謝坪全 張志明 敖 江 李云鵬 周 亮 王德正 王 暢

（云南科力環(huán)保股份公司）

為了實現(xiàn)尾礦干堆，降低尾礦漿的處理及管理成本，提高尾礦漿的回水率，開發(fā)原來不具備建設(shè)尾礦庫條件的礦山，云南科力環(huán)保股份公司以降低尾礦漿的處理和管理成本為目的，研發(fā)了KMLYM-1200 膏體斜板濃縮機［1-4］。該設(shè)備給礦、底流、溢流流量采用流量計監(jiān)測，給礦、底流濃度采用Q235射線濃度計在線檢測，具有結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便、運行平穩(wěn)、自動化程度高、節(jié)能、回水率高、投資少、見效快等優(yōu)點，應(yīng)用前景廣闊，經(jīng)濟和社會效益顯著［5-9］。

1 KMLYM-1200膏體斜板濃密機的工作原理

膏體斜板濃密機上部采用了淺層沉降原理，即在殼體內(nèi)加入緊湊配置的斜板組，縮短了礦漿中固體顆粒的沉降距離，減少了沉降時間，從而大大提高了設(shè)備單位占地面積的澄清面積和處理量。下部利用高效濃密技術(shù)，利用高效機械攪拌、耙動，減少造成壓縮的死區(qū)，提高壓縮區(qū)固體顆粒之間的滲透率，迫使固體之間多余的水分盡可能向上通過溢流槽排出，以獲得濃度較高的底流。

設(shè)備在工作時，礦漿經(jīng)給料筒均勻地給入多個給料區(qū)，粗粒級物料直接沉降至殼體下部，細粒級礦漿從斜板組下部兩側(cè)的進料口進入各斜板之間，澄清水向上流動，經(jīng)溢流槽節(jié)流孔有壓排出，帶有節(jié)流孔的溢流槽進一步保證了斜板單元處理量的均一；細粒物料在水流沿斜板向上的拖拽力和自身重力的共同作用下，沉降到斜板上形成濃漿層，濃漿層達到一定厚度后沿斜板向下流動，與粗粒級物料一起形成壓縮層，通過高效攪拌、耙動迫使壓縮層內(nèi)的滲水通道增多，在固體顆粒重力的作用下向壓縮區(qū)上部滲透出大部分水分向上流動，并穿過斜板組架通過溢流槽排出，固體顆粒經(jīng)過攪動和耙動逐步具有一定的凝聚性和流動性，其濃度接近或大于臨界流態(tài)濃度，而小于極限可輸送濃度，最后形成似牙膏的漿體持續(xù)集中到中心排放裝置排出。

2 KMLYM-1200膏體斜板濃密機的結(jié)構(gòu)

KMLYM-1200 膏體斜板濃密機主要由殼體、上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)組成，上部結(jié)構(gòu)由組合梁、斜板組架、傳動系統(tǒng)、給礦套筒等組成，下部結(jié)構(gòu)主要由耙子、攪拌系統(tǒng)、排放系統(tǒng)、底流自動排放系統(tǒng)等組成。KMLYM-1200膏體斜板濃密機的結(jié)構(gòu)見圖1。

（1）設(shè)備上部充分利用殼體的頂面積布置斜板裝置，斜板組合裝置主要由斜板組架、斜板、邊側(cè)條、工字條等組成。斜板為特制的PP板，其表面光滑、耐磨，表面張力極小，抗靜電好，利于物料的下滑，且斜板硬度、強度較高。平行、垂直布置的斜板組架進料為半逆向式給料，下設(shè)圍板使進料和下滑物料各行其道，防止“短路”現(xiàn)象和細粒物料的黏結(jié)，從根本上解決了板間堵塞的問題。

各斜板間隙均相同，相互形成獨立、封閉的流體力學(xué)系統(tǒng)，且斜板底部支撐安全可靠，不會脫落；斜板組下部兩側(cè)的給料孔群是相互對稱的，可使各斜板間獲得均勻的給料，充分利用斜板的效能；斜板組合裝置上部安裝有特定的溢流槽，可使各個斜板單元出水量一致，帶有節(jié)流孔的溢流槽保證礦漿沿整個板面均勻布料。溢流中含有的木屑、草渣、油類等雜物將在斜板組液面上漂浮且便于清除，不會因溢流槽不水平而造成局部排水的抽吸現(xiàn)象；澄清面積的增加，提高了設(shè)備處理量及單位占地面積的產(chǎn)能。

