13-橡胶带式真空过滤机无浓缩尾矿脱水工艺

橡胶带式真空过滤机无浓缩尾矿脱水工艺

一、研发背景

山东黄金集团蓬莱矿业有限公司河西选厂尾矿库，位于选厂上游，于2007年初验收并正式投入生产使用,运行至2013年10月坝顶堆积标高已接近原设计标高，按照当期选矿厂处理量，尾矿库剩余库容量已不能满足后期正常生产的要求。按最新政策规定，该尾矿库按原湿式排矿方式无法办理加高扩容设计与审批。蓬莱矿业在经过充分论证并获得集团批准后开始实施由“湿排改为干排”的尾矿库治理工程。

二、成果内容

1、尾矿高效脱水工艺方案论证及选用

在尾矿高效脱水工艺实施前，蓬莱公司组织相关专业人员对陶瓷过滤机、旋流器、振动筛、深锥浓密机、倾斜板浓密机、箱式压滤机、立式压滤机、带式压滤机、卧螺离心机、橡胶带式真空过滤机等尾矿处理设备设施与工艺进行了反复的经济技术考察、论证与可行性分析，最终选择了如下三个可行性比较高的方案进行深入的可行性研究与方案优化与论证。

（1）、“旋流器+振动筛+浓密机+压滤机”脱水工艺：该工艺为传统设计方案，需配置1套1600m2（Φ45m）的浓密机和2台500m2压滤机及其它附属设施，该方案投资约1000多万元（详见表1），运行成本高（详见表2），特别是Φ45m浓密机需要较大工业场地，征地几无可能。该方案投资大，运行费用高，且受国家政策和周边环境影响，几乎无法实施，无法解决矿山排尾燃眉之急。

（2）旋流器+振动筛+卧螺离心机脱水工艺：借鉴卧螺离心机在低浓度市政污泥脱水中的良好应用，公司领导及相关技术人员经过横向考察和送样试验，认为卧螺离心机可以对我公司尾矿干排旋流器溢流矿浆进行液固分离处理，该工艺处理实施以后，尾矿干排粗颗粒由已有脱水筛筛上得到，细颗粒由卧螺离心机得到，实现全尾矿脱水干堆工艺。为了保方案准确可靠，2015年12月18日上海电气集团离心机械研究所应邀派LW350X1550NY型试验车及技术人员到我公司开展卧螺离心机脱水工业试验研究，现场对尾矿旋流器溢流矿浆进行直接离心脱水分离。试验数据表3所示。

表3 卧螺离心机脱水工业试验结果

试验结论:

物料为旋流器溢流液，原浆含固率在10-15%之间，该物料通过卧螺离心机直接分离，分离后排渣含固率在75%左右，堆积性能良好，分离后的清液内大部分固体被分离掉，仍有一定量的微小固体残余，经烘干测固含量在0.3%-0.7%，现场设备运行稳定，分离含固率基本达到客户要求的分离指标（70%-75%），清液率低于客户要求（清液含固率≤0.3%），有待提高。

根据现场工业试验效果分析计算，要实现旋流器+振动筛+卧螺离心机的尾矿干排二期方案，需要再配置5台LW900×3510NY型特种工业水处理卧螺离心机及配套设施，新增工程装机功率达1000kw,仅设备购置费就达1000万元，加上新增供配电系统及其他辅助设施，总体投资约1272万元（详见表4）。该方案可实现无浓缩状态下的尾矿脱水工艺，但投资费用高，能耗高，运行费用大（详见表5）。

（3）橡胶带式真空过滤机无浓缩脱水工艺：在论证、试验卧式离心机对旋流器溢流矿浆处理效果的同时，蓬莱公司与核工业烟台同兴实业有限公司、上海滤翔共同对无浓缩状态下的橡胶带式真空过滤机尾矿脱水工艺进行了分析、研究与试验。

