尖山鐵礦選廠節(jié)水優(yōu)化措施及實(shí)踐

尖山鐵礦選廠節(jié)水優(yōu)化措施及實(shí)踐張德勝;吳吉龍;李龍龍;劉斌【摘要】對(duì)太鋼尖山鐵礦選礦水系統(tǒng)進(jìn)行了介紹，并對(duì)選礦水系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)與控制存在的問(wèn)題實(shí)施了針對(duì)性的技改措施，通過(guò)合理調(diào)節(jié)外來(lái)水量、設(shè)計(jì)濃縮大井環(huán)水自流工藝、控制尾礦輸漿濃度及充分利用事故調(diào)節(jié)用水等一系列行之有效的水平衡控制調(diào)節(jié)方法，最大限度的降低了新水消耗，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，為選礦廠在節(jié)水降耗減排方面提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn).【期刊名稱】《礦業(yè)工程》【年（卷），期】2018（016）006【總頁(yè)數(shù)】4頁(yè)（P30-33）【關(guān)鍵詞】尖山鐵礦;水系統(tǒng)優(yōu)化;水平衡;調(diào)節(jié)與控制;節(jié)水【作者】張德勝;吳吉龍;李龍龍瀏斌【作者單位】太原鋼鐵（集團(tuán)）有限公司礦業(yè)分公司尖山鐵礦仙西太原030304;太原鋼鐵（集團(tuán)）有限公司礦業(yè)分公司尖山鐵礦仙西太原030304;太原鋼鐵（集團(tuán)）有限公司礦業(yè)分公司尖山鐵礦,山西太原030304;太原鋼鐵（集團(tuán)）有限公司礦業(yè)分公司尖山鐵礦仙西太原030304【正文語(yǔ)種】中文【中圖分類】TD90引言選礦用水是礦山企業(yè)用水量最大的一部分，尤其對(duì)鐵礦選廠而言，選礦綜合水耗占噸鐵精礦新水消耗的1/3以上。我國(guó)水資源總體短缺，尤其在北方地區(qū)水資源日益緊張，嚴(yán)重限制了鐵礦企業(yè)的發(fā)展［1］。當(dāng)前形勢(shì)下，節(jié)能環(huán)保已成為世界一個(gè)永恒的主題，行業(yè)內(nèi)先進(jìn)企業(yè)已把水資源循環(huán)利用作為一個(gè)重要的技術(shù)課題，以達(dá)到穩(wěn)定供水系統(tǒng)、降低新水消耗、杜絕廢水外排造成環(huán)境污染、提高水資源利用率的目的［2］。但在生產(chǎn)過(guò)程中，往往因用水量波動(dòng)而造成新水補(bǔ)加頻繁但濁環(huán)水又外溢的問(wèn)題，因此如何有效控制選礦水系統(tǒng)平衡盡量減少新水補(bǔ)加次數(shù)和補(bǔ)加量，解決生產(chǎn)過(guò)程中選礦工藝水系統(tǒng)不平衡的難題，對(duì)企業(yè)節(jié)能減排有重大意義。尖山鐵礦是太鋼集團(tuán)重要的鐵精粉原料生產(chǎn)基地，是一家采剝總量5000萬(wàn)t/a、生產(chǎn)規(guī)模達(dá)900萬(wàn)t/a、年生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鐵精粉360t/a的大型現(xiàn)代化礦山企業(yè)。選礦廠生產(chǎn)用水包括井巷廢水、尾礦庫(kù)回水、濁環(huán)水、婁煩中水、龍泉煤礦回水、生活污水和新水幾部分組成，在礦山領(lǐng)域?qū)儆诘湫偷亩鄟?lái)源用水，故在生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)廢水零排放、調(diào)節(jié)選礦用水平衡方面難度非常大。尖山礦結(jié)合自身用水特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)了一套冶金礦山廢水回收工藝、總結(jié)了一系列行之有效的水平衡控制調(diào)節(jié)方法，不僅回收了大量水資源，而且減少了廢水外排，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，給同行企業(yè)在水平衡調(diào)節(jié)控制和廢水回收利用方面提供借鑒。