图拉尔根铜镍矿全尾砂高效浓密稳定放砂装备应用研究

吴大玮，邓高岭，郑伯坤，李强

(1.哈密和鑫矿业有限公司，新疆 哈密市 839000;2.长沙矿山研究院有限责任公司，湖南 长沙 410012)

实现全尾砂高浓度充填的核心是全尾砂料浆浓密技术，如何将低浓度的全尾砂料浆浓密至满足充填要求的高浓度料浆，一直是充填技术研究重要的领域。而技术的进步凝结于装备的创新，本研究研发了一种全尾砂高效浓密稳定放砂砂仓，实现了全尾砂浆高效率浓密以及稳定放砂。

1 现有浓密技术及问题

现有全尾砂浓密技术主要有2 类，第1 类是利用机械脱水原理进行全尾砂浓密，主要采用板框压滤机、隔膜压滤机、厢式压滤机、陶瓷过滤机等设备。第2 类是利用沉降脱水原理进行全尾砂浓密，主要采用浓密机、砂仓进行沉降脱水，若全尾砂利用率要求较高或溢流水要求较高则辅助添加絮凝剂，利用絮凝沉降，降低溢流水含固量。

机械脱水能耗大，制约了设备处理能力，造成机械脱水成本较高，初期投资较大。

传统的浓密机进行全尾砂料浆浓密，通常存在设施占地较大、底流浓度偏低、装备造价偏高、不添加絮凝剂时常出现溢流浓度偏高等问题。而传统的砂仓进行全尾砂料浆浓密，通常存在溢流浓度偏高、砂仓放砂流量不稳定或浓度不稳定等问题。

2 新型砂仓的浓密技术及装备研究

（1）采用溢流槽配合阶梯排水阀，排出浓密过程的溢流水。该技术解决了由于压缩区料位和溢流点的高度差较小时，料浆沉降的空间较小，不易浓缩至稳定状态而随着溢流排出砂仓的问题。技术实施过程：当压缩区料位达到某一高度时，停止进料，进行自然沉降，再开启阶梯排水阀，排出压缩区上部的一部分清水，完成砂仓内浓度的调整。溢流浓度得到有效控制，提高了尾砂利用率。

（2）采用较大面积的仓体上口，配合对角布置进料点和溢流点，溢流采用溢流槽取代传统砂仓的溢流环道，综合这3 项技术加长进料点和溢流点的距离，使得尾砂颗粒从进入砂仓到溢流排出砂仓的时间大大加长，从而使更多的颗粒沉降，进一步控制溢流浓度。该技术实施过程：尾砂输送管出口布置于砂仓一边或角落上，而溢流槽布置于对角紧贴砂仓壁或角落上，延长了进砂在砂仓内的停留时间和运行距离，有限控制了溢流浓度，提高了浓密效率。

（3）根据尾砂沉降性能、粒度分布、放砂浓度要求、充填能力要求等因素对溢流口、阶梯阀、仓底的相对标高进行调整，以确保足够的沉缩区高度，且较快速地达到足够的沉缩区高度，而阶梯阀的调节范围正好可覆盖放砂浓度要求。

（4）在进砂管出料口布置消能装置，减小进砂管排放的砂浆对砂仓内料浆的冲击，砂仓结构如图1 所示，从而降低料浆对砂仓内颗粒自然沉降的扰动。

图1 砂仓结构

3 新型砂仓造浆、放砂技术及装备研究

3.1 改善喷嘴布置角度

喷嘴压气方向竖直向上和水平喷出交替布置，且每一排压气管负责一个方向的压气，大大降低喷嘴间压气短路的现象。所使用的喷嘴喷出方向专一，压气为顶部方向喷出。技术实施过程：相邻两排的喷嘴错开布置，一排为竖直方向喷嘴，一排为水平方向喷嘴。竖直方向喷嘴将料浆一面区域内的颗粒往高处输送，水平方向喷嘴推动竖直方向喷嘴作用区域死角处的料浆。

3.2 喷嘴研发

研发可靠性高的喷嘴，使喷嘴使用寿命大大加长，故障率大幅降低，从而保证在砂仓连续使用的情况下，仓底的喷嘴不会出现大面积失效的情况。本研究研发的新型防堵喷嘴，采用两道防堵措施，且每道措施可靠性高，大大提高了喷嘴可靠性。新型防堵喷嘴的结构如图2 所示，主要原理如下：

图2 新型防堵喷嘴结构

第一道防堵实施：开启压气时，压气进入内气室，凭借压力冲开割口垫片的割口，压气进入外气室，再进入出气孔，凭借压力使紧裹着喷头的弹性套管胀开，压气从弹性套管和喷头的间隙喷出，此时由于压气稳定供给，尾砂浆不会从间隙进入喷嘴内部；关闭压气时，喷嘴内气体压力消失，胀开的弹性套管迅速恢复原状，紧紧包住喷头，使得砂浆与出气孔隔离。

第二道防堵实施：尾砂充填时细颗粒不会进入喷嘴，堵塞喷嘴。当出现弹性套管恢复不及时，或弹性套管与喷头存在细小缝隙，造成少量细砂进入出气孔和外气室时，割口垫片将阻止细砂进入内气室避免堵塞压气管道，当压气重新开启时，少量的细砂随压气从外气室排除，从而实现第二道防堵。

3.3 流量自动控制装置的研发

研发流量自动控制箱，用于独立控制放砂流量，同时监控流量异常波动现象。

本研究研发的流量自控控制箱，结构如图3 所示。其主要原理如下：

图3 流量自动控制箱

采用流量计监测流量，电动阀调整流量，控制器对流量计输出的流量数据信号做智能运算分析并发出信号调整电动阀开合度，电动阀初始开度为某一值（可以是50%）。采用内径小于80%放砂管内径的电磁流量计、串联管、电动阀，使充填输送过程中电磁流量计、串联管、电动阀处于满管状态，确保流量测量的准确性和电动阀调整的有效性。当流量波动超过所设定的合理值范围时，控制器启动声光报警装置，提示异常。

4 结论

图拉尔根铜镍矿全尾砂高效浓密稳定放砂装备采用溢流槽配合阶梯排水阀，进行浓密过程的溢流水排出。采用较大面积的仓体上口，配合对角布置进料点和溢流点，溢流采用溢流槽取代传统砂仓的溢流环道。布置消能装置，减小进砂管排放的砂浆对砂仓内料浆的冲击。改善喷嘴布置角度，喷嘴压气方向竖直向上和水平喷出交替布置，且每一排压气管负责一个方向的压气，大大降低喷嘴间压气短路的现象。研发可靠性高的喷嘴，使喷嘴使用寿命大大加长，故障率大幅降低，从而保证在砂仓连续使用的情况下，仓底的喷嘴不会出现大面积失效的情况。研发流量自动控制箱，用于独立控制放砂流量，同时监控流量异常波动现象。通过以上技术手段确保了全尾砂高效浓密与稳定放砂，该研究可为其他矿山全尾砂浆高效浓密和稳定放砂提供参考。