① 真空布氏漏斗实验室试验

根据过滤情况，加药比不加药处理效果好。絮凝剂选择：阴离子5056

根据2次试验数据处理量：约503-748Kg/m²h

絮凝剂用量：1/1000000（按矿浆量计算）

5/1000000（按干矿量计算）

滤布选择：建议DZ-PP35滤液较为清澈。

② 中试试验

采用厂家自制的DU5m²/500型试验用真空带式过滤机，现场制备全尾原浆浓度22.5%左右，通过搅拌桶给入试验设备进行抽滤，称取一定量滤饼重量在105℃烘箱内烘4小时测其水分。中试结果与布氏漏斗试验数据基本相符，处理能力为488-577Kg/m²×h。阴离子5056絮凝剂用量：1.2/1000000。

③ 阴离子絮凝剂浮选试验

试验证明：采用真空带式过滤机的全尾矿浆干排脱水工艺中添加5056阴离子型絮凝剂对浮选指标的影响不明显，但是5056阴离子型絮凝剂添加量超过10g/t时对浮选指标有一定影响，因此5056阴离子型絮凝剂添加量控制在5-10g/t。

④ 设备选型及投资概算

根据布氏漏斗试验数据与工业试验结果，参考厂家样本生产能力，进入带式过滤机的尾矿矿量为1050t/d，浮选金尾矿在-200目50%，给矿浓度22.5%时，其单位处理量为600-720kg/(m2h)，考虑给矿波动和给矿浓度不稳定的因素，当单位处理量500kg/(m2h)，选择2套DZ64m²/3200 真空带式过滤机即可满足生产，设备系统配置如表6所示。由于真空带式脱水机属连续工作设备，工况相对稳定，且选厂目前处理能力尚有余量，设计暂不考虑备用设备，生产中通过严格管理、规范操作、加强维护等措施保证设备的正常运转。项目投资总概算约500万元（详见表7：工程投资概算表）。

表6 带式真空过滤系统设备配置表

表7 方案3 工程投资概算表

表8 方案3运营成本估算表

（4）方案论证与优化

针对三种尾矿脱水工艺方案的优缺点进行了对比分析，如表9所示。

表9 脱水方案经济技术与可行性对比

由于方案2投资大，能耗高、运行费用高，无比较优势，故不参与经济技术比较。

从工程投资和运行费用方面：方案3工程投资比方案1少500万元，吨矿处理成本比方案1少2.69元，方案3具有较大的经济技术优势。

从占地及征地面积方面：方案1脱水厂房为24m×12m；方案3过滤厂房面积为36m×12m，两种方案的厂房占地面积相当。但是方案1浓密机需要工业场地3600m2，施工现场征地几无可能。方案1项目实施的可行性极其渺茫。

从工艺流程方面：方案1所采用的旋流器、高频脱水筛、普通浓密机和尾矿压滤机等设备，为矿山常用设备。优势是该系统使用经验成熟，设备便于操作、管理和维护。劣势是该系统作业连续性差，作业人员劳动强度大，操作、维修工作量大。需大量的操作、维修人员，增加了运行费用。

方案3采用带式过滤机，其工作流程分为絮凝、布料、过滤、脱水、滤布再生等环节。优势是作业连续性强，自动化程度较高，工艺稳定性高，作业人员小，劳动强度低，运行费用低。前期在选厂生产能力充裕、检修时间充足的情况下，可暂不考虑备用设备，后期根据设备运行状态和选厂生产能力变化情况再考虑是否增加备用设备。存在问题是加药缓冲箱容量小，缓冲能力小，需依靠沉淀池加以缓冲和补偿。

（5）结论：由以上方案对比和经济技术分析可知，在所有备选方案中，橡胶带式真空过滤机系统工程可行性最高、投资费用最少、运行费用最低、技术指标最好，该方案易损件少，故障率低，可实现长周期连续运转、运行平稳、操作简便、劳动强度低，满足尾矿干堆的脱水要求。

