卧螺离心机在某尾矿干排干堆工艺中的应用

俞利楠

(上海离心机械研究所有限公司)

四川某硫铁矿采用较为落后的选矿工艺，选矿回收率不高，矿产综合利用水平不高[1]。硫精砂品位低，仅35%左右；制取硫酸后硫酸烧渣含铁率低，仅40%左右，尾矿含硫率高，为5%左右；硫精砂销售单价低，硫酸烧渣难以作为铁精矿利用，造成铁资源的浪费。由于尾矿难以被回收利用，大量无序堆存带来资源浪费、环境污染、安全隐患和土地占用等诸多问题[2]。

尾矿干排干堆技术是近年来国内外逐渐兴起的尾矿处理技术[3]，主要通过疏干尾矿水分、减少库内积水实现[4]。卧螺离心机是高效固液分离设备，以其结构紧凑、占地面积小、自动化程度高、处理能力强、固液分离效果好等特点得到广泛应用。大型卧式螺旋卸料沉降离心机(简称卧螺离心机)在尾矿泥浆处理中已有不少成功案例。

在该背景下，该硫铁矿选矿厂在对选矿工艺流程进行整体改造以提高硫、铁等矿产资源综合利用水平的基础上，应用离心脱水技术对尾矿进行干排干堆工艺改造。

1 原工艺流程

选矿厂原生产工艺流程示意见图1。

图1 原生产工艺流程示意

原矿经对辊磨、振动筛、跳汰工艺分别产出粗矿砂、细矿砂、半精砂，通过洗选工艺产生硫精砂和尾矿。硫精砂经浓缩池Ⅰ和陶瓷过滤机过滤产出高品位硫精砂(产品1)；尾矿经浓缩池Ⅱ浓缩后，产生上清液和尾矿泥浆，尾矿泥浆作为最终尾矿废弃或回填。该工艺提高了硫精砂品位，但尾矿处理方式较为传统，仅运用浓缩池自然沉降原理简单浓缩，最终尾矿含水量仍较大，运输成本高，只能选择废弃于尾矿库或回填矿井下，无法对尾矿进行综合处置或利用。

2 卧螺离心机工作原理

尾矿浆经泵送或自流进入卧螺离心机，在转鼓高速旋转产生的离心力作用下，尾矿浆固相和液相成分由于密度不同而分层，从而实现固液分离。密度大的固相颗粒沉降在转鼓内壁，在螺旋输送器的推动作用下，向转鼓锥段出口行进，在转鼓锥段和螺旋叶片间产生的双向挤压作用下进一步脱水，降低固相含水率。分离后的液相溢流出工作腔体，并经收集腔体收集后排出离心机外[5]。卧螺离心机的基本结构见图2。

图2 卧螺离心机结构示意

3 尾矿干排干堆工艺

尾矿具有产量大、浓度高且不稳定、固体物颗粒直径分布范围广的特性，大型卧螺离心机单位时间处理量大、效率高、处理浓度范围广、固体颗粒直径对脱水效果影响小、出料稳定、操作简单等优点，适宜作为该尾矿干排干堆工艺的离心脱水设备。

根据现场已有设备，采用卧螺离心机对尾矿处理工艺进行干排干堆工艺改造。尾矿干排干堆工艺见图3。

图3 尾矿干排干堆工艺流程示意

尾矿浆经浓缩池Ⅱ浓缩后，经卧螺离心机离心脱水，产出重相固渣(产品2)和轻相出液，轻相出液再通过分级设备分级，获得清液(作为矿区作业回用水)和分级后固渣(产品3)。

4 新工艺施工与调试

根据现场工艺指标，浓缩池Ⅱ产生尾矿泥浆量约100 m3/h，泥浆含固率35%左右。为满足尾矿处理工艺不间断连续作业，最大程度地发挥卧螺离心机优势，需配置2台LW900 mm×3 600 mm NY型卧螺离心机，并利用现场尾矿浓缩池旁空地进行布置和试生产，考察在不使用絮凝药剂时，卧螺离心机尾矿泥浆的处理能力、重相固渣含固率、轻相出液的含固率等指标。

