国内卸矿装置探讨

2018-03-05程新泉雷泽勇雷林汤怀量沈智超刘卫

机械工程师 2018年2期

程新泉，雷泽勇，雷林，汤怀量，沈智超，刘卫

（南华大学a.机械工程学院；b.环境保护与安全工程学院，湖南衡阳 421001）

0 引言

我国矿山生态环境复杂，通过对国内大型矿山的卸矿现场进行调查，发现卸矿中存在矿石堵塞卸矿装置、工作环境中产生大量粉尘状气流污染环境、提取率不高等问题。国内早期矿山对这些问题没有系统性的解决方案，如运用叶轮卸料机和振动式卸料机卸料，引起扬尘污染环境；运用球磨机卸料，导致漏矿的问题；运用一般的卸料装置无法达到熟化加工工艺的卸料需求等。这些问题严重的影响了卸矿效率，影响了部分设备的正常运行。

1 国内主要卸矿装置卸料中遇到的问题及解决方案

1.1 熟化-堆浸矿仓地轨卸料装置

熟化-堆浸矿仓卸矿装置主要应用于一些需要使用熟化工艺提取的矿物的提取过程中，如铀钼矿。目前国内外铀钼矿提取效率在20%～35%之间，而使用了熟化-堆浸工艺进行提取加工，矿物提取效率可以提升到50%以上。铀矿的矿石致密，需要破碎矿石致细微，然后堆浸，才能浸出矿物，拌酸熟化有一个非常明显的优势，能够使堆浸时间大大缩短，因此熟化堆浸工艺在特殊矿石的提取中具有必要性。熟化工艺的主要方式为高温熟化，将矿石和酸搅拌后，在矿仓内进行高温，使酸充分的对矿石进行渗透，因此在加工工艺中，保温和密封性都需要得到充分保证。一般来说，高温熟化工艺的熟化温度要达到90℃左右，熟化时间根据温度不同而各不相同，高温下能够2 h完成加工。显然，近期国内使用的卸料装置，如振动卸料机、磁选机都很难达到高温熟化工艺所需的密封性和保温的要求。熟化-堆浸矿仓地轨卸料装置虽然在材料选型上比较复杂，但能够在一定程度上解决这个问题，其简易结构如图1所示。设备的结构有顶盖、液压缸、液压站、地面卸料轨道、密封保温装置。工作原理为：液压站工作，带动长液压缸，使其移动到熟化矿仓的下部，短液压缸带动顶盖，在保证卸料口的密封性的前提下，顶住卸料口，熟化工艺完成后，卸料装置平缓回到起点。熟化-堆浸卸料装置通过液压站和继点器实现自动化，有效地缓解了过去通过人工卸料的问题。

图1 熟化-堆浸地轨卸料装置结构

一般卸料装置的卸料导轨安装在土建上，对土建的结构要求、轨道的强度要求较高。卸料轨道设置为地轨卸料，其优势是使轨道加工工艺简单，装置装配方便，装备的力学性能更好，方便卸料装置的拆卸、改造、回收。减少人力成本、加工成本，在易用性强，使设备在熟化-堆浸领域具有推广价值，提高了设备的经济性。其次根据拌酸熟化工艺矿石需要破碎到细密的特点，大口径的卸料装置就非常有必要了，根据上述卸料装置的结构特点，顶盖及密封层的设计可以达到熟化-堆浸工艺的卸矿需求。

研究实例及应用方向：南华大学机械工程学院的许晓山[1]对熟化-堆浸矿仓卸料装置做了详尽的研究，南华大学机械工程学院的赵祥龙对堆浸工艺的保温性做了详尽的研究。目前该设备已经应用于国内熟化-堆浸领域。

