叢龍斐, 王霄鵬, 周長春，呂文英

（1. 威海尚品機械設備科技有限公司，山東 威海 264200；2. 中國礦業(yè)大學 化工學院，江蘇 徐州 221116；3. 山東金璽泰礦業(yè)有限公司，山東 蘭陵 277700）

隨著國家環(huán)保政策的升級，礦業(yè)領域對尾礦無廢處理工藝和設備的需求已經顯現。當前無廢處理工藝是采用旋流器、高頻脫水篩、濃密機、壓濾機等設備結合處理[1-2]。但是該工藝缺點是旋流器和高頻脫水篩將尾礦中粗粒尾礦優(yōu)先排出干堆或者作為建筑骨料等[2]，造成細粒尾礦在濃密機中碰撞幾率降低，沉降困難，進而致使?jié)饷軝C選型沉降面積增大，基建成本升高，也造成壓濾機壓濾和卸料困難。

水力旋流器作為一種旋流分離設備[3-5]可以對料漿進行濃縮，并且設備占地面積小、成本低。張丹[6-7]的研究表明旋流器直徑越小、錐角越小對細粒級物料的濃縮作用越強。崔寶玉[7]的研究表明錐角越小，沉砂的分流比越大。因此根據現場尾礦參數設計三段濃縮工藝，將微細粒尾礦濃縮充填，溢流返回重新利用。

1 試驗樣品及研究方法

1.1 樣品性質

樣品采自山東金璽泰礦業(yè)有限公司二選廠尾礦，尾礦主要是粗粒尾礦干排系統(tǒng)的溢流，樣品經過混樣、縮分后測試細度與濃度。測試結果見表1。

>表1 樣品性質Table 1 Sample property

1.2 研究方法

根據物料性質設計濃縮工藝，見圖1。

圖1 三級濃縮工藝流程Fig .1 Three stage concentration process

工藝中一級旋流器的主要作用是將低濃度物料進行強力濃縮，二級旋流器主要作用是增加工藝的顆?；厥漳芰艋厮?，三級旋流器主要作用是在保證沉砂充填濃度的前提下，提升沉砂產率。

結合各級旋流器在工藝中的作用，將旋流器結構進行適當優(yōu)化。Smax100/PU-K 旋流器（簡稱A）將原有Smax100/PU-B 旋流器（簡稱B）取消柱段、縮小錐角、加長沉砂口濃縮段、增大進料體包角，提升一級旋流器的濃縮能力；Smax75/PU-WY 旋流器（簡稱C）將原有Smax75/PU-B 旋流器（簡稱D）多錐角改為單錐小錐角，增加濃縮魚尾，增加二級旋流器對微細粒的回收能力并提升沉砂濃度；Smax150/PU-BY 旋流器（簡稱E）將原有Smax150/PU-B 旋流器（簡稱F）加上濃縮魚尾，增強旋流器對來料濃度變化的適應性，保證沉砂濃度的穩(wěn)定。

根據現場充填作業(yè)要求，將工藝設備做成模塊化集成撬裝結構方便現場移動充填。整個模塊中包含A 型、C 型、F 型旋流器，各級配套泵及變頻器，各級泵池，各級液位控制系統(tǒng)，設備單臺能力650m3/h。

2 結果與討論

2.1 A 型與B 型旋流器濃縮性能對比

試驗時進料濃度8%，A 型和B 型旋流器溢流管直徑（do）35 mm（0.35D，D 表示旋流器直徑，下同），底流口直徑（ds）12 mm（ds/do=0.34），溢流管插入深度35 mm（0.35D），分別在0.08MPA、0.1MPa、0.12MPa、0.14MPa、0.16MPa 壓力條件下運行A 與B 兩種型號旋流器，試驗果見圖2。

圖2 A 型和B 型旋流器沉砂濃度隨著運行壓力變化 趨勢Fig .2 Changes of the sediment concentration of type A and type B hydrocyclones with the operating pressure

