高浓度矿浆输送系统设计

《高浓度矿浆输送系统设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高浓度矿浆输送系统设计（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、 总第 129期 2010年12月 工 程 设 计 与 研 究 高浓度矿浆输送系统设计 张建刚 摘 要 针对高浓度锌精矿矿浆管道输送问题,在分析锌精矿矿浆特性参数和粒度分布的基础 上,介绍了临界流速的确定及计算方法,输送设备选型以及输送系统的优化设计。高浓度锌精矿矿 浆输送系统设计合理,操作和维护简单,提高了系统的稳定性和生产连续性,且生产运营成本低。 关键词 锌精矿;高浓度矿浆;管道输送;设计 随着矿业的发展,高浓度矿浆的输送越 来越多的被应用于一些工艺环节中,高浓度 矿浆的长距离管道输送技术以及输送设备等 的发展也取得长足的进步。本文中矿浆输送 是衔接前端磨矿与后段浸出的中间工艺环 节,由

2、于后段浸出工艺要求锌精矿矿浆固体 浓度在70 %以上,矿浆比重大,针对如此高 浓度、 高比重的矿浆管道输送国内还鲜有经 验。本文中高浓度矿浆采用管道直接输送, 省去了原有流程中的浓缩设备,大大简化了 生产流程,使得实际生产中操作更加便捷。 高浓度锌精矿矿浆输送距离350 m ,垂 直高差15 m ,矿浆具体参数见表1 ,矿浆的粒 级分布见图1。 表1 锌精矿矿浆特性参数 处理量 (m 3 / s) 物料细度( m) 质量浓度( %)液固比(R)矿物比重(t/ m3)矿浆比重(t/ m3)体积浓度( %) 0. 003 5- 25 ,97 %703/ 74. 12. 12436. 3 图1 物料

3、粒度分布 从表1可看出,物料粒度较细, - 25m 占到97 %。物料粒度细虽不容易沉淀,但物 料过细会导致矿浆粘度增大,加上锌精矿的 比重大,造成输送阻力大。要求对矿浆输送 的整个系统进行科学的选择,包括输送设备 的选择及管道系统的设计及优化。从理论设 计及现场优化改造两个方面进行详解。 1 临界流速的确定 在设计矿浆水力输送系统时,临界管径 或临界流速是矿浆压力输送水力计算中至关 重要的一环。影响临界流速的因素很多,很 难找到一种适合于各种矿石性质、 浓度、 粒度 等的临界流速计算公式。尽管如此,在输送 距离较近的情况下,可根据矿浆管道输送经 验公式计算临界流速。计算临界流速的经验 公式有

4、:杜拉德公式、 托马斯公式、 克诺罗兹 公式、 尤芬公式等 1,用于计算低浓度矿浆; 用于计算高浓度矿浆的有:乌克兰建工研究 所方法、 鞍山矿山设计研究院王绍周方法、 费 祥俊公式及瓦斯普公式12。 9 工 程 设 计 与 研 究总第129期 试验材料:铁精矿,dp= 0. 05 mm ,g= 4. 35 试验管径:1 D206 mm;2 D103 mm; 3 D50 mm 图2 临界流速与矿浆比重的关系 图2为输送铁精矿物料时,临界流速与 矿浆比重的关系曲线1。铁精矿物料的真比 重及细度都与本文所讨论的锌精矿物料有一 定的相似性,故借鉴该临界流速与矿浆比重 关系曲线。从图2可以看出,临界流速

5、起初 是随着矿浆密度的增加(亦浓度的增加)而增 加,但当矿浆浓度增加到一定的数值时,临界 流速反而随之降低。分析其原因,当矿浆浓 度达到一定数值(特别是细粒级含量较高) 时,承载物料的载体不再是单纯的水,可以看 作是含有细粒级悬浮状态的浆体,故临界流 速会出现降低的现象。早期的计算公式(如 克诺罗兹公式、 尤芬公式等)都未反应这一重 要特征。而大多数的经验公式计算都有其适 用的条件,从表1可以看出,物料固体浓度 70 % ,矿浆比重2. 124 t/ m3,这种矿浆比重 大于乌克兰建工研究所方法的适用范围(dp 0. 5 mm ,k= 1. 251. 70) ,故采用鞍山矿 山设计研究院王绍周

