尾矿输送管道的选择与应用

孔令辉 杨 辉

(1.山东东宏管业股份有限公司；2.山东水利职业学院)

尾矿输送管道的选择与应用

孔令辉1杨 辉2

(1.山东东宏管业股份有限公司；2.山东水利职业学院)

通过介绍尾矿输送管道的种类和性能，针对目前尾矿输送管道存在的问题，结合尾矿输送对管道的技术要求，提出尾矿输送管道正确选择和应用的基本原则。以陕西东塘子铅锌矿尾矿输送管道应用为例，说明了正确选择和应用尾矿管道的重要性。对选矿厂选择和应用尾矿输送管具有指导作用。

尾矿输送 复合管材 安全监测

尾矿是经选矿厂选出有价值的精矿后产生的“废渣”。据不完全统计，我国现有尾矿库已达12 718 座，尾矿堆存总量约100亿t[1]。大量尾矿已成为制约我国矿山持续发展，危及矿区及周边生态环境的重要因素。国家出于安全和环保方面的考虑，要求选矿厂排出的尾矿送往尾矿库堆存[2]。尾矿库堆存的尾矿和尾矿水都是重要的污染物。其中，输送尾矿管道在运转过程中极易磨蚀而损坏，经常发生的跑、冒、滴、漏现象是造成环境污染的主要原因之一，发生污染的频率比尾矿库要大，污染规模却比尾矿库要小。因此，在做好尾矿库安全管理的基础上，更要关注尾矿输送管道的安全。

1 尾矿输送管道的种类及性能

目前尾矿输送中主要使用管道有钢管、高密度聚乙烯管(HDPE)、陶瓷复合管、超高分子量聚乙烯管、钢丝网骨架聚乙烯复合管等。

1.1 钢 管

钢管是一种最常用的管道，强度高，接口方便，承受内压力大，但耐磨、耐冲击、耐腐蚀、自润滑和吸收冲击性能差，对管道的防腐要求比较高。

1.2 高密度聚乙烯管(HDPE)

高密度聚乙烯管在尾矿输送中具有以下特点：

(1)耐腐蚀性强。耐磨损性比普通钢管强，大约是普通钢材耐磨性的4倍。

(2)不结垢，摩擦阻力小，输送能耗低。

(3)管道重量轻，仅为普通钢管重量的1/5左右，管道可随意切割焊接，拆卸、安装和检修很方便。

(4)承受水压较低，不大于1.6 MPa。

(5)抗外力撞击性能一般,管道发生局部堵管时，不可用金属器械重力敲击管道。

1.3 陶瓷复合管

陶瓷复合管是以三氧化二铝为主要原料，以稀有金属氧化物为熔剂，采用自蔓燃高温离合合成法制造而成，从内到外分别由刚玉陶瓷、过渡层、钢3层组成，过渡层将陶瓷层与钢管牢固结合，具有耐磨、耐热、耐蚀及抗机械冲击与热冲击、可焊性好等综合性能，是尾矿输送、选煤等领域重点推荐的耐磨、耐蚀管道之一。但由于工艺限制，存在以下局限：

(1)反应时间短，低温相氧化铝与铁水分离不彻底，造成陶瓷层不致密，颗粒松散，微观裂纹多，质脆，容易局部脱落失效，而且脱落后无法弥补，致陶瓷层厚度不均匀，管道质量不稳定。

(2)该技术下的陶瓷管复合管只能做成直管，不适合做弯头或大小头，妨碍物料输送。

(3)陶瓷复合管单管长度短，通常不超过3 m。主要原因是随着复合管加长，陶瓷层厚度在长度方向不均匀性明显增加，复合管整体质量变差。

1.4 超高分子量聚乙烯管

超高分子量聚乙烯是由乙烯、丁二烯单体在催化剂的作用下，聚合而成的平均分子量大于200万的热塑性工程塑料[3]。根据管道产品结构不同，超高分子量聚乙烯管又分为3类：超高分子量聚乙烯管、超高分子量聚乙烯钢塑复合管、超高分子量聚乙烯钢骨架复合管，都具有优异的特性。