給礦套筒增加了脫氣槽，可避免固體顆粒附著在氣泡上，形成似“降落傘”沉降的現(xiàn)象；其整體高度的4/5 位于液面以下，以防止給礦時帶入氣體，并設(shè)有受料盤，使給入的礦漿均勻、平穩(wěn)地下落，有效地防止了給礦余壓造成的翻花現(xiàn)象；其結(jié)構(gòu)簡單，給料裝置能將礦漿均勻、平穩(wěn)地給入多個給料區(qū)，有利于礦漿均勻給入斜板沉降，并防止礦漿中產(chǎn)生泡沫，有利于泡沫的集中、消除。

（2）設(shè)備下部殼體設(shè)計成了具有一定高度的縮小的圓柱狀，是為了保持壓縮區(qū)內(nèi)的濃泥漿有充足的固通量，這是形成和連續(xù)排放膏體的關(guān)鍵。儲存礦漿的容積量大，礦漿壓縮時間長，易產(chǎn)生膏體，帶有攪拌桿在壓縮區(qū)內(nèi)形成一低壓區(qū)，顆粒或絮團之間能形成充分的水通道，且具有較高的壓縮性；由于其上部液柱的壓力作用，沉降過程進入壓縮脫水階段，壓縮區(qū)越高，壓縮時間越長，則壓縮率和固通量越大，膏體斜板濃密機就更容易獲得膏體。

膏體斜板濃密機的底流排放系統(tǒng)主要由截止閥和調(diào)解閥組成。截止閥選用普通的平板閘閥，生產(chǎn)時全開，停機時全關(guān)，基本不磨損。底流調(diào)節(jié)完全通過調(diào)解閥進行，常規(guī)的耐磨閘閥不僅價格貴，不耐磨，調(diào)節(jié)量小且容易堵塞，通過自主設(shè)計調(diào)解閥，解決了上述問題。

自主設(shè)計的調(diào)解閥主要由聚氨酯制作而成（圖2），由上錐、下錐、滾珠、套管等組成。在調(diào)解閥的上錐、下錐凹槽處涂潤滑油脂，即能保證上下錐相對轉(zhuǎn)動的靈活性，又能防止料漿從上下錐的縫隙滲漏；限制鋼管可保證螺栓、螺母連接上下錐時不過分壓緊，而失去相對轉(zhuǎn)動的靈活性；上下錐的凹槽、凸起可保證其運動按一定軌跡進行。上錐下部法蘭的月牙孔與下錐上部法蘭的螺栓孔相通，并用螺栓、螺母連接，進一步保證上下錐緊密連接按一定軌跡運行，并防止料漿從上下錐的縫隙滲漏。料漿通過上錐的腰子孔進入下錐的腰子孔排出。腰子孔平行重疊時的通徑最大，為整個腰子孔的面積，調(diào)節(jié)流量時可用扳手固定下錐旋轉(zhuǎn)，使下錐腰子孔相對于上錐的腰子孔以上下錐中心為圓心轉(zhuǎn)動；使腰子孔通道斷面積減小，垂直重疊時的通徑最小，最小斷面積為平行四邊形，便于高濃度礦漿排出；帶有反沖洗水的錐斗使底流管堵塞更容易處理，即能節(jié)流、保證不斷流，又保持較方的形狀有助于進一步提高料漿的濃度和高濃度底流的通暢排出，具有不易堵塞的同時，又增強了其耐磨性能，其耐磨性是耐磨閘閥的2.6 倍，且易于更換。

（3）為了穩(wěn)定膏體斜板濃密機的生產(chǎn)能力和降低溢流水中的固體含量設(shè)計了可調(diào)節(jié)膏體底流的自動排放系統(tǒng)，可使膏體斜板濃密機及時排放濃度較高的膏體。在底流管路上設(shè)置了密度計，用數(shù)字信號-濃度的改變作為負反饋的控制變量，實現(xiàn)膏體斜板濃密機工況過程的自動調(diào)節(jié)。膏體斜板濃密機自動排放系統(tǒng)由可編程控制器、時間繼電器、氣動裝置、信號裝置及電控氣動閥等元件組成。根據(jù)生產(chǎn)工藝要求和礦漿濃縮情況，將沉降時間T1 和排放時間T2 設(shè)定好，T1 和T2 2 個參數(shù)用外部時間繼電器控制，將轉(zhuǎn)換開關(guān)置于自動位置T1開始計時，當(dāng)計時到達設(shè)定值，發(fā)出信號送PLC，PLC 控制濃縮機底流排放。T2 開始計時，同時PLC 控制間打開1 個，關(guān)閉1個，如此1開1停，排出底流。