6、方法对临界管径进行计 算,计算结果见表2。 Qk= 3. 21D2. 312L ( k- 1)/k ( g -k)/ (g- 1) nup0. 25 (u95/up) 0. 2 式中:Qk 矿浆流量 (m 3/ s) ; DL 临界管径(m) ; k 矿浆相对密度 (t/ m 3 ) ; g 干矿相对密度 (t/ m 3 ) ; n 干扰系数,根据计算,n取4.35; up 加权平均沉降速度(cm/ s) ,up= uidi/di,任取图1物料粒级 分布图中某几组粒度对应的累 计率,ui为某一粒级的平均沉降 速度(cm/ s) ;di为某一粒级的 的含量百分数;经计算得up值 为1. 213。

7、 通过计算所得,选择DL= 0. 08 m时,流 表2 王绍周方法计算结果 DL(m)D2. 312 L (k- 1)/k(g-k)/ (g - 1) nupu95/ upQ (m 3 / s) 0. 0650. 001 80. 5290. 6374. 351. 2130. 073 30. 001 2 0. 080. 002 90. 5290. 6374. 351. 2130. 073 30. 003 0. 10. 004 80. 5290. 6374. 351. 9130. 073 30. 005 0 量Q基本上接近0. 003 5 m3/ s ,经综合考 虑,选用89 mm4. 5 mm的

8、无缝钢管3。 2 设备选择 输送管道确定后,接下来就需要对输送 设备进行选择。高浓度矿浆输送作为整段工 艺中的一环,在生产中必须保证连续性、 稳定 性和操作便捷性,还必须考虑生产运行成本。 根据需输送矿浆的特点,可供选择的输送设 备有隔膜泵、 螺杆泵及蠕动泵等。 2. 1 隔膜泵 隔膜泵的整个工作过程就是一个吸入和 排出过程。在动力驱动下经传动机构推动活 塞往复运动(活塞的行程由调节机构来改 01 总第129期高浓度矿浆输送系统设计 变 ) , 经液压油推动膜片来回鼓动作功。这种 频繁往复式的工作方式使得和物料接触的单 向阀频繁开闭,更为关键的是单向阀在开关 过程中,会有高速矿浆通过阀门,这样

9、就造成 阀体及阀座磨损,而锌精矿矿浆磨蚀性极强, 对阀体和阀座的磨损尤其严重。在此种工况 条件下应用隔膜计量泵,单向阀的阀体及阀 座更换比较频繁,生产成本相对较高,但在需 要高扬程的工艺中,这种设备使用较多。在 本文论及的工艺中,不需要太高的输出压力, 隔膜泵输出压力高的优势不能完全体现,故 认为使用隔膜泵不是最佳选择4。 2. 2 螺杆泵 单螺杆泵是一种内啮合偏心回转容积 泵,泵的主要构件:一根单头螺旋的转子和一 个通常用弹性材料制造的具有双关螺旋的定 子,当转子固定于型腔内绕定子的轴线作行 星回转时,转子和定子之间形成的密闭腔就 沿转子螺线产生位移,从而将介质连续地、 均 速地、 而且容积

10、恒定地从吸入口送到压出端。 在本文所提到的工况条件下使用螺杆泵,前 半个月流量及压力都比较稳定,操控性好,但 连续运行半个月后,输送能力就大幅下降。 经现场拆开泵进行分析,由于螺杆泵在工作 时,物料与机械件直接接触,加上锌精矿矿浆 磨蚀性极强,导致螺杆泵的定子和转子都有 不同程度的磨损。对于工业生产来说,频繁 的更换定子和转子一方面影响生产的稳定性 和连续性,另一方面提高了生产运行成本。 故锌精矿矿浆用螺杆泵输送不是很理想。 2. 3 蠕动泵(软管泵) 蠕动泵是基于弹性软管的交替伸缩来输 送物料。内壁光滑、 强度可靠的软管安装在 泵体内部,通过转盘上的两个突块转动挤压。 这种旋转使得介质往一个

