浅谈深锥浓密机的应用改造

郑兴权

摘  要：以甘肃某铅锌矿膏体充填实施为背景，指出深锥浓密机在实际使用过程中出现溢流水跑浑、底流浓度不能实时检测控制以及压耙等问题，介绍了针对上述问题进行的增加二次强制稀释水泵，更换现有底流浓度计及增加底流循环管道等的改造情况。本改造证实：①合理的选择矿浆二次稀释方式，恰当的控制强制稀释水量，及时准确的捕捉尾矿浆给料浓度，有利于为矿浆、絮凝剂平稳、充分混合营造理想环境。②适当改进絮凝剂添加添加点位，有利于稳定提高深锥浓密机底流浓度。③科学、合理的布置增加浓密机底流循环管路设计有利于底流料浆的平稳流动，减少耙架的运行阻力和压耙事故的发生。

关键词：膏体充填;深锥浓密机;压耙;絮凝

尾矿库和采空区是目前金属矿山安全生产中的两个重大隐患，经常引起严峻的安全和环保问题。如何高效、安全、环保的开采矿石成为采矿从业人员面临的一大重要问题。膏体胶结充填法因可以充分利用矿山固体废弃物，及时填充采空区，从源头解决这一问题。

膏体胶结充填具有不分层、不离析、不沉淀的特性，料浆通过泵送至露天塌陷区、露天坑或者井下采空区进行充填。而尾矿浓密脱水设备在膏体充填中占有主导地位。

尾矿浓密是膏体充填系统工艺的首要环节，深锥浓密机适用于细颗粒骨料浓密脱水处理，具有操作流程简单、处理能力大、底流浓度高、溢流水浊度小等优点被普遍使用。

甘肃某铅锌矿位于西秦岭山区，经过多年露天开采和井下开采，形成露天坑1座，井下开采空区无数，东邦采区出现较大面积塌陷区，影响到正常安全生产。为了提高采区安全性，提高矿石回收率，减低贫化率，采用了膏体胶结充填采矿工艺。根据尾矿性质和采矿工艺要求，设计采用1台直径20米，桶高8米，底部锥度角30°的深锥膏体浓密机。该浓密机在前期进行了调试运行，针对运行过程中出现的跑浑、压耙等问题，进行了相应的改造。

1、存在的问题

该膏体充填系统运行过程中出现的问题主要在深锥膏体浓密机，具体表现在以下几个方面：

⑴ 现有深锥浓密机尾矿砂沉降慢，造成溢流水跑浑，影响到溢流水循环使用。分析原因所在，造成该问题的主要原因是：根据本浓密机结构设计和试验，当现有浓密机在给料量为175t/h或4200t/d，给料矿浆浓度在43%，二次稀释后矿浆浓度为15%-20%，絮凝剂添加量在20g/t时沉降速率最佳，底流浓度能够满足本矿山充填要求。实际使用过程中尾矿浆由隔膜泵输送，给料量、给料浓度远大于选型设计要求，给料矿浆经二次稀释后，中心给料井筒中的料浆浓度远高于15%-20%的最佳进料浓度。由此可见，该浓密机给料矿浆二次稀释有待改进，以满足最佳给料浓度。

⑵该浓密机在现场调试和近半年的使用期间，测得的最高底流浓度未达到±68%的设计浓度。底流浓度的高低一方面取决于进料、出料速率;另一方面取决于絮凝剂与给料矿浆充分混合的效果，而相互混合效果又与絮凝剂添加点的安装位置和数量有一定的关系。

（3）依据浓密机说明书，浓密机在停机4小时即发生压耙事故，而这种压耙事故在充填工业泵端出现故障时极有可能发生，严重制约浓密机稳定运行。现场探讨表明：发生这种事故现象主要是本浓密机底未设置流循环管路造成的。

2、改造

2.1给料矿浆二次稀释改造

为使得本浓密机底流浓度达到设计要求，且絮凝效果在最佳状态下运行，设计对进料矿浆进行二次稀释，二次稀释补充水采用浓密机上层清液，不再添加外部水源。稀释后的尾矿浆浓度与絮凝剂添加量的配比是矿浆颗粒沉降速率、溢流水含固量的基础。为此，增加一定量的稀释水，使得中心给料井物料浓度在合理范围内是必要的（以1小时浓密机进料量计算）。

