白马选矿厂提高尾矿输送浓度研究与实践

孙崇萍

(攀钢集团矿业公司)



白马选矿厂提高尾矿输送浓度研究与实践

孙崇萍

(攀钢集团矿业公司)

摘要白马选矿厂针对尾矿输送系统低浓度输送、电机超负荷运行、烧电机现象时有发生的情况，通过调整叶轮尺寸，降低尾矿输送流量，提高尾矿输送浓度，解决了尾矿输送系统超负荷运行的问题。通过设计计算，总加压泵配置叶轮直径为703 mm、二加压泵配置叶轮直径为690 mm的叶轮替代原有760 mm的叶轮，联动调试尾矿浓缩池，满足了生产需求，取得了良好的经济效益。

关键词尾矿输送高浓度叶轮尺寸

攀钢集团矿业公司白马选矿厂一期设计年处理钒钛磁铁矿650万t，生产铁精矿233.48万t；二期设计年处理钒钛磁铁矿900万t，生产铁精矿279.13万t。一期工艺破碎筛分为3段1闭路，即粗、中碎为开路，细碎为闭路；磨选系统为2段闭路磨矿的阶磨阶选流程。二期工艺为1段破碎、2段磨矿、阶磨阶选的半自磨流程。二期尾矿输送系统与一期尾矿输送系统在4#、5#尾矿浓缩池后合并为一个输送系统。2011年10月二期尾矿输送系统正式投入运行。由于尾矿输送系统低浓度输送，电机超负荷运行，烧电机现象时有发生，其中2013年共烧电机15台，严重影响了现场生产的稳定运行。为了保证尾矿输送系统正常运行、降低水电消耗、节约成本，白马选矿厂开展了提高尾矿输送浓度的研究与实践，并获得了较好的效果。

1尾矿性质及粒度组成

1.1尾矿基本特性

经试验室测试，总尾矿固体密度为2.9 t/m3、全铁品位为11.60%、磁性铁为0.55%；对总尾矿做磁选管试验，铁精矿产率为0.7%、回收率为2.75%、精矿品位为45.65%；总尾矿中的金属流失量少。

1.2尾矿粒级组成[1]

取不同时期的总尾矿进行全粒级筛分，筛分结果见表1。

表1　不同时期总尾矿全粒级筛分结果

由表1可知，目前的尾矿粒级较2009年、2010年的尾矿粒级细，尾矿粒径为3～0 mm；2013年尾矿-0.074 mm粒级含量占54%，基本达到了设计指标的55%～60%。

2输送系统的设计参数

白马选矿厂二期尾矿输送系统与一期尾矿输送系统在4#、5#尾矿浓缩池后合并为一个输送系统。一期尾矿固体量为525.91 t/h、浓度为50%、矿浆量为704.79 m3/h；二期尾矿固体量为831.26 t/h、浓度为50%、矿浆量为1 114.00 m3/h；共计尾矿固体量为1 357.17 t/h、矿浆量为1 818.79 m3/h，浆体密度为1.49 t/m3。

白马矿的尾矿密度为2.9 t/m3、浓度为50%、尾矿细度-0.074 mm约占55%～60%，白马矿尾矿输送管径为DN500 mm、v=2.6 m/s、im=2.68%。

尾矿总加压泵站标高为1 455 m，泵站内设300ZGB型渣浆泵4台(2台串联工作、2台备用)，单泵性能为Q=1 820 m3/h、H=85 m、n=980 r/min、叶轮直径为760 mm，配YKK560-6电动机,N=900 kW、I=105 A、n=992 r/min、η=87%、v= 6 000 v。管道为d530 mm×8钢橡复合管，1用1备输送矿浆至尾矿二加压泵站，输送管道长753 m。

尾矿二加压泵站标高为1 555 m，泵站内设300ZGB 型渣浆泵2台(1用1备)，泵的性能参数同尾矿总加压泵。管道为d530 mm×8钢橡复合管，1用1备输送矿浆至尾矿坝，输送管道长1 948.86 m。

3改造前运行状况及存在的问题

二期尾矿浓缩及输送系统自2011年投入运行以来，系统基本平稳。但由于采用低浓度输送方式，现场存在输送泵电机超负荷运行、烧电机等现象时有发生，其中2013年共烧电机15台，严重影响了现场生产的稳定运行。问题主要表现为：

(1)电机发热，电机电流在120～130 A，超过额定电流105 A。

(2)在正常生产情况下，实测的尾矿浓度为36%～40%，未达到设计浓度的50%。

(3)在正常生产情况下，实测的尾矿流量为 2 400 m3/h左右，超过设计指标的1 820 m3/h。

低浓度输送尾矿必定消耗大量环水且电单耗高，为了保证尾矿输送系统正常运行、降低水电消耗、节约成本，进行尾矿输送系统改造、提高输送浓度势在必行。

4优化与改造方案

4.1尾矿浓缩

尾矿高浓度输送，浓缩是前提，底流矿浆浓度是关键，絮凝沉淀浓缩方式是手段。白马选矿厂选用的浓缩池为道尔公司生产的2台MX2000S-2型53 m 直径浓密机及絮凝剂制备系统。设计处理铁尾矿固体量为830 t/(h·台)，尾矿粒径为3～0 mm，固体密度为2.94 t/m3，排矿质量浓度为50%，水质中的悬浮物含量≤200 mg/L。实际尾矿量 <1 660 t/h。因此，2台浓缩池具备尾矿浓缩能力，不需改造，可将底流浓度提高到50%左右。

