测。采用P L C 实现对底流流量或底流浓度的 自动控制。 1 ．1 ．3 内部循环系统 内部循环系统主要包括事故情况下的内部循环以 及为获得稳定底流情况下的内部循环。 在事故情况下，开启内部循环系统，将浓缩底流重 新返回系统进行循环，可避免浓缩机长时间不排料时 超负荷运转而导致的压耙停机，弥补了提耙装置高度 受限的缺陷。 高压浓缩机进行高浓度制浆时，为获得浓度稳定 的底流，需将不合格的底流通过内部循环系统重新返 回浓缩机再次造浆。 1 ．1 ．4 监控系统 采用多种检测仪表对高压浓缩系统的工作状况进 行检测，并将所有检测数据在监控系统中予以显示、记 录和保存。在监控室通过查看数据和监测画面，可对 各设备的运行状况一目了然，提高了工作效率，减轻了 岗位劳动强度。 1 ．1 ．5 流态化絮凝剂系统 流态化絮凝剂系统是长沙矿冶研究院开发的一种 高效、低耗的絮凝剂配制添加系统，它采用流态化再稀 释工艺，将药剂在较小体积的装备里配制成3 ％o 浓度， 再通过无动力稀释至0 ．3 ‰进行添加，图4 是应用于酒 钢新建铁选厂的流态化絮凝剂系统。 图4 流态化絮凝剂系统 1 ．2 高压浓缩系统特点 高压浓缩系统以H R C 型高压浓缩机为主体设备， 辅以必要的配套系统，实现了大处理量、高浓度底流、 低浊度溢流的目标，具有先进、高效、节能、环保的 特点。 H R C 型高压浓缩机的特点如下 1 设备为多头传动方式，传动扭矩大，效率高。 2 采用先进的扭矩检测装置，检测精准、可靠。 3 设有消能、混合浆体装置，能充分发挥絮凝剂 的絮凝作用。 4 优化设计浓相层深度，能确保底流排矿稳定， 并实现高浓度。 5 优化设计筒体及耙架结构，能确保浓浆自卸， 畅通排出。 实现浆体浓度的无辐射检测是高压浓缩系统的配 套技术之一，传统的浓度检测采用核子浓度计，核子浓 度计的核子源有很强的辐射，对操作人员、环境有很大 的影响，而高压浓缩系统配套的无辐射浓度计以浆体 固有的特性为基础数据，通过在线检测流体的关键参 万方数据 矿冶工程第3 4 卷 数，输入计算模块自动计算得出浆体的浓度，精确度 0 ．3 ％，并适应于不同的物料，且安装简单，对人体、环 境无任何危害，安全环保，是一种十分理想的浆体浓度 检测装置。 流态化絮凝剂系统是高压浓缩系统的配套系统之 一，它降低了系统投资和能耗、提高了药剂絮凝效率， 降低了药剂单耗量。在矿石处理量较大或药剂用量较 大的情况下，流态化絮凝剂系统较传统絮凝剂配制添 加系统具有明显的优势。 2 酒钢新建铁选厂物料性质 按照设计的工艺流程，酒钢新建铁选厂需要进行 浓缩脱水处理的矿浆有强磁选中矿、浮选中矿、综合精 矿、综合尾矿。 在实验室测得各物料的密度与粒度分别见表1 ～5 。 表1 物料密度／ t m q 粒级／m m粒级分布率／％负累计分布率／％ 表4 综合精矿粒度分布 3 试验及设备选型 3 ．1 试验结果及分析 根据物料的沉降性能和老铁选厂的实际情况，实验 室对各物料进行了生产矿浆浓度 c 下的自然沉降试验 和絮凝沉降试验，絮凝剂为P A M ，试验结果见图5 - 7 。 图5 物料沉降曲线图 “ m i n 图6 溢流水固含量曲线图 “ m i n 图7 压缩浓度曲线图 试验结果表明 1 强磁选中矿自由沉降速度较慢，添加絮凝剂 后，沉降速度成倍增加，上层水固含量明显降低，絮凝 剂用量为1 0g ／t 即可满足工艺要求。6 0m i n 时的压缩 浓度为4 5 ％左右。 2 浮选中矿自由沉降速度较快，上层溢流水固含 量在1 5m i n 以后小于0 ．