1選礦廠水系統(tǒng)基本狀況1.1選礦廠用水組成——井巷廢水，是由尖山鐵礦3#峒滲漏水、雨水、山體水等形成的廢水匯集至井下水倉(cāng)，通過(guò)井下排水泵站把水打到人行進(jìn)風(fēng)斜井井口新建的400m3水池，再通過(guò)泵送到6000m3回水池和采區(qū)新建工業(yè)廠區(qū)。井巷廢水每天回收在1500-2000t,—部分供采場(chǎng)用水，剩余水進(jìn)入6000m3高位水池。——尾礦庫(kù)回水，是由尾礦庫(kù)回水經(jīng)回水管路順利自流至2.5km的生活區(qū)污水處理凈化站，經(jīng)凈化站泵送至選區(qū)6000m3回水池，每天可回收5000-11000t?！獫岘h(huán)水，包括次環(huán)水、凈環(huán)水、新環(huán)水，是尾礦礦漿輸送至5個(gè)濃縮大井（其中兩個(gè)備用）經(jīng)濃縮澄清后的溢流水。①53淺型尾礦濃縮池溢流水自流回舊循環(huán)水泵站次凈環(huán)水池形成次環(huán)水，①53深型尾礦濃縮池溢流水自流回舊循環(huán)水泵站凈環(huán)水池形成凈環(huán)水，①53高效尾礦濃縮池溢流水自流回新循環(huán)水泵站濁環(huán)水池形成新環(huán)水。濁環(huán)水經(jīng)泵送至磨磁廠房，濁環(huán)水濁度要求不大于100ppm?！獖錈┲兴瑠錈┛h污水處理廠出水原先是直接排入汾河水庫(kù)，對(duì)省城太原水源地造成了污染。經(jīng)過(guò)再利用可行性研究及工藝管路改造后，成功實(shí)現(xiàn)了中水的回收再利用，每天可回收5000-7000t[3]?！埲旱V回水，是太原煤氣化公司龍泉煤礦內(nèi)部無(wú)法有效消化的回水，本著雙贏的思路，尖山鐵礦對(duì)中水進(jìn)行了回收利用，每天可回收2000-5000t?！钗鬯?，是尖山鐵礦職工生活區(qū)產(chǎn)生的廢水、經(jīng)污水凈化站處理后泵送至6000m3回水池供選區(qū)廠房使用，每天可回收1000-1500t。1.2選礦工藝用水的選擇選礦工藝流程主要為破碎、篩分、磨礦、精礦/尾礦。尖山鐵礦破碎工序分為粗碎、中碎、細(xì)碎，其中粗碎在斜井井下硐室，中細(xì)碎在破碎廠房，都為干式作業(yè)，用水主要為除塵用水、車間地坪沖洗用水及少量的冷卻用水，除塵用水、冷卻用水一般為新水，地坪沖洗水用濁環(huán)水即可滿足要求。磨磁工序?yàn)闈袷竭x別作業(yè)，是選廠用水大戶，磨礦部分對(duì)水質(zhì)要求不高，濁環(huán)水和回水即能滿足要求，但磁選選別部分對(duì)水質(zhì)要求較高，一般為回水、濁環(huán)水、新水切換使用。浮選工序藥劑制備選用新水。精礦尾礦部分用水包括礦漿調(diào)漿用水、管道沖洗用水及設(shè)備冷卻用水，精礦管道調(diào)整輸送漿一般用回水，尾礦管道調(diào)整輸漿用濁環(huán)水即可滿足要求。1.3選廠水量平衡圖圖1尖山選礦廠水量平衡圖1.4選礦水系統(tǒng)進(jìn)水點(diǎn)及出水點(diǎn)進(jìn)水點(diǎn)主要包括婁煩中水、龍泉煤礦回水、井巷廢水、尾礦庫(kù)回水、生活污水及新水等6個(gè)供水源點(diǎn)，屬于典型的多來(lái)源用水。其中新水費(fèi)用較高，因此其余5種水不能滿足生產(chǎn)需要的情況下，才向生產(chǎn)系統(tǒng)補(bǔ)加新水，以最大限度的降低新水消耗。出水點(diǎn)包括：1）輸出精礦帶走的水量，這部分水是無(wú)法回收的，屬于水平衡系統(tǒng)的一個(gè)缺口，每天約帶走5000t至102.3km處的太原過(guò)濾車間。由于精礦管道輸送濃度有嚴(yán)格的工藝指標(biāo)要求，可調(diào)性不大。2）輸出尾礦礦漿帶走的水量，尾礦礦漿經(jīng)泵送至7km處的尾礦庫(kù)，這部分水可采取措施增大尾礦庫(kù)回水量和合理調(diào)節(jié)尾礦礦漿輸送濃度降低帶走水量。