水厂铁矿尾矿高效浓缩输送系统技术改造

刘志刚

(北京首钢矿山建设工程有限责任公司)

水厂铁矿是首钢主要的原料生产基地，年精矿粉产量为350万t，占矿业公司精矿粉产量的80%左右，水厂铁矿生产的稳定和质量的达标，是保证股份公司炉料供应的关键，也直接影响着矿业公司的整体经济效益。水厂铁矿现运行新选厂和老选厂两个系统，新选厂运行7个系列，尾矿干量886 t/h，浓度11.9%，采用直径53 m浓密机4台，分为2组，每组2台浓密机串联浓缩(2段浓缩)至25%；老选厂运行10个系列，尾矿干量559 t/h，浓度10.6%，采用直径50 m浓密机4台，分为2组，每组2台浓密机串联浓缩(2段浓缩)至25%；新老系统尾矿合并后通过四级泵站加压，采用D720×25的普通焊管(单管运行)输送至尾矿库。为提高经济效益，水厂铁矿针对尾矿浓缩输送系统存在的一系列问题进行了技术改造，改造后解决了现有问题，经济效益显著。

1 改造前尾矿浓缩输送系统存在的问题

(1)溢流水水质差，平均悬浮物浓度为2%，超出尾矿设计规定中悬浮物小于0.03%的规定，循环使用影响选厂精矿产品质量[1-2]。通过采用高效浓密机，改善溢流水水质，以满足选厂用水生产要求。

(2)底流浓度较低，2段浓缩平均浓度仅为25%，尾矿输送成本较高。改造后尾矿浓度可达45%以上，降低了尾矿输送成本，经济效益增加[3]。

(3)尾矿输送采用四级加压泵站输送，生产组织管理复杂，能耗、备品备件费和运行成本均较高。改造后采用一级泵站输送，维护管理简单，减少了运行成本。

(4)尾矿管道老化严重，跑冒滴漏、爆管现象时有发生，由于地方关系影响，尾矿管道经常带病作业，直接阻碍生产组织工作正常进行。通过更换尾矿管道，可提高尾矿运行的安全性和可靠性，同时可净化企业生产运营环境[4]。

(5)为了延长尾矿库服务年限、减少尾矿输送量、提高尾矿资源综合利用率,矿山将陆续开展尾矿选建筑砂、尾矿选填海砂，最终实现尾矿干排以解决尾矿库这一瓶颈问题，但尾矿浓度低将不能适应以上改造要求。

2 改造内容及效果

针对上述问题,北京首钢矿山建设工程有限责任公司分别对尾矿进行了浓缩试验和高浓度输送运行参数测定。在此基础上，对尾矿浓缩系统、高浓度输送系统和三水系统进行了改造。

2.1 尾矿浓缩系统改造

2.1.1 浓密机改造

将新选厂两台直径53 m普通周边传动浓密机、老选厂两台直径50 m普通周边传动浓密机改造为液压自动提耙中心传动高效浓密机，与普通浓密机相比，高效浓密机特点突出，主要表现在：

(1)设置大直径稳流筒，集加药、完全混合及均匀布矿为一体，螺旋切线给料使尾矿与絮凝剂快速充分的混合，均匀布矿避免了普通浓密机大颗粒径直沉淀在中心部分，小颗粒被抛射到周边难于沉降的缺点。

(2)在给料端设有消气装置，可避免絮凝颗粒的浮选效应，防止浓密机表面形成密集泡沫层，稳定浓缩层，提高溢流水水质。

(3)泥耙整体自动液压提升装置使高效浓密机在超负荷时仍能保证设备的正常运转和传动机构的安全，提高了浓密机的抗冲击负荷能力。

具体改造内容如下：

(1)混凝土池体利旧使用，对池壁进行加高处理，新选厂加高1.9 m，老选厂加高1.7 m，即提高了溢流口高度，增加了浓相区高度，又有利于底流浓度的提高。

(2)将中心柱凿除至排矿位置，露钢筋后重新浇筑钢筋混凝土基础和做钢中心柱，在中心柱顶端设置直径7 m圆柱型切线给料筒，筒下1.5～3.0 m处设置稳流板将尾矿均匀给入浓密机内，采用平流沉降技术，提高了沉淀效果和溢流水水质。

(3)增设絮凝剂制备及投加装置，根据试验数据，投加浓度为0.03%的阴离子聚丙烯酰胺，给矿浓度为11%的情况下，浓密机底流浓度可浓缩至45%以上，絮凝剂投加量为25 g/t。

2.1.2 底流泵站改造

新选厂尾矿浓缩至45%浓度时，尾矿量为1 411.39 m3/h，可利旧使用选厂150ZJ-65型渣浆泵(性能参数：Q=150～720 m3/h，H=17.4～65 m，P=155 kW，U=380 V)，2用2备，增设变频器对水泵进行调速，以适应尾矿量变化。