1.2 振动式卸料装置及配套除尘系统

振动卸料机广泛应用在粉矿和具有黏性的矿料的卸料环境中，振动卸料装置运用广泛，缺点是振动产生大量粉尘，振动卸料机简易结构如图2所示，振动卸料机工作原理是矿料通过落料槽落入振动落料机中，电动机带动振动落料机产生周期振动。黏性物料的颗粒之间黏性被消除，然后物料在自身重力作用下落向运输车。在矿料通过卸料装置过程中卸料机、料斗、振动卸料机、输送机都会产生尘体污染环境。因此需要在原有的振动卸料机上进行改造和设计，在达到卸矿目标要求的情况下，加装除尘能力，减少对环境的污染。

图2 振动卸料装置简图

国内主要的解决振动卸料机粉尘污染的工艺措施如图3所示。

图3 振动卸料机防粉尘污染工艺图

除尘系统设计采用“吸气罩+除尘机组+收尘机组+排气装置”共同构成了粉尘处理系统，除尘系统运用了单元化管理的模式，目前对除去粉尘的处理要求效率为99%以上。对除尘系统采用以下除尘设备，除尘机组主要使用排风管、组风机和小型空气泵，排风设备主要由除尘装置提供排风管必须负压设计。收尘装备采用空气滤罩和布袋过滤式收尘机，空气滤罩为密闭型，需要强调的是在此收尘装置中，对于大规模粉尘，必须保证振动卸料机、漏斗、运输机的密闭性，对整个除尘系统的管道进行定制配套处理，定期处理空气滤罩和收尘机内的粉尘，防止粉尘结垢损坏机组。这套除尘系统的除尘效率和经济性很高，适用于解决卸矿环境中出现的粉尘问题。

研究实例及应用方向：东华大学环境科学与工程学院的付海明、沈恒根[8]对移动式卸料除尘系统做了详尽的研究，阐述了除尘系统的运用方案及其经济性。山东建材学院的宋宏斌[9]对空间振动卸料机摩擦力、物料所受惯性力及最小振动量进行了研究。该设备主要运用于港运码头卸料和煤矿场等卸料环境中。

1.3 磁选机及水气混合清洗卸矿系统

磁选机是目前国内矿石领域重要的高浓度选矿、提纯矿石、回收矿石、卸矿装置。国内应用最广泛的磁选装备为多梯度磁选机，其工作原理如图4所示，先把矿石打成矿浆，让矿浆流过不同梯度的介质棒，体积大的矿颗粒其所受磁性越大，体积小的矿颗粒所受磁性越小，在不同的磁力环境之下，达到不同磁性矿物质的区分，及根据梯度原理使不同体积，磁性的同种矿物也得到了区分。而目前国内磁选机的卸料方式主要有3种：一种是通过高压水冲击卸料；第二种是通过高压风吹来达到卸料目的；第三种是通过水流加气流来对磁选机进行清洗卸料。

图4 磁选机落料图及水汽混合系统清洗图

磁选机矿料由于呈泥浆型，容易附着在介质棒上，卸料效率非常低，所以单纯通过水和风来清洗，很难清洗干净，矿料和水混合也会使需要回收的矿料浓度变稀，同时反复的清洗会消耗大量的水。使用高压风回收，由于矿料通过磁选，一些矿料颗粒变得非常的细密，细密矿料可能被吹到空气中，造成矿料损失，也不利于环境。水汽混合清洗卸矿装置工作原理如图4所示，因此采用高压风带动水流，形成水汽混合清洗。水气混合反复对介质棒之间的堵塞层，介质棒上的黏附矿料，进行低速循环冲洗，这样大大地增加了清洗效率，由于水流和细小的矿物黏稠混合，也不会造成大量矿物被吹到空气中。

研究实例及应用方向：广州有色金属研究院的赵明、王丰雨[5]对磁选机及水气混合卸矿做了详尽的研究，河南某石英沙生产厂有使用湿式梯度磁选机，四川太和铁矿使用了高梯度磁选机。酒钢选产在水汽混合卸矿装置的使用中得出实验数据，卸矿率提高了近13%。