由圖2 可知，A 型和B 型旋流器沉砂濃度隨著運行壓力的增大逐漸增大， 在運行壓力P ≤0.1Mpa 時兩類旋流器濃縮效果相近，N ≤4.3。A 型旋流器濃縮效果整體優(yōu)于B 型旋流器，在0.16MPa 時A 旋流器沉砂濃度達到最大，Cs=46.74%，N=5.84； 此時，B 型旋流器Cs=41.30，N=5.16。試驗結果表明：改進后的A 型旋流器濃縮效果優(yōu)于B 型旋流器。

分析中涉及的濃縮度計算公式為：

N——旋流器濃縮度

Cs——旋流器沉砂濃度/%

Ci——旋流器進料濃度/%

2.2 Smax 75/PU-WY 與Smax75/PU-B 凈化能力對比

試驗時進料濃度4%，A 型和B 型旋流器溢流管直徑(do)25 mm(0.33D)，底流口直徑(ds)10mm(ds/do=0.4)，分別在0.20 MPA、0.18 MPa、0.16 MPa、0.14 MPa 壓力條件下運行C 與D 兩種型號旋流器，試驗果見圖3。

圖3 C 型與D 型旋流器的沉砂和溢流濃度隨著運行壓力變化趨勢 Fig. 3 Change of the sand-settling and overflow concentrations of C and D type hydrocyclones with the operating pressure

由圖3 可知，C 型和D 型旋流器沉砂濃度隨著運行壓力的增大逐漸增大，C 型旋流器沉砂濃度整體高于D 型，在運行壓力0.20 MPa 時，分別達到27% 和19.45%。C 型旋流器溢流濃度隨運行壓力增大，先逐漸增大再減小，在運行壓力0.18 MPa時，達到1.3%。C 型旋流器達到0.2MPa 時溢流濃度增加是因為超出其較佳處理量范圍，沉砂呈柱狀排料不暢，導致溢流跑料。D 型旋流器溢流濃度隨壓力增加，溢流濃度變化不大。

因為單獨用沉砂濃度或者溢流濃度都無法表征旋流器的凈化能力，所以用沉砂產率與溢流濃度的比值代表旋流器凈化系數，結果見表2。

>表2 C 型和D 型旋流器凈化系數Table 2 Purification coefficients of C and D type cyclone

由表2 可知，C 型旋流器凈化能力優(yōu)于D 型旋流器，在運行壓力在0.18MPa 時，凈化能力最強達到0.55。

分析中涉及的凈化系數計算公式為：

F——旋流器凈化能力

γ——旋流器沉砂產率/%

Cy——旋流器溢流濃度/%

2.3 SPWK-650 撬裝式集成尾礦處理系統(tǒng)工業(yè)試驗

試驗時現場總細粒尾礦泵輸送量為400 m3/h，輸送尾礦濃度9% 左右，試驗結果見表3。

>表3 SPWK-650 撬裝式集成尾礦處理系統(tǒng)運行指標Table 3 Operation index of spwk-650 crowed integrated tailings processing system

表3 表明，采用優(yōu)化結構后旋流器，結合三級濃縮工藝可以達到現場充填和回水要求指標，充填濃度≥68.23%，回水濃度≤2%。

試驗表明SPWK-650 撬裝式集成尾礦處理系統(tǒng)可以替代濃密機等濃縮設備，并且設備成本和運行成本低。

3 結 論

（1）在微細顆粒礦漿的凈化方面，小直徑、小錐角旋流器比小直徑、多錐角旋流器更有優(yōu)勢。

（2）縮小錐角、縮短柱段、加長沉砂口濃縮段可有效提升旋流器的濃縮能力。

（3）采用SPWK-650 撬裝式集成尾礦處理系統(tǒng)可以替代濃密機等濃縮設備，并且設備成本和運行成本低。