0 1 5 ％，沉降性能较好，该物料 万方数据 2 0 1 4 年0 8 月曾建红等高压浓缩系统在酒钢新建铁选厂的应用 采用自然浓缩能够满足工艺要求。6 0m i n 时的压缩浓 度为6 3 ％左右。 3 综合精矿自由沉降速度较快，上层溢流水固含 量在1 5m i n 以后基本能达到0 ．0 1 5 ％以下，沉降性能 较好，该物料采用自然浓缩能够满足工艺要求。6 0 m i n 时的压缩浓度可达7 3 ％。 4 综合尾矿自由沉降速度慢，上层水浑浊，难以 满足工艺要求，添加絮凝剂后，沉降速度成倍增加，上 层水固含量大大降低，絮凝剂用量在1 0e C t 左右较为 合适。6 0m i n 时的压缩浓度为6 2 ％左右。 3 ．2 设备选型 工艺设计指标见表6 。 表6 - r 艺设计指标 项目，等等，给饿度底繁度噘毫警量贾鬻 工艺设计指标是依据选矿试验流程、酒钢老铁选 厂的生产运行数据及设备技术水平等参数而制定的， 考虑到物料的特性、生产流程及管道输送的要求，设计 浓度较试验压缩浓度低。 根据上述指标参数，强磁中矿选择了两台I - I R E - 2 8 型高压浓缩机，单台直径2 8m 、沉降面积6 1 5m 2 ；浮选 中矿选择了一台H R C - 3 0 型高压浓缩机，直径3 0m 、 沉降面积7 0 6m 2 ；综合精矿选择了两台H R C - 2 8 型高 压浓缩机，单台直径2 8m 、沉降面积6 1 5m 2 ；综合尾矿 选择了两台H R C 一5 3 型高压浓缩机，单台直径5 3m 、 沉降面积22 0 5m 3 。浓缩机的驱动方式均为中心 驱动。 4 系统设计 新建铁选厂的高压浓缩系统由强磁选中矿、浮选 中矿、综合精矿、综合尾矿高压浓缩系统以及底流输送 系统组成，为便于生产管理，整个高压浓缩系统统一布 置在主厂房的西侧。 4 ．1 强磁选中矿高压浓缩输送系统 2 台H R C - 2 8 型高压浓缩机采用高架式钢筋混凝 土结构，相邻布置。 浓缩机顶部设置共用给矿平台，给矿平台上配置 给料分矿消气箱，箱内设置隔渣装置，主厂房通过渣浆 泵将强磁选中矿输送到给料分矿消气箱，矿浆经隔渣 消气后由管道分流至2 台浓缩机，浓缩机的进浆分流 管道为内径3 9 5m m 的陶瓷复合钢管。 浓缩底流输送至主厂房，距离5 0 0m ，浓度3 5 ％一 4 0 ％，每台浓缩机下配置两台渣浆泵，功率7 5k W ，采 用变频调速，一备一用，渣浆泵的出口管道为内径1 7 0 m ／n 的陶瓷复合钢管，两两合一连接至主管道，输送主 管道采用内径2 1 6m m 的陶瓷复合钢管。 另配有内部循环系统、流态化絮凝剂系统、电控室 以及其它辅助系统，均布置在浓缩机底部。 系统的检测量为浓缩机的主轴扭矩、底流浓度、底 流流量、床层压力、絮凝剂容积、流量等。 系统采用P L C 控制，通过P L C 的人机接E l 实现数 据信息处理、数据信息传送、设备状态监视和参数设定 的功能。电气、仪表和计算机构成一体化系统。电气 传动设备接受从计算机送来的各种信息，对工艺设备 进行程序控制，同时在自动控制过程中将有关工艺生 产设备的状态信息或控制实际值送给计算机，做到信 息共享。设备的运转方式分为自动、手动两种方式，运 转方式选择在控制室操作台上实现。 4 ．2 浮选中矿高压浓缩输送系统 H R C 一3 0 型高压浓缩机采用高架式钢筋混凝土 结构。 浓缩机顶部设置给矿平台，给矿平台上配置给料 分矿消气箱，箱内设置隔渣装置，主厂房通过渣浆泵将 浮选中矿输送到给料分矿消气箱，矿浆经隔渣消气后 由管道自流至浓缩机，浓缩机的进浆管道为内径4 9 9 m m 的陶瓷复合钢管。 