3）采場(chǎng)用水，主要用于道路灑水抑塵，這部分水無(wú)法回收。主要進(jìn)水點(diǎn)及出水點(diǎn)見(jiàn)表1。表1尖山水系統(tǒng)平衡表類別噸/天輸入婁煩中水5000-7000生活污水1000-1500尾礦庫(kù)回水5000-110003#峒井巷廢水1500-2000新水6500-7500龍泉煤礦回水2000-5000輸出精礦輸出4000-6000尾礦輸出18000-22000采礦用水800-10002水系統(tǒng)平衡存在的問(wèn)題2.1進(jìn)水量不穩(wěn)定婁煩中水、尾礦庫(kù)回水、井巷廢水、龍泉煤礦回水等先進(jìn)入6000m3高位水池再進(jìn)入選礦系統(tǒng)。6000m3水池深5m，一般控制水位在2.5m左右，此時(shí)高位水池水量剛好滿足磨磁廠房及精礦泵站用水需求［4］。但婁煩中水、龍泉煤礦回水等進(jìn)水量波動(dòng)較大，造成高位水池液位忽高忽低。當(dāng)高位水池液位低時(shí)，進(jìn)入磨磁廠房的輸水管道壓力降低，水量減小，這時(shí)需要提高濁環(huán)水供水壓力，造成濁環(huán)水水池液位下降，若不及時(shí)補(bǔ)加水，會(huì)影響磨磁廠房的正常生產(chǎn)。當(dāng)高位水池液位高時(shí)，進(jìn)入磨磁廠房的輸水管道壓力升高，水量增大，這時(shí)需要降低濁環(huán)水供水壓力，若調(diào)節(jié)不及時(shí)會(huì)造成濁環(huán)水水池溢流。2.2濁環(huán)水池緩存能力小選區(qū)濁環(huán)水水池緩存能力有限，其中新環(huán)水水池750m3、次環(huán)水水池和凈環(huán)水水池為1000m3，當(dāng)婁煩中水、尾礦庫(kù)回水等進(jìn)水量短時(shí)間內(nèi)變小時(shí)需提高濁環(huán)水泵頻率，增大環(huán)水泵出水量，但會(huì)快速降低濁環(huán)水水池液位。當(dāng)婁煩中水、尾礦庫(kù)回水等進(jìn)水量短時(shí)間內(nèi)增大時(shí)，循環(huán)水量就會(huì)過(guò)大，導(dǎo)致濁環(huán)水池溢流。2.3尾礦庫(kù)回水量不足隨著尾礦壩面及溢洪塔的升高，尾礦壩滲漏水逐漸減小。尾礦管道每天帶走約21000t水，但回水僅約為5000t，造成大量的回水無(wú)法回收勢(shì)必造成新水消耗增大。2.4尾礦輸出濃度偏低因濃縮大井尾礦量分配不合理及隔膜泵給礦不均勻，造成尾礦輸漿濃度偏低，尾礦管道帶走水量偏大。2.5其它突發(fā)狀況如遇暴雨天氣，降水量較大時(shí)，尾礦庫(kù)回水及生2活污水急劇增加，造成高位水池液位升高，磨磁廠房供水量增大，又會(huì)造成濁環(huán)水水池大量溢流。3水系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)與控制的措施3.1控制外來(lái)水量，把好“入口”婁煩中水、尾礦庫(kù)回水等外來(lái)水都會(huì)進(jìn)入6000m3高位水池，外卜來(lái)水量過(guò)大時(shí)會(huì)造成溢流，夕卜來(lái)水量小時(shí)造成水位偏低，進(jìn)而影響濁環(huán)水水池液位。因此，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，對(duì)6000m3水池附近3#膠帶斜井回水管道進(jìn)行改造，把該管道作為溢流外排管道和排污管道，高位水池溢流時(shí)經(jīng)溢流管道回收到備用淺濃縮大井。此舉充分利用平峒3#斜井回水管道把6000m3水池溢流水回收到淺大井，減少了溢流管道投資，大為提高了6000m3水池運(yùn)行安全性的同時(shí)，還對(duì)溢流水進(jìn)行了回收。當(dāng)外來(lái)水量不足6000m3高位水池液位偏低時(shí)時(shí)，可把備用淺濃縮大井的水及時(shí)補(bǔ)充到濁環(huán)水池。