(1)强耐磨性，超高分子量聚乙烯的分子链特别长，使得管材的耐磨性在输送各种浆体时比钢管、不锈钢管高4～7倍。

(2)抗腐蚀性，产品具有优良的化学稳定性，除对某些强酸在高温下有轻微腐蚀外，在其他的碱液、酸液中不受腐蚀。

(3)超强的抗拉强度和高抗冲击性，按GB1843标准进行悬臂梁冲击实验，无破损，其弹性模量是PE100的1.5倍以上， 抗疲劳强度大于50万次。

(4)不结垢，超高分子量聚乙烯具有自润滑性和不粘附性，摩擦系数最小。在浆体输送过程中，压力损失小，大大提高了输送效率，降低了输送成本。

超高分子量聚乙烯管以其特有的优异性能成为当前尾矿输送管的主要选择，但该产品的价格及加工效率使其在实际应用中受到一定的限制。

1.5 钢丝网骨架聚乙烯复合管

钢丝网骨架聚乙烯复合管是以高强度钢丝左右螺旋缠绕成型的网状骨架为增强体，以高密度聚乙烯为基体，并用高性能的粘结树脂层将钢丝网骨架与内外层高密度聚乙烯紧密地连接在一起的复合管材[4]。由于钢丝的强度(1 800 MPa 以上)远高于聚乙烯(30 MPa 以内)，通过钢丝网状增强层的作用，在同等外径的条件下，钢丝网骨架聚乙烯复合管较普通聚乙烯实壁管承受更高的管内压力，最高可承受7 MPa公称压力，远高于聚乙烯管的最高公称压力1.6 MPa。如在钢丝网骨架聚乙烯复合管内层再增加高耐磨PE改性材料层，就构成一种新型的耐磨复合管道，即钢丝网骨架聚乙烯耐磨复合管，既能承受管内较大的压力，又不怕管内介质的磨损和腐蚀，管材质量和使用可靠性大大提高。

目前，用于尾矿输送的各种管道中，钢丝网骨架聚乙烯耐磨复合管是性价比最好的管道，但是适用于该耐磨复合管用的连接方式还需要进行研究。

2 尾矿输送管道存在的问题

2.1 磨损问题

由于尾矿浆里含有矿渣和硅，特别是硅的硬度大于钢的硬度，尾矿颗粒流动作用下具有很高的动能，激烈跳动的颗粒冲击管壁，造成磨损变形，滑动的颗粒则造成切削磨损，从而对管道磨损非常严重。

应用唑来膦酸后出现急性葡萄膜炎一般需要糖皮质激素治疗。本研究中1例患者首选给予眼部抗病毒及抗炎治疗，眼部症状恶化[16]，提示抗病毒及抗炎治疗通常无效。一般局部应用类固醇激素能使大部分病例的眼部症状完全缓解。如局部应用类固醇激素，患者眼部症状未明显改善，或患者急性葡萄膜炎始发症状较严重，可口服或静脉全身给予糖皮质激素治疗。另外，为解除睫状肌痉挛，改善局部血循环，减少渗出物，防止虹膜后黏连，可联合使用睫状肌麻痹滴眼剂[31]。

陶瓷复合管、超高分子量聚乙烯管、钢丝网骨架聚乙烯耐磨复合管都具有优异的耐磨特性。因此，对于较高耐磨要求的管道可在这3种管材中选择。

2.2 腐蚀问题

管道腐蚀主要是指管道内壁腐蚀。由于尾矿管内含有一些化学药剂，极易引起电化学现象，产生铁锈。铁锈在一定程度上可阻止水中的氧向阴极扩散形成氧化保护层，从而减小腐蚀率。但尾矿管中的固体颗粒在流动中连续不断地将随时生成的铁锈冲磨干净，造成管内壁腐蚀。

针对尾矿耐腐蚀方面，可在高密度聚乙烯管(HDPE)、陶瓷复合管、超高分子量聚乙烯管、钢丝网骨架聚乙烯复合管中选用。

2.3 耐压性问题

在尾矿管道的耐压方面，陶瓷复合管具有钢管的特性，耐压性好。钢丝网骨架聚乙烯耐磨复合管耐压可达7 MPa，基本上能满足尾矿管道耐压需求。

2.4 连接问题

经验证明，管道系统的可靠性关键在于其连接方法。尾矿管道主要用于各种高腐蚀性、高粘附性、高磨损性的液体或固液混合物的输送，管道输送介质的压力较高，管体的有效连接就显得尤为重要。目前，尾矿输送管路存在的跑、冒、滴、漏等突出频发问题基本上都是连接问题导致的。

