KMLYM-1200膏体斜板浓密机的研发及应用

谢坪全 张志明 敖 江 李云鹏 周 亮 王德正 王 畅

（云南科力环保股份公司）

为了实现尾矿干堆，降低尾矿浆的处理及管理成本，提高尾矿浆的回水率，开发原来不具备建设尾矿库条件的矿山，云南科力环保股份公司以降低尾矿浆的处理和管理成本为目的，研发了KMLYM-1200 膏体斜板浓缩机［1-4］。该设备给矿、底流、溢流流量采用流量计监测，给矿、底流浓度采用Q235射线浓度计在线检测，具有结构紧凑、安装方便、运行平稳、自动化程度高、节能、回水率高、投资少、见效快等优点，应用前景广阔，经济和社会效益显著［5-9］。

1 KMLYM-1200膏体斜板浓密机的工作原理

膏体斜板浓密机上部采用了浅层沉降原理，即在壳体内加入紧凑配置的斜板组，缩短了矿浆中固体颗粒的沉降距离，减少了沉降时间，从而大大提高了设备单位占地面积的澄清面积和处理量。下部利用高效浓密技术，利用高效机械搅拌、耙动，减少造成压缩的死区，提高压缩区固体颗粒之间的渗透率，迫使固体之间多余的水分尽可能向上通过溢流槽排出，以获得浓度较高的底流。

设备在工作时，矿浆经给料筒均匀地给入多个给料区，粗粒级物料直接沉降至壳体下部，细粒级矿浆从斜板组下部两侧的进料口进入各斜板之间，澄清水向上流动，经溢流槽节流孔有压排出，带有节流孔的溢流槽进一步保证了斜板单元处理量的均一；细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，沉降到斜板上形成浓浆层，浓浆层达到一定厚度后沿斜板向下流动，与粗粒级物料一起形成压缩层，通过高效搅拌、耙动迫使压缩层内的渗水通道增多，在固体颗粒重力的作用下向压缩区上部渗透出大部分水分向上流动，并穿过斜板组架通过溢流槽排出，固体颗粒经过搅动和耙动逐步具有一定的凝聚性和流动性，其浓度接近或大于临界流态浓度，而小于极限可输送浓度，最后形成似牙膏的浆体持续集中到中心排放装置排出。

2 KMLYM-1200膏体斜板浓密机的结构

KMLYM-1200 膏体斜板浓密机主要由壳体、上部结构、下部结构组成，上部结构由组合梁、斜板组架、传动系统、给矿套筒等组成，下部结构主要由耙子、搅拌系统、排放系统、底流自动排放系统等组成。KMLYM-1200膏体斜板浓密机的结构见图1。

（1）设备上部充分利用壳体的顶面积布置斜板装置，斜板组合装置主要由斜板组架、斜板、边侧条、工字条等组成。斜板为特制的PP板，其表面光滑、耐磨，表面张力极小，抗静电好，利于物料的下滑，且斜板硬度、强度较高。平行、垂直布置的斜板组架进料为半逆向式给料，下设围板使进料和下滑物料各行其道，防止“短路”现象和细粒物料的黏结，从根本上解决了板间堵塞的问题。

各斜板间隙均相同，相互形成独立、封闭的流体力学系统，且斜板底部支撑安全可靠，不会脱落；斜板组下部两侧的给料孔群是相互对称的，可使各斜板间获得均匀的给料，充分利用斜板的效能；斜板组合装置上部安装有特定的溢流槽，可使各个斜板单元出水量一致，带有节流孔的溢流槽保证矿浆沿整个板面均匀布料。溢流中含有的木屑、草渣、油类等杂物将在斜板组液面上漂浮且便于清除，不会因溢流槽不水平而造成局部排水的抽吸现象；澄清面积的增加，提高了设备处理量及单位占地面积的产能。

给矿套筒增加了脱气槽，可避免固体颗粒附着在气泡上，形成似“降落伞”沉降的现象；其整体高度的4/5 位于液面以下，以防止给矿时带入气体，并设有受料盘，使给入的矿浆均匀、平稳地下落，有效地防止了给矿余压造成的翻花现象；其结构简单，给料装置能将矿浆均匀、平稳地给入多个给料区，有利于矿浆均匀给入斜板沉降，并防止矿浆中产生泡沫，有利于泡沫的集中、消除。

（2）设备下部壳体设计成了具有一定高度的缩小的圆柱状，是为了保持压缩区内的浓泥浆有充足的固通量，这是形成和连续排放膏体的关键。储存矿浆的容积量大，矿浆压缩时间长，易产生膏体，带有搅拌杆在压缩区内形成一低压区，颗粒或絮团之间能形成充分的水通道，且具有较高的压缩性；由于其上部液柱的压力作用，沉降过程进入压缩脱水阶段，压缩区越高，压缩时间越长，则压缩率和固通量越大，膏体斜板浓密机就更容易获得膏体。

膏体斜板浓密机的底流排放系统主要由截止阀和调解阀组成。截止阀选用普通的平板闸阀，生产时全开，停机时全关，基本不磨损。底流调节完全通过调解阀进行，常规的耐磨闸阀不仅价格贵，不耐磨，调节量小且容易堵塞，通过自主设计调解阀，解决了上述问题。