河西选厂尾矿脱水工艺最终采用橡胶带式真空过滤机无浓缩全尾脱水方案。工艺流程为：

选厂尾矿矿浆经由渣浆泵扬送到尾矿脱水车间缓冲料箱，由缓冲料箱加入絮凝剂后矿浆自流到橡胶带式真空过滤机滤布上； 真空抽滤后形成含水率约为20～25%的滤饼，由B=800mm胶带输送机运至厂外，再用汽车转运至尾矿库中按要求堆放碾压；尾矿滤液自流入一个1000m3沉淀池澄清后返回选厂循环利用。整个过程闭路循环，尾矿脱水工艺流程如图1所示。

图1 河西选厂尾矿干堆扩建工程工艺流程图

2、工程建设概况

2016年5月开始实施尾矿库干堆扩建工程，新建尾矿脱水车间布置在尾矿库北侧山体中部偏东位置，车间建筑面积33m×24.5m。采用2台处理能力64m2的橡胶带式真空过滤机及其配套电控系统。尾矿滤液沉淀池设在车间南侧，新建长×宽×高为40m×10m×3m钢筋混凝土结构沉淀池1个。安装“空气源热泵机组+排管散热器”解决冬季供暖问题。

经过3个多月的紧张施工和设备调试具备试车条件，2017年7月6日，随着机器的转动，“稀粥”一样的尾矿浆哗哗流入真空带式过滤机，然后变成“干爽”的滤饼掉到皮带输送机上，这标志着山东黄金集团第一家使用真空带式过滤机无浓缩工艺对全尾矿脱水处理实现干堆处理工程试车成功。

当然，试运行过程中也发现诸多问题，蓬莱公司组织技术人员分阶段攻克缓冲箱药剂添加方式优化、滤布清洗效果优化、真空抽滤效果优化、设备稳定运行等核心技术与工艺瓶颈，为了打通工艺流程，实现系统处理能力与设备安全稳定可靠的运行，公司研究开展了尾矿干排车间工艺优化与产能达标专项攻关活动。

3、后期研究创新与优化

（1）斜板缓冲箱优化与创新

橡胶带式真空过滤机一般给矿浓度要求为25%以上，河西选厂总尾矿浓度约为15-25%，流量200-280m3/h，为了解决矿浆浓度低、流量不稳定问题，同时为了提高橡胶带式真空过滤机处理能力，需要在矿浆缓冲箱内对矿浆添加絮凝剂并充分混合后将细颗粒絮凝成团沉降，产生清水溢流并提高给矿浓度。

我们充分参考斜板浓密机工作方式与原理，结合缓冲箱给料功能，创新研制开发出斜板缓冲箱，该缓冲箱用8mm钢板焊接而成，上箱是3.0m×2.5m×3.2m一个平行六面体，箱内和料流垂直的方向上装有浓缩板和稳定板，下箱为60˚收集浓缩物料(沉砂)的方锥形漏斗。研制开发的斜板缓冲箱一次试车成功，完全满足带式过滤机给料要求的絮凝、溢流、缓冲、给矿等功能要求。

① 工作原理：如图2所示，自主研发的斜板缓冲料箱包括上部箱体和下部锥体。上部箱体内有斜置的斜板组群，斜板组群由若干个相互独立的斜板单元构成，处理物料由斜板单元下端两侧进入，斜板组群上方有一贯通全长的溢流槽，槽底开有节流孔，造成外排溢流的水力背压，保证各斜板单元载荷均匀，防止径向紊流。侧向半逆流的给料方式，能使下沉的固体颗粒、上行的澄清液各行其道，互不干扰，沿斜板下滑的矿浆进入下部锥体后，压缩脱水，并靠重力外排。

1、给料口 2、给料槽 3、斜板组 4、溢流槽 5、溢流口 6、底流 A上箱 B下锥斗

图2 斜板缓冲箱示意图

② 技术特点：

a 沉淀面积增大。下沉矿浆浓度增大。矿浆浓度由15%左右提高至25%。

b 斜板可以对沉淀物起到再凝聚作用，使絮状物增大，易于沉淀。

c 斜板缓冲料箱创造了层流条件，絮凝及沉淀效果好。溢流排出的清水保持清澈、稳定，而且不存在污泥覆盖，溢流水量约50m3/h。

（2）真空罐排液工艺改进

二罐三罐排液改造：设计每台橡胶带式真空过滤机系统3个真空滤液罐所有滤液经沉淀池处理后排至选厂循环水池供生产再用。试运行发现除约占40%的一罐排液略浑浊外，约占60%的二罐三罐排液清澈，及无杂质。为此通过对管路的技术改造，将二罐三罐排液收集后直接返至选厂循环水池供生产再用，节约了计划施工的2#沉淀池土建建设费用80万元。