浓缩底流输送至主厂房，距离5 0 0m ，浓度3 5 ％～ 4 0 ％，浓缩机下配置两台渣浆泵，功率1 6 0k W ，采用变 频调速，一备一用，输送管道为内径2 9 6m m 的陶瓷复 合钢管，输送速度为2 ．0 1m ／s 。 另配有内部循环系统、电控室以及其它辅助系统， 均布置在浓缩机底部。 系统的检测量为浓缩机的主轴扭矩、底流浓度、底 流流量、床层压力等。 系统采用P L C 控制，通过P L C 的人机接口实现数 据信息处理、数据信息传送、设备状态监视和参数设定 的功能。电气、仪表和计算机构成一体化系统。电气 传动设备接受从计算机送来的各种信息，对工艺设备 进行程序控制，同时在自动控制过程中将有关工艺生 产设备的状态信息或控制实际值送给计算机，做到信 息共享。设备的运转方式分为自动、手动两种方式，运 转方式选择在控制室操作台上实现。 万方数据 矿冶工程第3 4 卷 4 ．3 综合精矿高压浓缩输送系统 2 台H R C - 2 8 型高压浓缩机采用高架式钢筋混凝 土结构，相邻布置。 浓缩机顶部设置共用给矿平台，给矿平台上配置 给料分矿消气箱，箱内设置隔渣装置，主厂房通过渣浆 泵将综合精矿输送到给料分矿消气箱，矿浆经隔渣消 气后由管道分流至2 台浓缩机，浓缩机的进浆分流管 道为内径3 9 5m m 的陶瓷复合钢管。 浓缩底流输送至过滤厂房，距离20 0 0I n ，高差3 5 m ，浓度6 0 ％一6 5 ％，每台浓缩机下配置两台柱塞泵，功 率1 1 0k W ，输送压力2 ．8M P a ，采用变频调速，一备一 用，输送主管道采用内径1 7 4m m 的陶瓷复合钢管，输 送速度为1 ．8 5 ～2m ／s 。 另配有内部循环系统、电控室以及其它辅助系统， 均布置在浓缩机底部。 系统的检测量为浓缩机的主轴扭矩、底流浓度、底 流流量、床层压力、输送压力等。 系统采用P L C 控制，通过P L C 的人机接口实现数 据信息处理、数据信息传送、设备状态监视和参数设定 的功能。电气、仪表和计算机构成一体化系统。电气 传动设备接受从计算机送来的各种信息，对工艺设备 进行程序控制，同时在自动控制过程中将有关工艺生 产设备的状态信息或控制实际值送给计算机，做到信 息共享。设备的运转方式分为自动、手动两种方式，运 转方式选择在控制室操作台上实现。 4 。4 综合尾矿高压浓缩输送系统 2 台H R C 一5 3 型高压浓缩机采用埋地式钢筋混凝 土结构，相邻布置，并设有共用的泵房井和控制室。 两台浓缩机设置有共用给料分矿消气箱，箱内设 置隔渣装置，主厂房通过渣浆泵将综合尾矿输送到给 料分矿消气箱，矿浆经隔渣消气后由管道分流至2 台 浓缩机，浓缩机的进浆分流管道为内径7 8 7m m 的陶 瓷复合钢管。 浓缩底流输送至尾砂泵站，距离6 5 0m ，浓度3 5 ％ ～4 0 ％，每台浓缩机配置两台渣浆泵，功率9 0k W ，采用 变频调速，一备一用，渣浆泵的出口管道为内径1 9 1 m m 的陶瓷复合钢管，两两合一连接至主管道，输送主 管道采用内径2 7 1a m 的陶瓷复合钢管。 另配有内部循环系统、电控室以及其它辅助系统， 均布置在泵房井或控制室内。 系统的检测量为浓缩机的主轴扭矩、底流浓度、底 流流量、床层压力等。 系统采用P L C 控制，通过P L C 的人机接口实现数 据信息处理、数据信息传送、设备状态监视和参数设定 的功能。电气、仪表和计算机构成一体化系统。电气 传动设备接受从计算机送来的各种信息，对工艺设备 进行程序控制，同时在自动控制过程中将有关工艺生 产设备的状态信息或控制实际值送给计算机，做到信 息共享。设备的运转方式分为自动、手动两种方式，运 转方式选择在控制室操作台上实现。 