水隔膜泵在尾矿输送系统中的应用研究

陈 娟

(大冶有色金属有限责任公司铜山口铜矿， 湖北 大冶市 435122)



水隔膜泵在尾矿输送系统中的应用研究

陈 娟

(大冶有色金属有限责任公司铜山口铜矿， 湖北 大冶市 435122)

尾矿水力输送系统中，尾矿矿浆的输送浓度与输送设备配置以及回水综合利用、工程建设投资及生产运营成本等都有直接关系。需根据生产特点、总体布置、地形条件进行多方案的技术经济比较，才能确定最优输送配置方案。基于水隔膜泵的性能特点，与常用尾矿输送泵作技术经济对比分析，以马角石铜矿尾矿输送为例，确定水隔膜泵作为该矿山尾矿输送动力设备最为经济合理。同时优选出最佳尾矿输送浓度与之匹配，使尾矿输送系统经济节能、安全环保。

尾矿；水力输送；水隔膜泵；砂泵

0 引 言

尾矿是矿山选矿厂的排放物，其中含有选矿药剂以及具有某些远景价值金属，需输送至尾矿库堆存。好的尾矿输送系统是保证矿山安全绿色生产，获得良好经济效益的重要组成部分之一。尾矿水力输送系统中，尾矿矿浆的输送浓度与输送设备配置以及回水综合利用、工程建设投资及生产运营成本等都有直接关系。同时，尾矿排放浓度影响尾砂流动性，对尾矿坝筑坝安全稳定性也有诸多影响。如何选择尾矿输送工艺和相适应的尾矿输送浓度，以及配置尾矿输送设备，需做综合技术经济比较研究，才能得到最优方案。水隔膜泵以水为驱动液体，推动隔膜，隔膜推动矿浆流动。水隔膜泵综合了水隔离泵流量大和隔离泵扬程高的双重特点。本文基于水隔膜泵的性能特点，与常用尾矿输送泵作技术经济对比分析研究，以具体矿山尾矿输送为实例，确定水隔膜泵作为该矿山尾矿输送动力设备最合理。同时优选出最佳尾矿输送浓度与之匹配，使尾矿输送系统经济节能、安全环保。

1 砂泵配置方案对比研究

1.1 尾矿物理性质

马角石铜矿选厂采用浮选工艺，产量6000 t/d，尾矿产率98.29%。尾矿浆：浓度ρ=29.22%，比重γg=2.5 t/m3，-200目占75%，平均粒径dp=0.0814 mm。全粒级尾矿有足够的粗尾砂用于尾矿库子坝堆筑，尾矿库采用浓度29.22%尾矿直接冲积筑坝。

1.2 输送泵配置方案确定

根据马角石铜矿区总体布局，砂泵站标高+2872 m，尾矿坝终了标高+3105 m，输送高度233 m，输送距离2100 m。水隔膜泵适用于1.6～10 MPa范围内的浆体输送，总效率在75%～80%。水隔膜泵与水隔离泵的输送压力和流量近似，但水隔离泵是靠浮动钢球在隔离罐中上下浮动隔离水浆，只有在罐体中压差流速大于浮球运动与罐壁形成的剪切流速时，才能保证不混浆，水耗在3%～5%。钢球与罐壁间隙从2 mm磨损至4 mm，水耗增加10%，若磨损间隙增至5 mm，则压差流平均流速小于剪切流平均流速，出现混浆现象。水隔膜泵是在圆柱形罐体中放置囊型隔膜，将清水和浆体彻底隔离。工作原理如图1所示，高位料浆向隔离罐体给料，矿浆经逆止阀进入隔囊中至充满囊体，此过程中清水回水阀打开，清水进水阀关闭。排料时，清水进水阀打开，清水回水阀关闭，高压清水进入罐体中挤压出浆体，浆体经逆止阀进入输送管道。3个罐体中各电动阀均由微机控制，从而3个罐体以120°不断进料和排料，形成稳定的矿浆流。因此，水隔膜泵较水隔离泵效率高15%，无混浆，无水耗，价格也高1.3～1.5倍。水隔膜泵与油隔离泵相比，具有清洁廉价，运动频率低，维修备件费用仅为油隔膜泵0.25倍。隔离泵(奇好泵)与水隔膜泵相比较，隔膜泵技术先进，总效率在80%～85%，但价格高，适用于高扬程输送系统。输送压力≤6.3 MPa时，水隔膜泵性价比要高，且年备件费用远远低于隔膜泵。隔膜泵与水隔膜泵在0.4 MPa压力下，隔膜泵因效率高5%，节约的电费、备件费用情况，价格倍数，综合效益统计见表1。

图1 水隔膜泵工作原理

流量/(m3/h)压力/MPa隔膜泵年节约电费/万元隔膜泵备件费差额/万元价格倍数1504．05．32532804．09．53534504．016．1503

综上所述，本次尾矿输送设计砂泵选型可采用水隔膜泵一次扬送或渣浆泵接力输送方案。

渣浆泵接力输送(方案Ⅰ)：三级泵站串联接力输送，每级泵站配置200ZJ-850B型渣浆泵，流量807 m3/h，扬程113.6 m，配套电机功率560 kW，电压6 kV，1泵1管工作，共2台泵，1用1备，输送管径DN350 mm。