4.1 离心机主要技术参数

LW900 mm×3 600 mm NY卧螺离心机转鼓内径900 mm，转鼓工作长度3 600 mm，转鼓最高转速1 800 r/min，分离因数2 000，长径比4.0；整机外形尺寸(长×宽×高)为6 500 mm×2 700 mm×1 900 mm，设备总质量20 t；控制柜外形尺寸(长×宽×高)为1 000 mm×1 000 mm×2 200 mm，控制柜质量600 kg；装机功率355 kW。

尾矿泥浆预设处理指标：处理量(按含固率35%的泥浆计)为60 m3/h，重相固渣含固率不小于70%，轻相出液含固率不大于25%。

4.2 干排干堆工艺施工

2套卧螺离心机及其配套设备现场施工布置见图4。

图4 新工艺现场设备布置示意

尾矿泥浆通过浓缩池Ⅱ出口进入泥浆过滤箱1，由阀门控制分配至2套进料泵组，控制相应的卧螺离心机进料量，再通过卧螺离心机离心脱水，重相固渣从无轴螺旋输送机排出；轻相出液则从管道进入过滤箱2，作为分级设备进料，经分级产出固渣和清液。

4.3 干排干堆工艺调试

根据设计要求，2套卧螺离心机需同时运行，分别调整相关参数如转速、转速差，记录并考核处理量、重相固渣和轻相出液含固率是否满足预设指标要求。

(1)转速差为33.8 r/min时，设置主机转速750，1 040，1 110 r/min，进料量60 m3/h，稳定运行后，分别取各参数下的进料泥浆、固相出渣及轻相出液样。

(2)在转速为1 110 r/min时，设置转速差33.6，37.3 r/min，进料量60 m3/h，稳定运行后，分别取各参数下的进料泥浆、固相出渣以及轻相出液样。

(3)采用烘干仪器对各试样进行含固率测定，调试现场卧螺离心机参数与指标见表1。

由表1可知：

(1)进入卧螺离心机尾矿泥浆含固率均在37%以上，进料量60 m3/h，满足预设生产要求。

(2)重相固渣含固率均在76%以上，轻相出液含固率均低于25%，满足卧螺离心机产品含固率要求。重相固渣中的高岭土可以应用于陶瓷、造纸、化肥及化工等行业，具有一定的经济效益。

表1 调试现场卧螺离心机参数与指标

(3)主机转速提高，根据公式计算发现分离因数提高，固相含固率升高，说明卧螺离心机脱水效率提高，扭矩值也从侧面反映了这一现象。若尾矿泥浆在卧螺离心机中停留时间过长，也会加剧已分层液相的搅动，液相含固率可能会上升。

(4)主机转速一定，转速差的提高意味着泥浆在离心机设备中的停留时间变短，因此固相含固率会有一定的下降，但液相搅动相对减少，因此液相逃逸率下降，含固率亦下降。

5 结 论

四川某硫铁矿应用卧螺离心机对原尾矿处理工艺中浓缩池Ⅱ产生的尾矿泥浆进行离心脱水浓缩，产出重相固渣和轻相出液，轻相出液再经分级设备产出清液和固渣，其中清液可供选矿回用。该尾矿干排干堆工艺中，卧螺离心机在尾矿泥浆含固率37%以上、进料量60 m3/h的预设条件下，重相固渣含固率在76%以上、轻相出液含固率低于25%，满足预设指标。

尾矿干排干堆工艺现场运行效果满足该硫铁矿对尾矿的处理要求，既解决矿山尾矿堆存带来的环保和安全问题，也提高了企业经济效益，实现了矿产资源的综合利用，有利于矿山的可持续发展。卧螺离心机适合于现代矿山生产，具有广阔的市场前景。