4.2尾矿高浓度输送系统

4.2.1尾矿高浓度输送系统配置

白马选矿厂采用的是“浓缩池—砂泵站(2段以上串联)—尾矿输送管”这种输送系统配置，配置图见图1。

图1　白马选矿厂尾矿浓缩与输送系统示意

4.2.2尾矿输送浓度

由于管道水力输送的物料不同，各种物料的粒度、密度和黏度都不相同，它们在某一浓度和流速时浆体水力特性也不同，设计将尾矿输送浓度定为50%。

4.2.3尾矿输送管的临界流速和水力坡降[2]

白马尾矿未进行输送试验，设计参考了密地选矿厂尾矿输送试验参数，见表2。

由表2可知，密地选矿厂尾矿输送的临界流速约为2.8 m/s，而白马尾矿的密度为2.94 t/m3、浓度为50%、尾矿细度-0.074 mm约占55%～60%，根据两种尾矿的密度差异，白马尾矿输送管径为DN500 mm、v=2.6 m/s、im=2.68%，即只要管道输送流量大于1 820 m3/h，就能满足管道输送大于临界流速的要求。

表2　密地选矿厂尾矿输送试验报告技术参数

4.3尾矿输送设备

尾矿输送系统中的主要设备是输送泵，它是尾矿输送系统的心脏，尾矿输送系统设计是否合理，运行能否正常，输送泵的正确选型是关键。

离心渣浆泵是尾矿输送中使用最广的泵型，其特点是扬程低、流量大、效率低、重量小、价格低，适合输送距离近，高差不是很大的各种生产规模选矿厂的尾矿输送系统，且该泵允许在一座泵站内多台直接串联使用。输送压力≤1.8 MPa的尾矿输送系统，选用离心渣浆泵最为经济合理。为此，白马选矿厂采用的是300ZGB型离心渣浆泵。

4.4提高尾矿输送浓度的研究

4.4.1降低泵流量的方式

降低泵流量、提高尾矿输送浓度的方式有2种：一是变频调速，二是调整叶轮尺寸。尾矿输送系统共有6台高压电机，全部装变频器，投资较高；换轮运行即把水泵的叶轮尺寸进行调整，其特性曲线就按一定的规律发生变化[3]。调整叶轮尺寸是改变水泵性能的一种简便易行的办法，即变径调节，故决定白马尾矿输送采用变径方式调整输送流量。

4.4.2叶轮尺寸确定

为防止尾矿堵管、水泵本身存在偏差等原因，考虑将尾矿泵流量定为2 000 m3/h。

4.4.2.1一级泵站叶轮尺寸计算

(1)

满足大于临界流速2.6 m/s的要求。

式中，1.2为总局部水头损失系数；Hf为管路总水头损失，m；Hfl为沿程水头损失，m；f为摩擦损失系数；L为管路的当量长度，m；D为管路直径，m；V为平均流速，m/s。

(3)

式中，H为清水扬程，m；ΔH为标高差，m；Hf为管路总水头损失，m。

Hm=H×HR=137m，

(4)

式中，Hm为浆体扬程，m；H为清水扬程，m；HR为扬程比。一级泵为两级串联，故单泵扬程为68.5 m。

根据300ZGB泵的特性曲线(见图2)，性能点(流量2 000 m3/h、扬程68.5 m)的叶轮直径为703 mm，效率为80%。

(5)

式中，N′为电机功率，kW；Sm为浆体密度，kg/m3；Q为泵的流量，m3/s；Hm为浆体扬程；η为水泵的效率，%；K为电机超负荷安全系数。小于目前电机功率900 kW。

4.4.2.2二级泵站叶轮尺寸计算

根据300ZGB泵的特性曲线(见图2)，性能点(2 000 m3/h、扬程73.5 m)的叶轮直径为690 mm，效率为80%。

图2　300ZGB泵的特性曲线

4.2.2.3叶轮尺寸确定

经验证总加压泵配置直径为703 mm、二加压泵配置690 mm的叶轮替代原有760 mm的叶轮，输送流量为2 000 m3/h左右，此时管道流速为 2.83 m/s，能满足生产需要。

5改造调试及生产实践

5.1调试过程

2013年11月，对二期尾矿输送系统1#泵叶轮进行了改造。2013年11月25日—2013年12月2日开始分三个阶段联动调试尾矿浓缩池。 对尾矿高浓度输送系统主要检测参数(浓缩机运行压力、输送泵的电流、尾矿输送浓度、尾矿输送流量)进行了记录，结果见表3。