尾矿输送管道的连接须重点关注2点：密封和连接强度。管道密封可采用耐酸碱的三元乙丙胶垫或聚乙烯材料。管道的连接强度主要指塑料管道连接。尾矿管道压力低于1.6 MPa情况下，采用热熔加电熔套连接方式；尾矿管道压力高于1.6 MPa，且不高于7 MPa条件下，需采用超强双密封连接，不仅将耐磨复合管的内层熔接，而且将主要起承压作用的钢丝网层连接在一起，增强管道的连接强度。

3 尾矿输送管道的选择和应用

尾矿输送的介质特性千差万别，采用的输送工艺要求也是各异，所以尾矿对输送管道的要求也是有差别的。通过上述尾矿管道种类及特性分析，结合东塘子铅锌矿尾矿管道的选用，建议遵循以下原则选择尾矿输送管道：

(1)选用适合的尾矿输送管材。尾矿输送管道的选择应根据实际需要，满足工矿需求，做到性价比最优。如某些尾矿输送距离短，管道压力低，就不必选用承受高压力陶瓷复合管，可选用超高分子量聚乙烯管或耐磨聚乙烯复合管；同样，在一些抗腐蚀、耐磨、耐高压的工况条件下则需要选择陶瓷复合管或钢丝网骨架聚乙烯耐磨复合管等管材。

(2)关注尾矿输送管道整体性能。不仅考虑管材本身性能满足要求，而且要关注管道的连接，还要方便现场施工，整体上符合尾矿输送的使用要求。

(3)充分考虑尾矿输送管道的发展趋势。随着选矿厂提质增效、节能降耗工作的开展和尾矿坝逐步升高，尾矿输送管道的发展是一个从短距离到长距离、低浓度到高浓度、小管径到大管径、非均质流到伪均质流、紊流到层流的过程。因此，尾矿输送管道选择应符合行业发展趋势，避免重复投资。

(4)加强尾矿输送管路的安全监测。在尾矿管道运行时，应避免管道泄漏或堵塞，否则可能导致整条管道因物料沉淀板结而报废，以及带来物料损耗，污染环境。因此，建议选矿厂在实施尾矿库监测的同时，把尾矿输送管道也纳入监测监控系统中。

东塘子铅锌矿尾矿输送介质为40%浓度的矿浆，浆液密度为1.5 g/cm3左右，pH值在12以上，碱性大，属腐蚀性介质。管线总长约3.5 km，矿浆泵输送压力高达4 MPa。故尾矿管道务必满足耐磨、耐腐蚀的条件，符合要求的有陶瓷复合管、超高分子量聚乙烯管、钢丝网骨架聚乙烯耐磨复合管；由于超高分子量聚乙烯管耐压等级只能到2 MPa，同时该尾矿管道明敷在弯曲的山路中，考虑到施工方便及管道成本因素，最终选用钢丝网骨架聚乙烯耐磨复合管道，采用超强双密封连接和三元乙丙胶垫。该尾矿输送管道运行近2 a，未发生管道事故。

4 结 语

尾矿输送管道是集耐压、耐磨、耐腐蚀、抗冲击等特点于一身的特殊管材。随着我国国民经济的持续稳定发展和浆体管道输送技术的提高，对于管道材质、性能等方面要求也越来越高，对于不同输送介质，应根据其自身特点及工程要求，因地制宜地选择最适用、最具性价比的管道，以符合选矿厂降本增效、节能减排和安全环保的发展要求。

[1] 卢 颖,孙胜义.我国矿山尾矿生产现状及综合治理利用[J].矿业工程，2007(5)：53-55．

[2] 邹 嘉.浅谈某金矿尾矿输送[J].有色冶金设计与研究，2008(6)：38-40．

[3] 王殿亮，于新立，王贵德，等.超高分子量聚乙烯塑料管在工程中的应用[J].矿业快报，2004(3)：53-55．

[4] 侯中伏.浅谈钢丝网骨架塑料复合管在给水管道安装中的应用[J].安装,2012(1):51-52.

[5] 万俊力,赵宇新，李绪忠.尾矿输送水力计算的计算机实现[J].金属矿山，2009(8)：114-115．

2015-05-18)

孔令辉(1970—)，男，工程师，273100 山东省曲阜市东宏路1号。