牛桂強(qiáng)

（昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650093）

1 引言

在選礦過程中，除精礦、尾礦需脫水濃縮外，有時(shí)因工藝過程的需要，中間產(chǎn)品也要脫水濃縮，如氰化礦漿的洗滌和浮選中礦的脫水濃縮。絮凝劑的添加對(duì)礦漿濃縮效果至關(guān)重要，直接影響濃密機(jī)內(nèi)礦物的沉降效果和濃度，制約后續(xù)作業(yè)成本和效率。傳統(tǒng)的人工制藥與添加方式無法保證絮凝劑干粉充分溶解，導(dǎo)致絮凝效果大打折扣?？梢?，采用絮凝劑自動(dòng)制備與添加系統(tǒng)取代人工加藥迫在眉睫［1-2］。

2 生產(chǎn)工藝簡介

山東某金礦選礦廠始建于1975年，經(jīng)過多次擴(kuò)產(chǎn)改造，選礦廠礦石處理量由500t/d逐步增長至6000t/d。尾礦處理工藝為選礦廠浮選尾礦，通過尾礦泵分別輸送至采礦區(qū)的充填站，在充填站經(jīng)旋流分級(jí)后，粗顆粒尾砂用于充填，細(xì)顆粒尾砂返回選礦廠；回流尾砂送入尾礦濃密機(jī)，溢流水返回循環(huán)利用，尾礦底流經(jīng)泵站加壓輸送至尾礦庫。尾礦庫離選礦廠直線距離10km，高差-50m。近幾年，隨著資源的不斷增加和黃金市場(chǎng)的持續(xù)向好，該礦對(duì)采選系統(tǒng)進(jìn)行6000t/d到9000t/d技術(shù)改造。處理能力增加后，尾礦濃密機(jī)由于場(chǎng)地、投資等因素的限制沒有增加，不能滿足擴(kuò)產(chǎn)需要，出現(xiàn)了跑混、水質(zhì)不達(dá)標(biāo)、底流濃度低、生產(chǎn)成本高等問題［3-8］。

3 濃密機(jī)高效化改造

該礦針對(duì)尾礦濃密機(jī)不能滿足擴(kuò)產(chǎn)需要的現(xiàn)狀，進(jìn)行了實(shí)地考察及論證，并結(jié)合國內(nèi)部分礦山的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)尾礦濃密機(jī)實(shí)施了高效化改造。

3.1 增加普羅名特絮凝劑制備系統(tǒng)

現(xiàn)場(chǎng)添加的是陽離子聚丙烯酰胺型高分子絮凝劑。高分子絮凝劑能將懸濁液中的微粒相互粘結(jié)聚集，加速顆粒沉降。因此，絮凝劑溶液制備的好壞對(duì)絮凝沉降效果將產(chǎn)生直接影響。其中，影響絮凝劑溶液效能的主要因素是干粉絮凝劑顆粒的分散性和攪拌速度。高分子絮凝劑干粉顆粒遇水立即溶脹，幾個(gè)顆粒粘結(jié)在一起落入水中表層迅速膨脹后，顆粒間將粘連成塊狀，降低其絮凝效果，這將造成藥劑的浪費(fèi)。攪拌可以加快絮凝劑粉料的溶解，但絮凝劑屬于高分子化合物，分子鏈較長，強(qiáng)烈攪拌易造成分子鏈斷裂，進(jìn)而被降解，同樣降低絮凝劑絮凝性能；攪拌速度過慢，則不能使粉料充分溶解。

新增的普羅名特絮凝劑制備系統(tǒng)與原制備系統(tǒng)相比，主要在以下兩個(gè)方面有明顯的提升：一是有更加平穩(wěn)精確的干粉給料器，結(jié)合干粉預(yù)溶裝置，使得絮凝劑干粉在溶解時(shí)，增加了顆粒進(jìn)入水中立即被水包圍的概率，可以有效防止塊狀物的形成，顆粒分散效果好，溶解完全。二是循環(huán)攪拌代替了傳統(tǒng)的機(jī)械攪拌，避免了旋轉(zhuǎn)葉片造成聚合物的剪切降解。原因是利用循環(huán)輸送制備槽內(nèi)的液體溶解絮凝劑顆粒，避免了因剪切和強(qiáng)烈攪拌造成的絮凝劑高分子降解，保證了絮凝劑溶液的絮凝效果。