5.1.1第一阶段调试

尾总加压叶轮直径由760 mm改为703 mm，尾二加压叶轮未做改动。

大井压力正常，尾矿处理量为1 279 t/h，尾总加压泵及电机运行平稳，尾总加压一、二级电机电流为70～80 A；二加压电机电流为120 A左右，泵池补水量为500 m3/h左右。

表3　尾矿高浓度输送系统主要检测参数[1]

尾总加压叶轮调整为703 mm后，尾矿浓缩和输送系统运行平稳，具备进一步更改尾二加压叶轮进行调试的条件。

5.1.2第二阶段调试

尾总加压叶轮直径由760 mm改为703 mm，尾二加压叶轮直径由760 mm改为690 mm。

大井底流阀门只开启1个，尾矿处理量为1 127 t/h，尾矿输送浓度为41.67%，尾总加压泵及电机运行平稳，尾总加压一、二级电机电流为70～80 A；二加压电机电流为75～85 A，泵池补水量约 125 m3/h。

5#大井扭力达到90 N·m，试验中止。分析原因有两个，一是开启单底流阀，导致负荷分布不均匀；二是絮凝剂用量不够，导致不能较快形成较大絮粒，颗粒沉降速度慢，底流浓度不稳定。

5.1.3第三阶段调试

大井底流阀门开启2个，增加絮凝剂用量。尾矿处理量为1 422 t/h，尾矿输送浓度为48.89%，尾总加压泵及电机运行平稳，尾总加压一、二级电机电流为70～80 A；二加压电机电流为75～85 A，泵池补水量约130 m3/h。

絮凝剂用量增加较多，改造前的絮凝剂用量为11.78 g/t尾矿处理量，改造后用量为22.09 g/t尾矿处理量。

调试期间，大井扭力为16～28 N·m，尾矿输送浓度提高到48.89%，试验成功，尾矿浓缩、输送系统均具备生产运行条件。

5.2生产实践

2014年2月17日，二期尾矿输送系统2#泵叶轮改造完成。叶轮尺寸改变后的尾矿1#泵、2#泵投入使用。对尾矿高浓度输送系统主要检测参数(浓缩机运行压力、输送泵的电流、尾矿输送浓度、尾矿输送流量)进行了记录，结果见表4。

表4　尾矿高浓度输送系统主要检测参数(平均值)

由表4可知，统计尾矿平均处理量为1 211 t/h；尾矿输送浓度为45%～49%，平均浓度为46%；尾总加压泵及电机运行平稳，尾总加压一、二级电机电流为70～80 A；二加压电机电流为75～85 A，泵池补水量约为130 m3/h。大井扭力小于40 N·m，尾矿输送浓度最高达到49%，平均浓度提高到46%，系统运行平稳。

6经济效益分析

6.1节水效益

原尾矿泵带走水量为1 913 m3/h，改造后带走水量为1 517 m3/h，改造后尾矿坝少返回水量为396 m3/h，按每天24 h、每年360 d、设备作业率为90%、环水收费1.8元/m3计算，年节水费为554.27万元。

6.2节约维修费用效益及社会效益

改造后，泵运行稳定，避免了电机的频繁故障检修，节约了维修费用。据初步统计测算，2013年烧电机15台，按电机维修费为10万元/台计算，年节约维修费150万元。改造后电机检修次数减少，有效地减轻了工人劳动强度。

6.3节电效益

原泵的运行电流为120～130 A，改造后泵的运行电流为80～90 A，改造后泵站1台泵的设备功率降低24 kW，按每天24 h、每年360 d、设备作业率为90%、现工业用电不含税0.532元/kWh计算，年节电费为29.79万元。通过调整尾矿泵的叶轮尺寸，提高尾矿输送浓度，年降低成本734.06万元。

7结论

(1)尾矿输送浓度低、尾矿输送流量大，是电机超负荷运行的主要原因。

(2)通过变小叶轮尺寸，降低尾矿输送流量，提高尾矿输送浓度，减少电机运行负荷，是一种简便易行的方法。尾总加压泵配置703mm，二加压泵配置690mm的叶轮替代原有760mm的叶轮，尾矿输送浓度由36%左右提高到46%左右。

(3)攀钢矿业白马选矿厂提高尾矿输送浓度的成功实践，获得了较好的经济效益。

(4)提高尾矿输送浓度后，原加药系统能力不够，药剂消耗上升，建议对大井加药系统进行改造，降低药剂成本。

参考文献

[1]何蓬星.尾矿输送系统运行状况调试报告[R].攀枝花：攀钢矿业公司白马选矿厂，2015.

[2]中冶长天国际工程有限责任公司.攀枝花新白马矿业有限责任公司白马铁矿二期工程初步设计[R].攀枝花：攀钢集团矿业公司，2008.

[3]姜乃昌.水泵及水泵站[M].4版.北京：中国建筑工业出版社，1998.

(收稿日期2015-12-02)

孙崇萍(1985—)，女，工程师，617209 四川省攀枝花市米易县湾丘彝族乡。