隔膜泵在某矿山尾矿输送工程中的应用

张树茂 苏星月 罗立超

摘要：长距离尾矿输送是针对不宜就近建立尾矿库的矿山提出的尾矿输送解决方案。通过对矿山尾矿矿浆流量和输送扬程的计算，对比分析了柱塞泵和隔膜泵2种尾矿输送设备在投资、运行、维修等方面的成本，综合考虑矿山服务年限，隔膜泵总费用优于柱塞泵，因此选用隔膜泵作为尾矿输送设备。实际应用表明：隔膜泵在尾矿输送中具有较好的社会效益和经济效益，节约运行费用约30 %。

关键词：隔膜泵;尾矿输送;容积式泵;矿浆流量;输送扬程

中图分类号：TD926文章编号：1001-1277（2021）11-0057-03

文献标志码：Adoi：10.11792/hj20211111

引言

金属非金属矿山开采出的矿石，经过破碎和选别，将有价值的精矿选出后，剩下的大部分泥浆状的废渣称为尾矿[1]。尾矿一般经浓密机浓缩后，以浆体的形式排出，采用管道输送的方式排放至尾矿库进行堆存。传统的尾矿输送大多采用离心式渣浆泵，但随着尾矿库的选址越来越严格，大多数尾矿库和选矿厂之间的距离越来越远，输送扬程越来越高，而渣浆泵的扬程相对较低，无法满足高扬程输送的要求。目前，国内矿山高扬程尾矿输送大多采用容积式泵，隔膜泵作为容积式泵的一种，主要由单向阀、主轴、隔膜和电动机4部分组成。隔膜装在液力端，隔膜周围紧固，密封性非常好，在液力端的上下两端是单向阀，负责控制液体的流入、流出，中间部位是主轴，主要起到连接和驱动隔膜周期性凹凸变形的作用。隔膜泵具有运动部件与料浆隔开、易损件少、使用寿命长、连续运转率高、检修方便、维修费用低等特点，在一些长距离、高浓度和高扬程的矿浆输送实践中取得了成功[2-4]。

某矿山尾矿输送工程輸送流量大、扬程高、服务年限长，为了提高输送系统的稳定性，并减少运行维护费用，对该矿山尾矿矿浆流量和输送扬程进行计算。根据计算结果和投资、运行、维修等方面的成本对尾矿输送设备进行选型，采用隔膜泵进行尾矿输送，并取得了较好的应用效果，给企业带来了较好的社会效益和经济效益。

1工程概况

某矿山位于中国西南地区，矿区面积22.06 km2，现有3个选矿厂，主要选矿工艺为浮选。该矿山是一个上部为氧化矿，下部为原生矿的低品位大型金矿，同时伴生有铁、银、铜、铅、锌等多种金属，资源储量丰富。经过多年的开采，上部氧化矿资源量逐年减少，氧化矿产量逐年降低，而原生矿产量逐渐增加。选矿厂矿石处理能力6 000 t/d，计划服务年限为13 a，矿石经过破碎、半自磨、球磨后产生的尾矿经浓密机浓缩成浓度40 %的浆体，采用管道输送到尾矿库，输送距离约5 km，尾矿粒度-0.074 mm占82.72 %，具体粒度分布见表1。

2设备选型及配置

2.1尾矿矿浆流量计算

尾矿矿浆流量[5-7]按式（1）进行计算：

Q=w1ρg+mρs186 400（1）

式中：Q为尾矿矿浆流量（m3/s）;w为尾矿固体量（t/d）;ρg为尾矿颗粒密度（t/m3）;m为水固比;ρs为水密度（t/m3）。

选矿厂产生尾矿固体量约4 747 t/d，浓度40 %，经计算，尾矿矿浆流量为357 m3/h，考虑产量10 %的波动，矿浆流量为321～392 m3/h。

2.2输送扬程计算

输送扬程[5]按式（2）计算：

h≥hmρ+lhk+hj+hn+hy（2）

式中：h为输送矿浆所需的总扬程（m）;hm为提升矿浆的几何高度（m）;ρ为矿浆固体密度（t/m3）;l为管道长度（m）;hk为管道沿程摩擦阻力损失（m）;hj为管道局部水头损失（m）;hn为泵站内部水头损失（m）;hy为终端剩余扬程（m）。

经计算，尾矿输送所需扬程为320 m。

2.3设备选型

根据矿山的实际运行情况，考虑到尾矿产量较大，浓度较高，输送距离较远，目前市面上适用的泵型基本是容积式泵，主要有隔膜泵和柱塞泵2种。现对隔膜泵和柱塞泵2种泵型从投资、运行、维修等方面的成本进行对比，2种泵型的主要技术参数见表2，泵型总费用随时间的变化见表3。

通过比选，隔膜泵前期设备投资较柱塞泵高，但后期运行费用较柱塞泵低。综合考虑泵房、设备投资及后期运行维护等因素，经计算，前4年，柱塞泵方案总费用优于隔膜泵方案，第5年开始，隔膜泵方案总费用优于柱塞泵方案，并且运行时间越久，隔膜泵方案的优势就越明显。考虑到该矿山选矿厂的剩余服务年限较长，且隔膜泵日常运行稳定可靠，阀组、隔膜寿命长，维护快捷方便，本次尾矿输送泵型选用隔膜泵。