為防止壓縮區(qū)形成黏稠的“圈餅”阻礙水分釋出或出現(xiàn)埋耙，通過試驗確定了攪拌、耙動電機的功率和轉(zhuǎn)動速度，并增加了自動控制和報警系統(tǒng)實施在線監(jiān)控。

3 KMLYM-1200 膏體斜板濃密機主要參數(shù)的確定

（1）傳動電機功率的確定。傳動裝置安裝在頂蓋上，并通過中心傳動軸帶動大軸及攪拌、耙子轉(zhuǎn)動，采用3 相、380 V、50 Hz、F 級絕緣防護等級ⅠP65。根據(jù)污泥量及污泥性質(zhì)進行轉(zhuǎn)矩和功率計算。電機額定功率大于計算功率的1.6倍為宜。

KMLYM-1200 膏體斜板濃密機下部壓縮區(qū)直徑6.7 m，耙子直徑6 m，下部筒體高5.2 m，傳動軸總高11.2 m，最大荷載系數(shù)為152 976 N/m（荷載系數(shù)根據(jù)試驗確定），電機效率為0.95，1號減速機效率為0.93，2 號減速機效率為0.94，回轉(zhuǎn)支撐效率為0.9。計算得，刮泥轉(zhuǎn)矩為19 1220 Nm，傳動裝置的最大驅(qū)動力為31 870 N，膏體斜板濃密機的最大轉(zhuǎn)速為0.0 417 m/s，膏體斜板濃密機的有效功率為1.33 kW，機械總效率為75%，總功率為1.77 kW。選取安全系數(shù)k1=2，故選取2臺2 kW電動機。

（2）KMLYM-1200 膏體斜板濃密機頂面長、寬的確定。投影面積選取1 200 m2，通過試驗選擇斜板長2.5 m，斜板寬0.6 m，傾斜板間距50 mm，有效利用系數(shù)90%，傾斜角度50°，每組斜板組架中心間距1 000 mm，斜板組架間隙400 mm，總溢流槽寬450 mm。斜板總數(shù)約為1 383 塊。

由于設(shè)備性能的需要，設(shè)備頂面積和設(shè)備總體高度成正比，為降低設(shè)備高度，充分利用頂面積、空間，通過多方案對比及優(yōu)化設(shè)計，決定采用四周布板，每邊6 組，總共布置斜板組架24 組，每組間距1 m，傾斜50°。每架斜板組架斜板數(shù)約為59 塊，膏體斜板濃密機頂面寬約8 872 mm，頂面長約13 572 mm。

4 工業(yè)應(yīng)用

工業(yè)試驗采用1 臺KMLYM-1200 膏體斜板濃密機在湘西某鉛鋅礦選廠處理尾礦漿，自2021 年初運行至今，整體運行平穩(wěn)，各項指標均滿足生產(chǎn)要求。尾礦化學(xué)成分及粒級分析結(jié)果見表1、表2。

由表1、表2 可知，尾砂中的CaO 及MgO 含量偏高；尾礦漿中的+0.074mm 粒級占11.45%，大于試驗條件的最小值7.2%，-0.01 mm 粒級僅占30.21%，小于試驗條件的最大值45.00%，粒級級配較合理，可使膏體達到較好的密實程度，試驗測得密度為2.7 t/m3。

由于該尾礦本身具有一定的凝聚性，能形成微小的絮團。通過試驗證明，該尾礦在不添加藥劑的情況下，通過自然沉降、高效攪拌、耙動能夠形成高濃度膏體。設(shè)備投入運轉(zhuǎn)正常后，實行全天24 h 在線監(jiān)測，2021年現(xiàn)場生產(chǎn)指標見表3。

由表3 可知，當(dāng)處理量超出設(shè)計水量的20%時，溢流濁度沒有明顯上升，底流能夠持續(xù)、順暢外排，底流濃度始終保持在76%～70%，基本在理論預(yù)測范圍內(nèi)，設(shè)備穩(wěn)定運行且指標滿足生產(chǎn)要求。

5 結(jié) 論

（1）膏體斜板濃密機的設(shè)計結(jié)合了斜板濃密機和深錐濃密機的優(yōu)點，該設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便、自動化程度高，能夠有效降低溢流水中的固體含量，實現(xiàn)穩(wěn)定的出水濁度。

（2）工業(yè)應(yīng)用實例表明，該設(shè)備具有較好的抗沖擊負荷能力，當(dāng)處理量超出設(shè)計水量的20%時，溢流濁度未明顯上升，仍可穩(wěn)定運行，經(jīng)濟、社會效益顯著。