11、方向输送而不至于 有倒流。软管在输送介质之后形状复原可在 管内产生全真空从而再将介质吸入到管内。 如此反复,介质不断地吸入和排出,从而形成 连续输送。由于软管泵的机械部分不直接接 触物料,故物料不会对其造成磨损,易损部件 只有软管,但软管更换比较简单。 现场有几种类似的工况条件使用上述几 种输送泵。根据这几种泵的使用情况,经综 合考虑,决定采用蠕动泵输送锌精矿矿浆。 3 系统整体优化设计 3. 1 管道设计 (1)管道设计包括管道管径大小的计算 和管道布置,根据物料的输送量、 输送浓度、 矿浆密度、 粒度的不同计算确定物料输送的 临界管径。管道的设置根据具体的地形及厂 房内的配置合理布局,管道

12、应尽量减少弯头, 设置一定的坡度以便物料在停机时顺利排 出,避免矿浆在管道内沉积造成堵管。 (2)辅助防堵措施。一是在泵的出口管 段增设高压空气管,在停止输送矿浆时通高 压空气对管段进行吹扫,防止在管道内残留 矿浆造成堵塞;二是在管道的出口端增设三 通阀和冲洗水泵,在停止输送矿浆时启动冲 洗水泵,按下软管泵反转按钮,对输送系统进 行反冲洗。 (3)其他方面的优化。在软管泵的出口 端增加一段弹性软管。根据软管泵的工作原 理,由于管道内矿浆的反作用力,使得出口端 的软管承受的压力最大,在泵出口管端增加 一段弹性软管,一方面可以有效地释放一部 分压力,对泵体内软管起到保护作用;另一方 面弹性软管可有

13、效地减低矿浆在管道内的脉 动性,起缓冲器的作用。 3. 2 矿浆输送系统及其操作 矿浆输送系统见图3。开始工作时,操 作01 # Y型三通阀连通1 # 、2 # 管段,关闭3 # 管段;启动软管泵(正转运行 ) , 操作02 # Y型 三通阀连通4 # 、5 # 管段,关闭6 # 管段;打开 03 # 阀门;此时系统处于正常工作状态。需 要停机时,操作01 # 、02 # Y型三通阀关闭 1 # 、5 # 管段,打开03 # 、04 # 阀门,启动软管泵 (反转运行 ) , 打开冲洗水泵,冲洗整个管段5 11 工 程 设 计 与 研 究总第129期 min左右,冲洗液通过3 # 管进入事故池,

14、作为前段的调浆用水循环利用。 图3 矿浆输送系统 16 输送管道;01 ,02 Y型三通阀;03 ,04 闸板阀 3. 3 输送系统配置特点 (1)用Y型三通阀取代旁管及管道阀 门,从而缩短了管道长度,避免了矿浆在管内 自然沉积造成管道堵塞。 (2)当输送系统停止输送矿浆时,利用软 管泵的反转功能和冲洗水泵用水对整个输送 系统进行彻底冲洗,避免高浓度矿浆冲洗不 彻底造成局部堵塞。 (3)冲洗系统采用反冲洗方法,冲洗水不 会进入后续系统影响矿浆浓度。冲洗水及所 带走的矿物进入前段的循环利用系统,这样, 既不损失有用矿物也不浪费水。 4 结 语 对于高浓度矿浆等两相流物料的水力输 送计算公式纷繁复

15、杂且多为经验公式,故应 根据具体的物料参数结合试验数据进行设 计,参考经验公式必须注意其适用范围。设 备选型要具体分析设备的工作原理,参考以 往的工程实践经验,结合具体工艺环节的要 求综合考虑,兼顾生产成本及长期效益等。 管路系统应根据现场地形及配置特点,结合 前后工艺环节合理布局,充分考虑操作的方 便性。 参考文献 1北京市市政工程设计研究总院.给水排水设计 手册-工业排水(第6册 ) . 北京:中国建筑工业 出版社,2002. 2钱桂华、 曹惜.浆体管道输送设备实用选型手 册.北京:冶金工业出版社,1995. 3选矿设计手册编委会.选矿设计手册.北京:冶 金工业出版社,1988. 4黄小云,刘大志.高压浆体管道输送泵.现代矿 业,2009 ;25(5) :101103. 21