自主设计的调解阀主要由聚氨酯制作而成（图2），由上锥、下锥、滚珠、套管等组成。在调解阀的上锥、下锥凹槽处涂润滑油脂，即能保证上下锥相对转动的灵活性，又能防止料浆从上下锥的缝隙渗漏；限制钢管可保证螺栓、螺母连接上下锥时不过分压紧，而失去相对转动的灵活性；上下锥的凹槽、凸起可保证其运动按一定轨迹进行。上锥下部法兰的月牙孔与下锥上部法兰的螺栓孔相通，并用螺栓、螺母连接，进一步保证上下锥紧密连接按一定轨迹运行，并防止料浆从上下锥的缝隙渗漏。料浆通过上锥的腰子孔进入下锥的腰子孔排出。腰子孔平行重叠时的通径最大，为整个腰子孔的面积，调节流量时可用扳手固定下锥旋转，使下锥腰子孔相对于上锥的腰子孔以上下锥中心为圆心转动；使腰子孔通道断面积减小，垂直重叠时的通径最小，最小断面积为平行四边形，便于高浓度矿浆排出；带有反冲洗水的锥斗使底流管堵塞更容易处理，即能节流、保证不断流，又保持较方的形状有助于进一步提高料浆的浓度和高浓度底流的通畅排出，具有不易堵塞的同时，又增强了其耐磨性能，其耐磨性是耐磨闸阀的2.6 倍，且易于更换。

（3）为了稳定膏体斜板浓密机的生产能力和降低溢流水中的固体含量设计了可调节膏体底流的自动排放系统，可使膏体斜板浓密机及时排放浓度较高的膏体。在底流管路上设置了密度计，用数字信号-浓度的改变作为负反馈的控制变量，实现膏体斜板浓密机工况过程的自动调节。膏体斜板浓密机自动排放系统由可编程控制器、时间继电器、气动装置、信号装置及电控气动阀等元件组成。根据生产工艺要求和矿浆浓缩情况，将沉降时间T1 和排放时间T2 设定好，T1 和T2 2 个参数用外部时间继电器控制，将转换开关置于自动位置T1开始计时，当计时到达设定值，发出信号送PLC，PLC 控制浓缩机底流排放。T2 开始计时，同时PLC 控制间打开1 个，关闭1个，如此1开1停，排出底流。

为防止压缩区形成黏稠的“圈饼”阻碍水分释出或出现埋耙，通过试验确定了搅拌、耙动电机的功率和转动速度，并增加了自动控制和报警系统实施在线监控。

3 KMLYM-1200 膏体斜板浓密机主要参数的确定

（1）传动电机功率的确定。传动装置安装在顶盖上，并通过中心传动轴带动大轴及搅拌、耙子转动，采用3 相、380 V、50 Hz、F 级绝缘防护等级ⅠP65。根据污泥量及污泥性质进行转矩和功率计算。电机额定功率大于计算功率的1.6倍为宜。

KMLYM-1200 膏体斜板浓密机下部压缩区直径6.7 m，耙子直径6 m，下部筒体高5.2 m，传动轴总高11.2 m，最大荷载系数为152 976 N/m（荷载系数根据试验确定），电机效率为0.95，1号减速机效率为0.93，2 号减速机效率为0.94，回转支撑效率为0.9。计算得，刮泥转矩为19 1220 Nm，传动装置的最大驱动力为31 870 N，膏体斜板浓密机的最大转速为0.0 417 m/s，膏体斜板浓密机的有效功率为1.33 kW，机械总效率为75%，总功率为1.77 kW。选取安全系数k1=2，故选取2台2 kW电动机。

（2）KMLYM-1200 膏体斜板浓密机顶面长、宽的确定。投影面积选取1 200 m2，通过试验选择斜板长2.5 m，斜板宽0.6 m，倾斜板间距50 mm，有效利用系数90%，倾斜角度50°，每组斜板组架中心间距1 000 mm，斜板组架间隙400 mm，总溢流槽宽450 mm。斜板总数约为1 383 块。

由于设备性能的需要，设备顶面积和设备总体高度成正比，为降低设备高度，充分利用顶面积、空间，通过多方案对比及优化设计，决定采用四周布板，每边6 组，总共布置斜板组架24 组，每组间距1 m，倾斜50°。每架斜板组架斜板数约为59 块，膏体斜板浓密机顶面宽约8 872 mm，顶面长约13 572 mm。

4 工业应用

工业试验采用1 台KMLYM-1200 膏体斜板浓密机在湘西某铅锌矿选厂处理尾矿浆，自2021 年初运行至今，整体运行平稳，各项指标均满足生产要求。尾矿化学成分及粒级分析结果见表1、表2。

由表1、表2 可知，尾砂中的CaO 及MgO 含量偏高；尾矿浆中的+0.074mm 粒级占11.45%，大于试验条件的最小值7.2%，-0.01 mm 粒级仅占30.21%，小于试验条件的最大值45.00%，粒级级配较合理，可使膏体达到较好的密实程度，试验测得密度为2.7 t/m3。

由于该尾矿本身具有一定的凝聚性，能形成微小的絮团。通过试验证明，该尾矿在不添加药剂的情况下，通过自然沉降、高效搅拌、耙动能够形成高浓度膏体。设备投入运转正常后，实行全天24 h 在线监测，2021年现场生产指标见表3。

由表3 可知，当处理量超出设计水量的20%时，溢流浊度没有明显上升，底流能够持续、顺畅外排，底流浓度始终保持在76%～70%，基本在理论预测范围内，设备稳定运行且指标满足生产要求。

5 结 论

（1）膏体斜板浓密机的设计结合了斜板浓密机和深锥浓密机的优点，该设备结构紧凑、安装方便、自动化程度高，能够有效降低溢流水中的固体含量，实现稳定的出水浊度。

（2）工业应用实例表明，该设备具有较好的抗冲击负荷能力，当处理量超出设计水量的20%时，溢流浊度未明显上升，仍可稳定运行，经济、社会效益显著。