水隔膜泵输送方案(方案Ⅱ)：单级泵站一次输送，砂泵泵站配置SGMB400/4.0型水隔膜泵，流量400 m3/h，压力4.0 MPa，扬程290 m，配套电机功率630 kW，电压10 kV，2泵2管工作，共3台泵，2用1备，管径DN225 mm。

方案Ⅰ与方案Ⅱ优缺点对比见表2。由表2可知，方案Ⅱ比方案Ⅰ投资多255.55万元，但年经营费比方案Ⅰ少202.6万元，2 a即可收回多余投资。方案Ⅱ中只工作一台泵时，适合选厂分期建设投产。因此，综合技术经济性比较，方案Ⅱ尾矿输送系统优越，即水隔膜泵一段输送。

表2 渣浆泵接力输送与水隔膜泵输送优缺点对比

2 尾矿输送浓度确定

对马角石铜矿选矿厂尾矿输送浓度提出3个可行性方案。3种输送浓度方案的技术经济比较及优缺点对比见表3。

方案Ⅰ：选矿厂浮选尾矿浓度29.22%直接输送。

方案Ⅱ：将选矿厂浮选尾矿浓度浓密至45%再输送。

方案Ⅲ：将选矿厂浮选尾矿浓度浓密至45%输送至尾矿坝顶，再在坝顶放矿前稀释至30%排放。

由表3可知，方案Ⅰ前期一次性投资较少，但年经营费用稍偏高。方案Ⅱ的前期一次性投资较高，尾砂流动性差，粗细尾砂难分离，对尾矿库筑坝安全性有影响。方案Ⅲ的前期一次性投资亦较高，工艺复杂，环节多，人工成本高，而且技术不成熟。经过对上述3种浓度方案的技术经济比较和优缺点比较，采用方案Ⅰ较优，即采用按浮选浓度为29.22%的尾矿直接输送至尾矿库。

3 水隔膜泵选型方法

3.1 水隔膜泵选型计算

水隔膜泵流量计算：

式中：K——流量波动系数；

Q——尾砂输送量，m3/h。

经计算，Qb=381.6 m3/h。

输送矿浆所需总扬程：

式中：γk——矿浆比重，t/m3；

H——输送矿浆几何高差，m；

Lik——最大沿程水头损失，m；

hj——管路局部水头损失，m；

hn——泵站内水头损失，m；

hy——剩余水头，m。

经计算，Hx=361.01 m。

依据计算，选择SGMB400-4.0型水隔膜泵合适，额定输送压力4.0 MPa，流量400 m3/h。

3.2 输送管路水力计算

计算选用B.C.克诺罗兹方法。当0.07

式中：Qk——矿浆流量，0.106 m3/s；

Dl——临界管径，m；

Cd——矿浆重量浓度的100倍，29.22；

β——比重修正系数，0.8824。

经计算，Qk=0.225 m。

对于高浓度尾矿输送，可采用我国陕西水科所方法确定矿浆输送的临界流速，公式如下：

式中：Vl——临界流速，m/s；

g——重力加速度，取g=9.81；

CV——体积浓度的100倍；

经计算，Vl=2.28m/s。

试验统计和经验表明，适当缩小管径和增大矿浆流速可降低矿浆沉降速度，减小管道磨损；同时可以防止矿浆冻结，提高尾矿管道的抗冻能力。一般情况下，当矿浆流速大于1.5m/s以上时，不会产生管道冻结。因此，本设计中尾矿输送管道选用外径Φ245，壁厚10mm，内衬6mm聚氨酯耐磨材料的钢衬复合管道。矿浆输送流速按V=1.1×Vl=2.508m/s设计。

4 结 论

在尾矿水力输送系统设计中，尾矿矿浆的输送浓度与输送设备配置相互影响，决定了工程建设投资及生产运营成本。因而各矿山尾矿物理性质和工程条件均不同，因而各矿山尾矿输送系统具有各自的特点，尾矿输送系统设计需以计算为基础，并查阅大量的数据进行类比，尤其是成功案例。本文对水隔膜在马角石铜矿尾矿输送系统的应用进行了探讨，从不同尾矿输送泵的优缺点和3种可行性矿浆浓度输送方案两个方面作技术经济对比分析，确定了水隔膜泵作为该矿山尾矿输送动力设备最合理，同时优选出最佳尾矿输送浓度与之匹配。目前马角石铜矿尾矿输送系统已投入运行，系统畅通，水隔膜泵故障率低，取得了良好的经济效益。

[1]文儒景.技术创新在尾矿输送系统中的应用实践[J].湖南有色金属，2012，28(6)：7-9.

[2]赵国英.水隔离泵在尾矿输送系统中的应用实践[J].新疆有色金属，2015，9(3)：86-88.

[3]杨文国,李 宏.徐家沟选矿厂尾矿输送系统的改造实践[J].煤矿机电，2013(3)：105-107.

[4]赵宇新，李绪忠，万俊力.高浓度尾矿输送系统设计方法与实践[J].金属矿山，2010，39(10)：88-89.

[5]汪赛琪.小流量高扬程尾矿输送设备选型与计算[J].有色设备，2014，(1)：32-35.

[6]长沙黑色冶金矿山设计研究院.选矿设计手册[M].北京：冶金工业出版社，2007.

[7]沈阳维扬浆体有限公司.固体物料水力输送与隔膜泵[R].北京：北京矿冶研究总院，2012.

.尾矿设施设计规范[S].(

2016-02-19)

陈 娟(1976-)，女，湖北鄂州人，主要从事矿山机械设备管理工作，Email：40474525@qq.com。