普羅名特絮凝劑制備與投加系統(tǒng)可自動(dòng)供給絮凝劑干粉120kg/h，并按照工藝制備濃度要求自動(dòng)控制補(bǔ)加水量與藥劑循環(huán)量，以達(dá)到最優(yōu)的絮凝制備效果。該套絮凝劑制備與投加系統(tǒng)主要由干粉存儲(chǔ)、干粉螺旋給料機(jī)、干粉輸送風(fēng)機(jī)、藥劑制備槽、補(bǔ)加水量控制、制備藥劑循環(huán)系統(tǒng)、存儲(chǔ)系統(tǒng)及投加泵組成（如圖1所示）。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到藥劑制備槽液位低于存儲(chǔ)下限時(shí)，會(huì)自動(dòng)觸發(fā)干粉給料器進(jìn)行絮凝劑干粉輸送，并伴隨著補(bǔ)加水定量控制，實(shí)現(xiàn)藥劑的自動(dòng)制備。在預(yù)設(shè)的制備時(shí)間內(nèi)，循環(huán)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行藥劑循環(huán)，以保證充分混合溶解。最后，配置好的藥劑通過投加泵流入到濃密機(jī)進(jìn)料箱中。

圖1 絮凝劑制備與投加系統(tǒng)配置平面示意圖

該絮凝劑制備系統(tǒng)特點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：

（1）可使用聚合物粉料為原料，制備濃度范圍0.05%～0.5%的溶液；

（2）操作性好、調(diào)試簡單、空間要求小，通過比例控制就能保證溶液濃度的精確性；

以上是筆者2014年對(duì)此問題的想法，后來的一些想法寫進(jìn)了《木石對(duì)話》。據(jù)最近的信息，即使是DNA的研究也可能出錯(cuò)——是“污染”的結(jié)果。

（3）可最大限度防止新制備溶液與熟化好的溶液混合，絮凝劑溶液的品質(zhì)得到保證；

（4）可通過存儲(chǔ)箱正面底部接口進(jìn)行聚合物溶液提取和箱體排污；

（5）操作者可在控制柜輸入溶劑濃度并對(duì)粉料計(jì)量單元和濃縮液計(jì)量泵做校正；

（6）可選控制接線端子盒替代電控柜；

（7） 聚合物溶液通過電動(dòng)攪拌器均勻混合。

3.2 增加自動(dòng)化檢測(cè)及控制裝置

在生產(chǎn)過程中，濃密機(jī)的進(jìn)料濃度和流量由前序作業(yè)操作決定，底流濃度主要通過調(diào)整絮凝劑的添加量和濃密機(jī)的底流流量來實(shí)現(xiàn)。然而，濃密機(jī)的控制仍存在以下問題：

（1）濃密機(jī)內(nèi)的泥層高度難以檢測(cè)，直接影響運(yùn)行效率；

（2）溢流水質(zhì)需要定期手動(dòng)取樣進(jìn)行監(jiān)測(cè)，沒有配置在線監(jiān)測(cè)儀器，容易發(fā)生跑混；

（4）濃密機(jī)耙架無壓力檢測(cè)傳感器，經(jīng)常因泥層較厚而導(dǎo)致濃密機(jī)被迫停運(yùn)。

以上問題均嚴(yán)重影響了濃密機(jī)的工作效率。為了提高濃密機(jī)的濃縮效率，確保獲得較高的底流及合格的溢流，并保持底流均勻排出。該礦通過增加自動(dòng)化檢測(cè)及控制裝置，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的在線檢測(cè)及操作過程的自動(dòng)控制。

3.2.1 在線檢測(cè)方案

該套自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)濃密機(jī)生產(chǎn)過程信息和生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行了全面的檢測(cè)，主要包括給料流量、給料濃度、絮凝劑添加流量、濃密機(jī)耙架扭矩、濃密機(jī)內(nèi)部分層狀態(tài)、溢流水濁度、濃密機(jī)底流濃度和流量。主要的檢測(cè)點(diǎn)、檢測(cè)設(shè)備和安裝布局如圖2所示。