2.4输送泵房配置

通过对尾矿矿浆流量、输送扬程的计算，并综合考虑输送距离，在该矿山的尾矿输送工程中选用SGMB 400/4型隔膜泵（Q=400 m3/h，喂料压力4 MPa）。由于容积式泵均需要一定的喂料压力才能正常运转，因此在隔膜泵前布置了渣浆泵作为喂料泵来提供喂料压力。输送泵房尺寸为30 m×18 m×15 m，泵房中主要布置2台隔膜泵（1用1备）、2台喂料泵（1用1备）、检修吊车、电气控制区域及检修区域等，输送泵房配置见图1。

2.5输送管线

输送管线采用DN300 mm超高分子量聚乙烯复合管，在管道转弯处，设置镇墩和管箍，前后设置伸缩节。为避免管道尾矿发生沉积堵塞，V字形地段最低点附近设置排空阀、截断阀和事故池，满足事故工况下陡坡段腾空管路的需求，同时泵站附近外部水量应来源充分，以满足事故工况下管路冲洗的需求。

2.6尾矿输送系统安全保障设施

隔膜泵采用变频控制的方式，可根据不同工况进行调整。要求变频逐步启动和关闭隔膜泵，尽量避免启停泵水锤的产生。在隔膜泵出口的输送管道上设置水锤吸纳器，在产生水锤时有效保护设备与管道。在喂料泵前设置搅拌桶，其可在矿浆流量波动时，给隔膜泵提供稳定的喂料压力。输送管道采用DN300 mm超高分子量聚乙烯复合管，承压能力不小于6.4 MPa。在输送管道最低点事故池旁设置泄空阀门，在管道停止运行时，及时放空管道，避免尾矿淤积，同时设置安全泄压阀，在超压时释放管道压力。在输送管道隆起部位设置自动吸、排气阀，避免管道内产生负压。尾矿输送系统示意图见图2。

2.7应用效果

隔膜泵作为一种容积式泵，具有油耗低、寿命长、效率高和产能大等特点，作为管道运输的核心动力装置，在矿山、冶金、电站、石油和化工等行业得到了广泛的应用，起到了不可代替的作用。隔膜泵运行时隔离了输送介质，使输送的物质不会外泄，密封性优良，工作效率85 %～90 %，年输送尾矿量约200万t，节约运行费用约30 %，且工作效率与排出压力无关，节能效果显著。此外，由于驱动介质与输送介质之间设有隔膜，使输送介质无泄漏，更为主要的是该泵输送介质与驱动元件不接触，磨损小;介质在泵腔内流速极低，磨损极小，特别适合输送含固量≥65 %的各类高浓度浆体，且节水效果显著。

3结语

中国金属非金属矿山尾矿输送面临输送距离越来越远、扬程越来越高的现状，高浓度、高扬程输送必然是未来的行业趋势，因此容积式泵将被更加广泛地应用。隔膜泵具有易损件少、使用寿命长、连续运转率高、检修方便、维修费用低等特点，并同时具备高压力和可计量的优势，在实际运行中给矿山企业带来了非常可观的经济效益和社会效益，在今后尾矿输送工程中的应用也会越来越广泛。

[参 考 文 献]

[1]周汉民.模袋法尾矿堆坝技术[M].北京：冶金工业出版社，2015.

[2]李松，高峰，戴海旭.浅论浆体输送用容积式泵的特點及适用条件[J].有色设备，2015（1）：4-6.

[3]曹先佐.隔膜泵的操作要点及工艺改进研究[J].中国设备工程，2019（7）：146-148.

[4]郭明乐.隔膜泵在海洋油气平台中的应用[J].工程建设与设计，2020（7）：158-159.

[5]《尾矿设施设计参考资料》编写组.尾矿设施设计参考资料[M].北京：冶金工业出版社，1980.

[6]费祥俊.浆体与粒装物料输送水力学[M].北京：清华大学出版社，1994.

[7]钱桂华，曹晰.浆体管道输送设备使用选型手册[M].北京：冶金工业出版社，1995.

Application of diaphragm pumps to tailings transportation in a mineZhang Shumao1，Su Xingyue1，Luo Lichao2

（1.BGRIMM Technology Group; 2.Erguna Chengcheng Mining Industry Co.，Ltd.）

Abstract：Longdistance transportation of tailings is a solution put forward to the mines where tailings ponds are not fit to be established nearby.The diaphragm pump is decided for tailings transportation because of lower cost than the piston pump.Based on the calculation of tailings slurry flow and transportation distance in a mine，the cost is decided because the total cost of diaphragm pump is lower than piston pump by comparing the costs concerning investment，operation and maintenance of the diaphragm pump and piston pump，and comprehensive consideration of mine service life.The application shows that the diaphragm pump has better social and economic benefits in tailings transportation and saves operation costs by 30 %.

Keywords：diaphragm pump;tailings transportation;positive displacement pump;ore slurry flow;transportation distance

收稿日期：2021-06-01; 修回日期：2021-09-22

基金项目：国家重点研发计划项目（2018YFC1801703）

作者简介：张树茂（1987—），男，河北唐山人，高级工程师，从事矿山尾矿库及尾矿输送的研究设计工作;北京市丰台区南四环西路188号，矿冶科技集团有限公司，100160;Email：zhshmer@163.com