C浓*V浓=C稀*V稀

式中：C浓、V浓为尾矿浆稀释前的浓度、体积;C稀、V稀为尾矿浆二次稀释后的浓度、体积。

当浓密机进料浓度在46%-49%，流量200m³/h时，二次稀释水补充量为250m³/h-289m³/h之间时浓密机进料浓度最佳。

该浓密机采用强制动力稀释系统，尾矿浆在进入叶片式给料中心井前，用泵将浓密机的上清液加入给料尾砂浆体中，使之满足系统设计的稀释要求。稀释后的料浆与絮凝剂混合，进入叶片式中心给料井。

该稀释系统补充水量约为150m³/h，不足以将矿浆稀释至最佳给料浓度。为此，仍需要补充约100m³/h水方可满足稀释要求。增加的稀释水管沿叶片式中心给料井切线布置，水流以一定冲击力沿中心给料井内壁进入，矿浆、稀释水和絮凝剂在给料井上部区域充分混合，以提高絮凝效率，消除粗细颗粒偏析，确保所有颗粒在絮凝剂作用下聚集成团。混合絮凝后的矿浆在给料井下部区域与絮凝剂持续混合，促使絮凝团进一步生长，同时保证絮凝团在低剪切力作用下向浓密机四周均匀扩散。

2.2給料井增加消能装置

在实际运行过程中，发现来自碎尾车间的尾矿浆具有较大的流速，有一定的冲击力，导致矿浆在进入给料井流速过大，缩短了二次稀释矿浆和絮凝剂的混合时间，使得粗细颗粒成团不好，同时矿浆对给料井壁持续冲刷，缩短了给料井使用寿命。为了避免这种现象，需要在给料井内侧增加给料井消能装置。一是减弱矿浆冲击力，减小对给料井壁冲刷延长使用寿命。二是在给料井内壁竖直安装沿矿浆流动方向的阻尼板，阻滞矿浆流动速度，产生紊流，使得矿将与絮凝剂充分混合。

2.3絮凝剂添加点改造

本深锥浓密机通过添加絮凝剂提高物料粗细颗粒沉降速度，改善沉降效果。絮凝剂为长分子量的有机物，溶解的越充分暴露在外面的活泼基团越多，从而更好的捕捉矿浆中的粗细颗粒，提高矿浆沉降速度，增大浓密机处理矿浆能力。而絮凝沉降效果是浓密机的关键，而絮凝剂的添加点位直接影响絮凝剂与矿浆混合的好坏。综上，需要对絮凝剂添加点的位置和数量进行改造，以满足絮凝剂与矿浆充分混合。

改造前，絮凝剂添加点布置在强制动力稀释水管内。添加点较少。

为了解决絮凝剂添加点的问题，对原有絮凝剂添加单位进行改造。即在原有絮凝剂添加点位上增加一根Φ50mm添加管，在添加管上每隔400mm开絮凝剂添加孔，从而保证絮凝剂添加点位在浓密机槽体内均匀分布。

2.4底流循环系统改造

在深锥浓密机底部，当粗细颗粒浓度达到一定值后，料浆的流动性呈现非牛顿体特性，屈服应力较大，耙架阻力过大会引发压耙事故。为此，需在本浓密机底部设置一套底流循环系统，在必要条件下打开用以增加浓密机底部物料的流动性，减低耙架阻力。

底流循环系统包括两台变速浓浆泵（一用一备），循环管道、阀门、流量计、浓度计以及控制仪表。其原理为：从集料筒出来的高浓度料浆再返回浓密机锥体上部1米位置内进行循环，以提高料浆的均匀性和流动性，并且有助于锥体顺利排料。为使得底流循环系统能够适应所有的料浆浓度，底流循环系统管道直径200mm为宜，并且管道应介入高压冲洗水，水管直径100mm为宜，当出现堵塞时，用高压水冲洗管道。

底流循环系统的启停取决于底流循环管路上浓度计及流量计的信号。当浓度低于设定值时（一般为68%），循环系统关闭;当浓度高于设定值时，循环系统开启。底流矿浆的浓度信号反馈给主控单元，主控单元自动控制循环系统中电动阀门的开度。在此过程中确保浓密机底部矿浆的活化流动性，从而避免了压耙事故的发生。