圖2 濃密機(jī)生產(chǎn)過程檢測(cè)儀表配置圖

濃密機(jī)內(nèi)部礦漿顆粒沉降分層情況可以有效表征濃密過程生產(chǎn)的狀態(tài)。根據(jù)濃密沉降原理，一般把濃密機(jī)內(nèi)部分成四個(gè)區(qū)域：澄清層、自由沉降層、干涉沉降層及壓縮層（或稱泥層、渣層）。利用該套自動(dòng)化系統(tǒng)中的在線界面分析儀可以實(shí)現(xiàn)壓縮層及澄清層的檢測(cè)，測(cè)量原理如圖3所示。獲得壓縮層及澄清層的檢測(cè)信息后，就可以制定相應(yīng)的控制策略來穩(wěn)定濃密生產(chǎn)狀態(tài)。如此，一方面可防止澄清層過薄，有效避免懸浮顆粒隨溢流水從濃密機(jī)表面流出；另一方面，保證了一定的壓縮層厚度，穩(wěn)定底流濃度。

圖3 壓縮層及澄清層高度檢測(cè)

3.2.2 過程自動(dòng)控制策略

（1）絮凝劑添加量自動(dòng)控制。為了避免跑混等異常生產(chǎn)工況的發(fā)生，需要根據(jù)澄清層厚度來控制絮凝劑添加量，濃密機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)界面如圖4所示。首先，根據(jù)在線計(jì)算的濃密機(jī)入料干礦量及試驗(yàn)確定的最佳絮凝劑添加單耗來計(jì)算絮凝劑添加量的理論設(shè)定值，并通過PID調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)實(shí)際添加量對(duì)設(shè)定值的跟蹤控制。然后，當(dāng)澄清層厚度小于低限時(shí)，開始小幅增加絮凝劑添加單耗；當(dāng)澄清層厚度小于低限時(shí)，在小幅增加絮凝劑添加單耗的基礎(chǔ)上，減少固體存量，階段性加大底流外排，并根據(jù)溢流濁度檢測(cè)值變化趨勢(shì)做出跑混預(yù)警。當(dāng)澄清層厚度大于高限時(shí)，開始小幅降低絮凝劑添加單耗，避免藥劑浪費(fèi)；當(dāng)澄清層厚度大于高限時(shí)，在小幅降低絮凝劑添加單耗的基礎(chǔ)上，增加固體存量，階段性減小底流外排，防止底流濃度大幅降低。

圖4 濃密機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)界面

（2）濃密機(jī)底流濃度自動(dòng)控制。濃密機(jī)底流濃度與固體沉降能力和固體停留時(shí)間相關(guān)。通過控制底流泵速以保持恒定的濃密機(jī)內(nèi)部壓縮層高度，然后將底流濃度作為反饋值來修正壓縮層高度設(shè)定值，進(jìn)而控制底流濃度的穩(wěn)定。即當(dāng)?shù)琢鳚舛仍诠に囈蠓秶鷥?nèi)時(shí)，濃密機(jī)內(nèi)部壓縮層高度通過串級(jí)控制自動(dòng)調(diào)節(jié)底流流量設(shè)定值及底流泵速。當(dāng)?shù)琢鳚舛鹊陀诠に囅孪迺r(shí)，適當(dāng)增加壓縮層高度設(shè)定；當(dāng)?shù)琢鳚舛雀哂诠に嚿舷迺r(shí)，適當(dāng)減少壓縮層高度設(shè)定。需要特別注意的是，當(dāng)濃密機(jī)耙架扭矩偏大異常時(shí)，首先需要大幅降低泥層厚度，以防止壓耙造成設(shè)備損傷。

4 結(jié)論

尾礦濃密機(jī)進(jìn)行高效化改造后投入了工業(yè)應(yīng)用，生產(chǎn)實(shí)踐表明，高效濃密機(jī)在生產(chǎn)中便于控制，生產(chǎn)能力滿足了生產(chǎn)需要。具體包括以下三點(diǎn)：

（1）溢流水中懸浮物的質(zhì)量百分比控制在0.03%以下；

（2）濃密機(jī)底流輸送濃度由30%提高到40%，可節(jié)約相關(guān)費(fèi)用約150.72萬元/a；

（3）由于濃度的提高，減少了進(jìn)入尾礦庫的水量，尾礦經(jīng)過沉淀后，尾礦庫回水量也大大減少，可節(jié)約相關(guān)費(fèi)用約70.60萬元/a。

以上經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，充分驗(yàn)證了本文所設(shè)計(jì)的尾礦濃密機(jī)高效化改造方案的有效性。