一罐排液口改造：运行发现橡胶带式真空过滤机真空度达0.08mpa , 远远超过工艺要求0.05mpa , 原因是真空滤液罐的排水口径限制了滤液流量。我们分析研究后把一罐排液口径由250mm改为320mm , 加大一罐抽排水流量，提高了生产效率。

（3）滤布清洗系统改造

存在问题：原设计在2000m3高位大水池安装QW50-80-22潜水泵（扬程80m,流量50m3/h,功率22kw），供滤布清洗用水，虽然能够满足供水压力和流量要求，但分流一部分密封用水、真空罐冷却用水、车间冲洗用水后，滤布清洗效果达不到设计要求，严重影响了运行效率和滤布使用寿命。

改造方案：经过反复分析研究后，我们决定将原设计的一次清洗改为三次清洗： 根据单台设备要求：滤布再生水耗量10~14.5m3/h，压力0.5~0.7MPa，密封水耗量3~4m3/h ，压力0.4~0.6MPa。将原设计的2000m3高位大水池QW50-80-22潜水泵（扬程80m,流量50m3/h,功率22kw），作为一次清洗和密封用水、真空罐冷却用水、车间冲洗用水等系统用水。同时在沉淀池的清水池内安装1台QW50-80-22潜水泵（扬程80m,流量50m3/h,功率22kw），作为二次高压清洗用水，从根本上改善滤布清洗效果。同时引出2路对驱动棍和从动棍进行清洗，防止大棍结垢导致大皮带跑偏。在带式过滤机头尾新增滤布冲洗喷管2套，在车间北侧安装10立方水箱1个（水源引自2000M3高位水池），出水管引至1台IS65-40-315离心式清水泵，作为三次强力清洗用水，定时补充、强化滤布意外堵塞或滤布使用后期的冲洗效果，以延长滤布使用寿命，提高系统运转效率。

（4）滤布刮刀装置改造

存在问题：滤饼经过经卸料辊和刮刀装置后出现卸料不净，由滤布冲洗水冲刷至地沟再进入沉淀池，加剧沉淀池淤积速度。

改造方案：将刮刀支架沿卸料辊往下调约1厘米，使刮刀依托卸料辊顶住滤布，改善清刮料效果。

在头部增加一组Φ150×3842滤布改向辊和重锤外挂式刮刀装置，保证滤饼经过经卸料辊和刮刀装置后卸料干净。

（5）空压机恒压并列运行改造

改造原因：真空抽滤系统中真空罐的排水控制阀、滤布的涨紧以及皮带纠偏装置均需要一个压力较为稳定的供气系统，才能保证系统的正常运转。当系统控制管路压力低时，供气的活塞式空压机启动打压，当压力达到设定值时，活塞空压机停止工作。经一段时间运行，公司技术人员发现活塞空压机启停频繁，而且在活塞空压机启动时，电机处于全压、全频启动状态，因此电机的损耗、损坏情况比较严重，且机械冲击力过大，大大缩短了设备的正常使用寿命。为了解决该问题，降低电机损坏造成尾矿脱水系统停转的情况发生，公司采用恒压控制变频装置对活塞空压机进行了改造。

改造方案：原设计车间内两套真空抽滤系统分别用2台活塞空压机及相应控制管路和气动装置控制。改造过程中，公司技术人员通过对原系统的运行观察和用气量分析，决定对两套控制管路进行合并改造，用一台空压机供两套系统压缩空气，另一台空压机作为备用。同时使用欧瑞E2000-P0150-T3型变频器对空压机电机进行控制，针对空压机的工作模式，变频器选择内置PID调节，通过通道输入上下限、PID调节设定点、比例增益等参数的调节，使活塞空压机稳定工作在适宜频率，避免了电机频繁启停的现象。

