新型斜板浓密机在浓缩高温强酸电解二氧化锰浸出矿浆中的应用

敖 江，周 亮，洪 霞，李云鹏

（云南科力环保股份公司，云南 昆明 650031）

广西某外资公司，位于崇左市工业区，主要生产电解二氧化锰和其他锰化工产品。该公司电解二氧化锰浸出矿浆需浓缩脱水，矿浆给料流量200m3/h，给料浓度5% ～6%，pH值3.5～5，温度90～92℃。底流浓度15%～20%，溢流固含量＜0.1%，该物料属于高温强酸，对设备使用条件较为苛刻。公司经多方考察调研后，与云南科力环保股份公司签订了斜板浓密设备采购合同。我公司综合现场空间布局及资金投入等各种因素，提出了一种新型结构斜板浓密机设计方案，在满足该物料使用条件下，采用新的集成单元模块化设计，便于运输及现场安装，得到了客户高度的认可。

1 斜板浓密机的设计理念及材料选择

1.1 设计理念

通过实地考察设备安装现场的地形及安装条件结合实际工作情况，针对高温强酸的电解二氧化锰浸出矿浆浓缩要求，现场的设备安装位置限制，安装条件受限以及设备的用途要求较高，提出一种新型结构斜板浓密机。设备以混凝土壳体、耙架助排装置、伞型布矿装置、斜板浓密盒集成装置为主要设计部件作为设计重点。

1.2 材料选择

因考虑物料矿浆属于高温强酸，具有较强腐蚀性的特殊性和投资价格。该斜板浓密机设备壳体决定采用混凝土结构，壳体内壁贴厚度不小于85mm的防腐砖，和物料矿浆接触的其它部分零部件全部采用316L不锈钢。另外，斜板浓密盒集成装置作为整个设备的核心部件，与以往所设计使用的工程塑料斜板组架有所不同，以往常规斜板浓密机所使用的工程塑料同样具有很好的机械性能、耐久性、柔软性、并且能在一定程度上抗腐蚀、性价比高，但该设备用于高温强酸电解二氧化锰浸出矿浆浓缩，常规所使用的塑料斜板在耐高温抗腐蚀条件下达不到要求，而不锈钢材料耐腐蚀耐高温，加工性能好，只是在价格方面比工程塑料昂贵。综合以上设备用途要求选择不锈钢材料作为斜板浓密盒的制作材料。

2 新型斜板浓密机的结构特点和工作原理

2.1 结构特点

斜板浓密机采用了混泥土结构，壳体内壁贴防腐砖，以抵抗物料矿浆的腐蚀。为了让底流排放具有较高的稳定可靠性，增加耙架助排搅拌装置。物流矿浆从设备底部侧面进入，减少矿浆进入时对设备内上部澄清区的扰动。矿浆物料浓缩区为斜板浓密盒集成装置，为使进入物料分布均匀，新设计一种伞型矿浆布料装置。该浓密机设备结构如图1所示。

图1 新型斜板浓密机示意图

混凝土结构壳体分为底部圆锥形、上部正方形、密封顶部三个部分。底部为圆底锥形，耙架叶片可以最大化对底部沉降矿浆物料进行刮扫，减少底部聚矿死区。底流排放出口设置2个，1用1备，备用出口用法兰盲板封住。壳体上部分为正方形，便于不锈钢斜板浓密盒安装及空间最大化的利用。壳体侧壁留有检修观察孔。出于对矿浆溶液保温的要求，壳体顶部为密封结构，预留1200mm的方孔用于斜板浓密盒的吊装。耙架轴安装中心位置预留安装孔。溢流槽正上方水泥壳体预留一定数量的冲洗孔，当水槽内堆积矿浆物料时便于用水冲洗。所有零部件安装完毕后对预留孔进行可拆卸式密封。壳体顶部和溢流槽装置顶部预留1m左右的操作空间。

耙架助排装置采用分段式结构，耙架传动轴采用三段利用螺栓连接，耙架轴底部和耙架叶片采用腰孔可调节，在耙架轴安装有误差时，耙架叶片可上下调节以抵消之前的安装误差。耙架提升装置控制耙架提升高度约为200mm，通过安装高低位置的限位器对耙架的升降位置进行定位。设备运行时，当设备总溢流出口有溶液流出时可启动耙架，先提起耙架，以防止耙架叶片被沉降的物料埋积，耙架提升的过程中耙架不转动，耙架下降时耙架低速转动，防止沉降后的矿浆物料在底部凝结，叶片把沉降后的物料刮向底流圆锥口，同时被助排装置下部的锥形耙架强行排除，使底流出口的矿浆能够得到较大的浓度，为后段工序创造更好的工作条件。

