俞利楠
(上海離心機械研究所有限公司)
四川某硫鐵礦采用較為落后的選礦工藝,選礦回收率不高,礦產綜合利用水平不高[1]。硫精砂品位低,僅35%左右;制取硫酸后硫酸燒渣含鐵率低,僅40%左右,尾礦含硫率高,為5%左右;硫精砂銷售單價低,硫酸燒渣難以作為鐵精礦利用,造成鐵資源的浪費。由于尾礦難以被回收利用,大量無序堆存帶來資源浪費、環境污染、安全隱患和土地占用等諸多問題[2]。
尾礦干排干堆技術是近年來國內外逐漸興起的尾礦處理技術[3],主要通過疏干尾礦水分、減少庫內積水實現[4]。臥螺離心機是高效固液分離設備,以其結構緊湊、占地面積小、自動化程度高、處理能力強、固液分離效果好等特點得到廣泛應用。大型臥式螺旋卸料沉降離心機(簡稱臥螺離心機)在尾礦泥漿處理中已有不少成功案例。
在該背景下,該硫鐵礦選礦廠在對選礦工藝流程進行整體改造以提高硫、鐵等礦產資源綜合利用水平的基礎上,應用離心脫水技術對尾礦進行干排干堆工藝改造。
選礦廠原生產工藝流程示意見圖1。
圖1 原生產工藝流程示意
原礦經對輥磨、振動篩、跳汰工藝分別產出粗礦砂、細礦砂、半精砂,通過洗選工藝產生硫精砂和尾礦。硫精砂經濃縮池Ⅰ和陶瓷過濾機過濾產出高品位硫精砂(產品1);尾礦經濃縮池Ⅱ濃縮后,產生上清液和尾礦泥漿,尾礦泥漿作為最終尾礦廢棄或回填。該工藝提高了硫精砂品位,但尾礦處理方式較為傳統,僅運用濃縮池自然沉降原理簡單濃縮,最終尾礦含水量仍較大,運輸成本高,只能選擇廢棄于尾礦庫或回填礦井下,無法對尾礦進行綜合處置或利用。
尾礦漿經泵送或自流進入臥螺離心機,在轉鼓高速旋轉產生的離心力作用下,尾礦漿固相和液相成分由于密度不同而分層,從而實現固液分離。密度大的固相顆粒沉降在轉鼓內壁,在螺旋輸送器的推動作用下,向轉鼓錐段出口行進,在轉鼓錐段和螺旋葉片間產生的雙向擠壓作用下進一步脫水,降低固相含水率。分離后的液相溢流出工作腔體,并經收集腔體收集后排出離心機外[5]。臥螺離心機的基本結構見圖2。
圖2 臥螺離心機結構示意
尾礦具有產量大、濃度高且不穩定、固體物顆粒直徑分布范圍廣的特性,大型臥螺離心機單位時間處理量大、效率高、處理濃度范圍廣、固體顆粒直徑對脫水效果影響小、出料穩定、操作簡單等優點,適宜作為該尾礦干排干堆工藝的離心脫水設備。
根據現場已有設備,采用臥螺離心機對尾礦處理工藝進行干排干堆工藝改造。尾礦干排干堆工藝見圖3。
圖3 尾礦干排干堆工藝流程示意
尾礦漿經濃縮池Ⅱ濃縮后,經臥螺離心機離心脫水,產出重相固渣(產品2)和輕相出液,輕相出液再通過分級設備分級,獲得清液(作為礦區作業回用水)和分級后固渣(產品3)。
根據現場工藝指標,濃縮池Ⅱ產生尾礦泥漿量約100 m3/h,泥漿含固率35%左右。為滿足尾礦處理工藝不間斷連續作業,最大程度地發揮臥螺離心機優勢,需配置2臺LW900 mm×3 600 mm NY型臥螺離心機,并利用現場尾礦濃縮池旁空地進行布置和試生產,考察在不使用絮凝藥劑時,臥螺離心機尾礦泥漿的處理能力、重相固渣含固率、輕相出液的含固率等指標。
LW900 mm×3 600 mm NY臥螺離心機轉鼓內徑900 mm,轉鼓工作長度3 600 mm,轉鼓最高轉速1 800 r/min,分離因數2 000,長徑比4.0;整機外形尺寸(長×寬×高)為6 500 mm×2 700 mm×1 900 mm,設備總質量20 t;控制柜外形尺寸(長×寬×高)為1 000 mm×1 000 mm×2 200 mm,控制柜質量600 kg;裝機功率355 kW。
尾礦泥漿預設處理指標:處理量(按含固率35%的泥漿計)為60 m3/h,重相固渣含固率不小于70%,輕相出液含固率不大于25%。
2套臥螺離心機及其配套設備現場施工布置見圖4。
圖4 新工藝現場設備布置示意
尾礦泥漿通過濃縮池Ⅱ出口進入泥漿過濾箱1,由閥門控制分配至2套進料泵組,控制相應的臥螺離心機進料量,再通過臥螺離心機離心脫水,重相固渣從無軸螺旋輸送機排出;輕相出液則從管道進入過濾箱2,作為分級設備進料,經分級產出固渣和清液。
根據設計要求,2套臥螺離心機需同時運行,分別調整相關參數如轉速、轉速差,記錄并考核處理量、重相固渣和輕相出液含固率是否滿足預設指標要求。
(1)轉速差為33.8 r/min時,設置主機轉速750,1 040,1 110 r/min,進料量60 m3/h,穩定運行后,分別取各參數下的進料泥漿、固相出渣及輕相出液樣。
(2)在轉速為1 110 r/min時,設置轉速差33.6,37.3 r/min,進料量60 m3/h,穩定運行后,分別取各參數下的進料泥漿、固相出渣以及輕相出液樣。
(3)采用烘干儀器對各試樣進行含固率測定,調試現場臥螺離心機參數與指標見表1。
由表1可知:
(1)進入臥螺離心機尾礦泥漿含固率均在37%以上,進料量60 m3/h,滿足預設生產要求。
(2)重相固渣含固率均在76%以上,輕相出液含固率均低于25%,滿足臥螺離心機產品含固率要求。重相固渣中的高嶺土可以應用于陶瓷、造紙、化肥及化工等行業,具有一定的經濟效益。
表1 調試現場臥螺離心機參數與指標
(3)主機轉速提高,根據公式計算發現分離因數提高,固相含固率升高,說明臥螺離心機脫水效率提高,扭矩值也從側面反映了這一現象。若尾礦泥漿在臥螺離心機中停留時間過長,也會加劇已分層液相的攪動,液相含固率可能會上升。
(4)主機轉速一定,轉速差的提高意味著泥漿在離心機設備中的停留時間變短,因此固相含固率會有一定的下降,但液相攪動相對減少,因此液相逃逸率下降,含固率亦下降。
四川某硫鐵礦應用臥螺離心機對原尾礦處理工藝中濃縮池Ⅱ產生的尾礦泥漿進行離心脫水濃縮,產出重相固渣和輕相出液,輕相出液再經分級設備產出清液和固渣,其中清液可供選礦回用。該尾礦干排干堆工藝中,臥螺離心機在尾礦泥漿含固率37%以上、進料量60 m3/h的預設條件下,重相固渣含固率在76%以上、輕相出液含固率低于25%,滿足預設指標。
尾礦干排干堆工藝現場運行效果滿足該硫鐵礦對尾礦的處理要求,既解決礦山尾礦堆存帶來的環保和安全問題,也提高了企業經濟效益,實現了礦產資源的綜合利用,有利于礦山的可持續發展。臥螺離心機適合于現代礦山生產,具有廣闊的市場前景。