改造效果：

通过本次改造，真空罐换气阀的开闭时间得到了合理调节，换气阀开闭状态的切换由原来的4s延长到8s，既节省了空压机的供气量，又减少了换气阀的机械磨损。

有效降低了电机的损耗，节约了设备维修费用。改造前，空压机电机在半年运行时间内因故障维修两次。改造后，电机运行状态良好，未出现故障维修情况。

提高了干排系统的运转效率。改造前因空压机电机故障，造成供气系统不正常，使干排系统停车多次。改造后，因采用一用一备方式，避免了活塞空压机故障对干排系统运行的影响。

（6）、新增检测监控与自动控制系统

为保证真空带式过滤机的整体作业效率，精简操作人员，提升各环节管理水平，技术人员经过充分调研，自主设计尾矿干排车间检测监控与自动控制集控系统。该集控系统以数据采集、检测监控、故障诊断与实时报警、故障准确显示与处置、工艺流程实时控制与参数调整等手段的整合，实现管理信息化与生产自动化控制、过程监视和工艺自动化控制相结合，实现管理与控制一体化联动，

4、创新优化后运行效果

（1）经过以上工艺创新和技术改造后，新滤布更换后的前半期，单机最大处理能力由原设计的500吨/日增加到1400吨，增加180%，滤饼含水率：≤23%，满足干尾矿库内堆存要求，实现了在选厂满负荷开车情况下的尾矿干排脱水系统单机运行，不仅节省一个系统的运行费用，而且形成了两个互为备用尾矿干排生产系统，杜绝以往尾矿干排车间某一系列停摆整个选矿厂就得停产的弊端，保证整个选厂的正常生产。

（2）在滤布使用的后半期，双系列最大处理能力由原设计的1000吨/日增加到1400吨，增加80%，滤饼含水率：≤23%，满足干尾矿库内堆存要求。因双系列运行能力余量大，在对单系列进行常规维修、调整的临时停机方式下，可以单机运行方式满足系统脱水需求，杜绝以往尾矿干排车间因某一系列停机造成选厂全部停产的弊端，保证了选厂的正常生产。

（3）实际运行中滤液含固率和滤饼含水率化验结果

尾矿干排车间滤液沉降实验结果

尾矿干排车间滤饼含水率实验结果

（4）河西选厂尾矿库干堆扩建工程建设费用对比分析

（5）河西选厂尾矿库干堆扩建工程干排车间运行费用

（6）






河西选厂选矿回收率同比情况

由以下统计表同比情况可知，采用斜板缓冲箱+真空带式过滤机的全尾矿浆干排脱水工艺中添加5056阴离子型絮凝剂对选矿回收率的没有影响。

三、效益分析

1、创造了以斜板缓冲箱+橡胶带式真空过滤机脱水工艺为代表的无浓缩全尾脱水新方案，降低了尾矿脱水工艺技术难度、建设规模、投资费用与运行费用，使尾矿脱水变得简单易行，经济可靠。

2、成功实施无浓缩全尾脱水工艺后，河西选厂尾矿库实现了由湿排改为干排方式，解决了湿式排尾给尾矿库安全管理所造成的巨大安全风险。该尾矿库由湿排改为干排后浸润线高度下降5米以上，库内无明显积水，保障了坝体稳定与尾矿库安全。

3、解决了尾矿库加高扩容问题：通过斜板缓冲箱+橡胶带式真空过滤机无浓缩全尾脱水方案的实施，突破了原尾矿库无法加高扩容和无法新建尾矿库这一制约河西选厂正常生产的瓶颈问题。河西选厂尾矿库加高17m，新增总库容212.4万m3，新增有效库容191.2万m3，按选厂生产能力1000t/d处理量，可延长服务年限9年。