4 ．5 自动控制系统 高压浓缩系统自动控制系统采用美国罗克韦尔自 动化公司生产的可编程序控制器作为系统的主控制 器，同时可以通过E t h e r N e t ／I P 模块和E t h e r N e t ／I P 网 络供上位机调用参数或进行控制。控制器通过 E t h e r N e t , ／I P 模块组成底层设备网，对底层设备进行通 讯和控制。控制系统采用变频器作为控制调节出口， 对底流泵和加药泵进行调节和控制。控制参量由安装 于管道上的智能型电磁流量计和长沙矿冶研究院的无 辐射浓度计采集相应的流量和浓度并转换成电流信号 送到模拟量模块进行实时采样。 高压浓缩机自动控制系统采用R S L o g i x5 0 0 0 软件 进行梯型图逻辑设计和组态、采用R S L i n x 软件组态通 讯，只需分配I P 地址就可进行设备通信联接。程序设 计有自动调试程序。程序还设计有自动检测底流泵和 加药泵的频率一流量特性曲线。 高压浓缩机自动控制系统主要特点是①整个浓 缩输送系统设有四个控制站，其中尾矿浓缩输送控制 站为主站，其它三个站为从站，每个站控制一种物料的 浓缩输送，每个站配置独立的P L C 作为主控制器，主 站配置工控机为上位机。②根据底流浓度自动调节 底流排量，采用流量智能专家系统的P I D 控制，自动 逼近工艺控制设定值，自动达到最佳工艺底流浓度效 果。③浓缩机主电机采用扭矩传感器作过负荷主保 护和电动机综合保护器作过负荷后备保护，大大增加 浓缩机使用安全性能。④底流检测和控制均采用一 开一备。⑤所有控制回路均采用上位机程序控制、上 位机单回路手动控制、集中操作台手动控制；机旁操作 箱手动启／停控制。 5 高压浓缩系统的实际运行情况 高压浓缩系统于2 0 1 2 年1 1 月2 01 3 带矿试车，并 一次成功，所有设备运转良好，整个系统运行顺畅，随 着处理量的逐步增加，系统平稳地运行，经过3 个月的 调试，完全达产达标。 强磁选中矿的絮凝剂实际用量5g ／t 左右，底流浓 万方数据 2 0 1 4 年0 8 月曾建红等高压浓缩系统在酒钢新建铁选厂的应用 度稳定地控制在3 5 ％一4 0 ％，溢流水固含量小于 0 ．0 1 ％。浮选中矿底流浓度稳定地控制在3 5 ％～ 4 0 ％，溢流水固含量小于0 ．0 1 ％。综合精矿底流浓度 稳定地控制在6 0 ％～6 5 ％，溢流水固含量小于0 ．0 1 ％。 综合尾矿无需添加絮凝剂，底流浓度稳定地控制在 3 5 ％～4 0 ％，溢流水固含量小于0 ．0 0 5 ％。 精矿输送柱塞泵及管线，达到了设计指标，运行稳 定，未发生堵管事故，设计合理。 6 结语 高压浓缩系统在酒钢新建铁选厂的应用是成功 的，指标达到或超过了设计要求，完全满足生产需要， 为微细粒红矿的高效脱水开辟了新的蹊径。 高压浓缩系统采用了先进的检测与控制技术，自 动化程度高，提高了管理人员的工作效率，降低了工人 的劳动强度。 生产实践证明，高压浓缩系统的设计是科学、合 理、可靠的，减少了土地占用量，提高了生产效率，降低 了投资与运营成本，节能减排效果显著。 高压浓缩技术在国内类似矿山有很大的推广应用 价值。 参考文献 [ 1 ] 陈述文，陈启平．H R C 高压浓缩机的原理、结构及应用[ J ] 。金属 矿山，2 0 0 2 1 2 3 4 3 7 ． [ 2 ] 仝克闻．H R C 型高压浓缩机的开发及应用实践[ J ] ．有色金属 选 矿部分 ，2 0 1 l s 1 2 7 3 - 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