老选厂尾矿浓缩至45%浓度时，尾矿量890.45 m3/h。需将原有115 kW的PNJ泵改为150ZJ-58A型渣浆泵(性能参数：Q=450～550 m3/h，H=49.3～44.9 m，P=132 kW，U=380 V)，2用2备，变频调速运行，以适应尾矿量变化。

2.2 高浓度输送系统改造

2.2.1 尾矿外线路由及管材确定

根据总尾矿量2 301 m3/h，考虑管材的耐磨性及水厂铁矿现有管材使用情况，尾矿输送管道采用衬胶钢管，依据试验数据选用D559×10+11衬胶钢管，钢管采用X60管线钢，流速2.56 m/s，大于临界流速2.28 m/s，满足设计要求。重新确定管道路由，沿采区道路敷设至尾矿库，不与地方发生关系，彻底解决了由于地方阻扰而无法开展检修维护工作的难题。

2.2.2 隔膜泵站改造

总尾矿量2 301 m3/h，输送高差146 m，输送距离9 km，采用隔膜泵一级泵站输送至尾矿库。新设隔膜泵4台，同时使用，隔膜泵性能参数：Q=630 m3/h，H=5.50 MPa，P=1 120 kW，10 kV。隔膜泵站利旧现有厂房，考虑1台备用泵位置。

2.2.3 喂料泵站改造

利旧1#泵站作为喂料泵站，对现有4台710 kW渣浆泵的叶轮和电机进行改造，改造后泵的性能参数为：Q=1 300～1 500 m3/h，H=48～46 m，P=315 kW，U=6 kV。

2.3 三水系统改造

新、老选厂改造后增加环水总流量2 568.89 m3/h,其中老选厂增加 993.78 m3/h，老选厂环水泵站现有9台350S-44型环水泵(性能参数：Q=1 260 m3/h，H=44 m，P=220 kW，6 kV)。现运行4台，改造后加开1台环水泵即可，无需改造。新选厂增加环水1 575.11 m3/h，新选厂环水泵站现有11台环水泵，其中350S-44型8台(性能参数：Q=1 260 m3/h，H=44 m，P=220 kW，6 kV)、350S-44A型3台(性能参数：Q=1 116 m3/h，H=37 m，P=180 kW，380 V)。现运行7台(其中350S-44型6台、350S-44A型1台)，改造后加开现有1～2台环水泵即可，无需改造。

由于尾矿输送浓度提高，改造前回水量3 901.5 m3/h，改造后回水量1 589.5 m3/h，回水量减少2 312.0 m3/h。目前现有浮船回水泵3台，型号350TSS-75T，流量1 260 m3/h ，扬程80 m，可根据实际情况调整回水泵的运行台数，无需改造。

由于入尾矿库水量减少，降低了尾矿库水分蒸发和渗漏量，整个选厂清水补充量相应减少，通过调节清水泵的运行参数满足生产需要。

尾矿浓缩至45%后，环水量增加、回水量减少，为了保证水量平衡，在生产使用时，需将主厂房内的环水、回水管道进行调配，通过阀门切换，在设备用水水质符合要求的情况下，用环水代替回水满足选厂水量要求。

3 节能效益分析

水厂铁矿尾矿高效浓缩输送系统技术改造简化了工艺流程，实现了尾矿高浓度输送，确保了溢流水水质，改造完成后将取得显著的经济效益。

(1)降低了尾矿输送电费。尾矿输送浓度由25%提高至45%后，尾矿输送量减少了2 567.55 m3/h，按0.52元/度计算，年节省电费1817万元。

(2)减少了环水—回水系统输送费用。改造后环水量增加2 568.89 m3/h，输送扬程44 m，按0.52元/度计算，年增加电费168.82万元。改造后回水量减少2 312 m3/h，输送扬程80 m，按0.52元/度计算，年节省电费276.26万元。环水—回水系统年节省输送费用107.44万元。

(3)减少了清水系统费用。改造后将减少尾矿库水分的蒸发和渗漏量256.89 m3/h，该部分水量由清水系统补充，按水厂铁矿清水单价2.7元/m3计算，年节省清水系统费用549.33万元。

(4)增加了絮凝剂加药费用。依据试验加药量为25 g/t，尾矿干量1 445 t/h，每年运行330 d，药剂费按1.6万元/t，每年增加药剂费为286.11万元。

因此，改造后水厂铁矿每年产生的直接经济效益为2 187.66万元。

4 结 论

水厂铁矿尾矿高效浓缩输送系统技术改造完成后，年运行成本将大幅度降低，新老选厂浓密机运行台数均由4台减少为2台，尾矿四级输送泵站缩减为一级泵站输送，普通输送钢管更换为耐磨衬胶钢管，简化了生产组织管理，提高了系统运行的安全性和稳定性。同时，尾矿输送浓度的提高对以后的尾矿资源综合利用，如：尾矿选建筑砂、填海砂创造了有利条件，为首钢矿业公司创建高效、节能、环保的矿区生态环境做出了贡献。