伞型布矿装置中，物料矿浆沿着给矿中心筒切线给入，设备外矿浆给矿位置和给矿中心筒之间有一定的高差，在高差形成的压力下，矿浆在中心筒内螺旋式旋转，矿浆沿着伞型面下落，能够较好的达到矿浆均匀分布给入设备内部。中心筒和伞型板采用双层设计，在给矿的压力下能尽量减小矿浆进入时对设备内沉降矿浆的扰动影响，有压力的矿浆对中心筒和伞面有冲刷作用，减少矿浆沉降堆积在其内壁的几率。伞型面采用分体式螺栓连接，便于运输，现场安装时螺栓连接。

支架梁装置采用网状结构，主梁两端和混凝土壳体预埋件采用螺栓连接，在主梁上面垂直相交焊接不锈钢斜板盒子定位梁，定位梁中心距和不锈钢斜板浓密盒外宽一致，定位梁中心表面焊有扁铁，对浓密盒左右位置进行定位。主梁和定位梁分做两部分预制为部件，现场安装完主梁后焊接定位梁。

不锈钢斜板浓密盒集成装置采用模块化集成单元设计，每个斜板浓密盒由6片不锈钢斜板焊接组成，不锈钢斜板长度1200mm，宽度1000mm，倾斜角60°。若干件斜板浓密盒现场安装时模块化组装成列，每件之间用螺栓固定连接。若干列浓密盒组成斜板浓密盒集成装置，顶部加焊角钢，成为一个整体。有效沉降面积约为425m2。斜板浓密盒集成装置的中心位置预留出方形空间，用于安装耙架助排装置传动轴。

溢流槽装置采用井字型多通道设计，能有效及时把不锈钢斜板浓密盒集成装置顶部澄清的溶液排走，同时防止未经过斜板浓密盒处理过的的矿浆进入溢流槽。溢流槽通道设计有一定的坡度，便于澄清溶液的顺利排走。四周的主溢流槽通道挡板采用不等高设计，挡板低的一侧安装于澄清溶液区，澄清溶液从低挡板上沿进入溢流槽通道，挡板高的一侧挡住未经斜板浓密盒处理的矿浆物料进入溢流槽通道。

耙架动力装置安装于钢结构桁架上，桁架两端利用混凝土壳体作为基础受力点，改变传统桁架基础在水平地面深挖基坑的办法，在节约占地面积的同时，也节约成本投资。耙架采用双电机传动模式，两台减速机一正一反通过齿轮传递在同一个主齿轮上，主齿轮和耙架轴连接，单电机运转时也能保证耙架轴的正常工作，使设备耙架的稳定运行得到最大的保障。通过可视化屏幕PLC编程控制模式，可以实现耙架正反转，开关急停，升降位置的灵活控制。电机和减速机之间装有扭矩传递装置，对耙架的扭矩进行精准监测，超过设定最大扭矩时，发出报警信号，对电机安全运行作出最大保障。

2.2 工作原理

物料矿浆从设备给矿入口进入，在高差形成的压力下，矿浆以一定的动能冲入伞形布矿装置中心筒中，沿着筒切线逆时针向下旋转分布矿浆，使矿浆在较大的范围内分布比较均匀。在重力的作用下，矿浆中的粗颗粒及比重大的物料沉降于设备底部，较细的颗粒上升到不锈钢斜板浓密盒里，在浅层沉降的原理下，颗粒在两片不锈钢斜板之间快速沉降，并沿着斜板面向下滑落，最终沉降于设备底部。澄清后的溶液从斜板之间上升到斜板浓密盒顶部，澄清的溶液区和未经斜板浓密盒澄清的矿浆溶液之间是密闭隔断的，在设备持续的工作中，澄清的矿浆溶液水平面不断升高，最终流入溢流槽装置，汇集到设备溢流口流走。

耙架助排装置正常工作时顺时针转动，把沉降于设备底部的物料不停地刮向设备底流圆锥口，在耙架下部锥形耙架的强排下，物料实现高浓度不间断的排放。

3 结语

该新型结构斜板浓密机基于运用倾斜板沉降技术，在设备壳体内加入斜板，缩短矿浆沉降距离，大大缩短沉降时间。充分考虑了矿浆物料的特性，根据需要对设备的壳体和主要零部件采用了不同的材料，在达到设备使用性能的条件下，大大降低设备固定资金投入。

在同等有效沉降面积下，该结构占地面积更小，处理量更大。

不锈钢斜板浓密盒具有安装方便，使用寿命长，减少企业维护成本。斜板浓密盒的集成设计突破以往斜板浓密机用组架固定斜板的模式，为在有限的空间内布置更多的斜板沉降面积创造良好条件。

设计为独立系统的耙架助排装置，可根据不同的矿浆物料性质及技术参数要求选择是否配置，助排装置的配置以否不影响斜板浓密机对矿浆物料浓缩的独立运行。

伞型布矿装置在布矿均匀的同时还具有自冲洗清堆积功能，对矿浆的均匀布矿研究有很大的指导探索意义。

总之，该设备整体设计结构新颖，性能先进，在有限的设备占地空间条件和在高温强酸等恶劣使用条件下，能达到较高的技术参数。运行稳定可靠，维护操作方便。具有较强的推广性。