3.2設(shè)計(jì)濃縮大井環(huán)水自流工藝因濁環(huán)水（新環(huán)水、次環(huán)水、凈環(huán)水）供應(yīng)磨磁廠房的用途不同，且磨磁有時(shí)以不同系列組織生產(chǎn)時(shí)會(huì)影響用水量不穩(wěn)定，就會(huì)造成一個(gè)環(huán)水池溢流另一環(huán)水池水位不夠的現(xiàn)象，形成一種既補(bǔ)水又溢流的惡性循環(huán)。為此，結(jié)合濃縮大井及環(huán)水池的位置特點(diǎn)，把3個(gè)濁環(huán)水池通過(guò)增加溢流管連接起來(lái)。如圖2所示，在新大井東南井壁處澆注集水池與新大井連通，鋪設(shè)一趟高度落差為2m的?630管道，管道一端與集水池出口處的控制碟閥連接，另一端接入凈環(huán)水池，通過(guò)自流將新大井的部分溢流水引入凈環(huán)水池，通過(guò)控制碟閥調(diào)節(jié)自流水量。當(dāng)次環(huán)水池液位高出控制液位點(diǎn)時(shí)，溢流水通過(guò)管道自流到凈環(huán)水池。在凈環(huán)水池對(duì)應(yīng)的兩臺(tái)J系列環(huán)水泵出水主管道與次環(huán)出水主管道間，改造增加一趟?273連通管和切換閥門，使J系列環(huán)水泵具備吸取凈環(huán)池內(nèi)的環(huán)水給磁選次環(huán)水管供水的能力。通過(guò)建立一個(gè)依靠環(huán)水自流的工藝循環(huán)，豐富了溢流水、次環(huán)水、凈環(huán)水、J系列環(huán)水供水方式和調(diào)節(jié)手段，并停用了一臺(tái)環(huán)水提升泵節(jié)約電耗，有效解決了環(huán)水池緩存能力小的問(wèn)題，為今后更好的進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)節(jié)和成本控制奠定了基礎(chǔ)、創(chuàng)造了條件。圖2濁環(huán)水池供水系統(tǒng)形象圖3.3提高尾礦庫(kù)回水量尾礦庫(kù)回水是選礦生產(chǎn)用水重要的組成部分，由于尾礦庫(kù)回水屬于循環(huán)用水且水質(zhì)較好，因此大幅度提高尾礦庫(kù)回水是降低成本的有效舉措［5］。從表1可看出，尾礦管道每天約帶走21000t水至尾礦庫(kù)，而回收量?jī)H在5000t左右。因此，必須采取措施來(lái)增大回水量，降低選礦新水用量。針對(duì)溢洪塔不斷封堵加高且滲漏水越來(lái)越少的問(wèn)題，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察研究，在溢洪塔處增加10~15根虹吸管，利用高差進(jìn)行自吸回收尾礦回水，但隨著尾礦庫(kù)內(nèi)水位的變化需要不斷調(diào)整虹吸管數(shù)量，同時(shí)后期要隨著水面的升高進(jìn)行溢流塔眼的封堵及井壁滲漏水的處理，僅虹吸管不能滿足尾礦庫(kù)水的回收。經(jīng)方案研究討論，決定在尾礦庫(kù)溢洪塔處增加浮船回水裝置，彌補(bǔ)虹吸管吸水能力的不足，增加了回水量。方案實(shí)施后，每天可回收水量10000t以上。另外，尾礦庫(kù)良好的運(yùn)行管理可以提高回水量［6］，如優(yōu)化放礦方式、放礦點(diǎn)位置等。3.4充分利用事故池進(jìn)行水量調(diào)節(jié)事故池是應(yīng)對(duì)尾礦輸送管道發(fā)生故障時(shí)臨時(shí)儲(chǔ)存尾礦礦漿的兩個(gè)約4000m3的水池，在增加一趟尾礦輸送備用管道后，事故池作為臨時(shí)存儲(chǔ)尾礦礦漿的意義已不大。尖山鐵礦為徹底解決生產(chǎn)污水外排問(wèn)題，將所有可能外排的出口進(jìn)行了封堵，包括將廠區(qū)內(nèi)通往外部的排水渠完全封死，使廠區(qū)內(nèi)的雨水、山體水、生活污水等全部通過(guò)排水渠引入事故池，同時(shí)新環(huán)水池的溢流水也進(jìn)入事故池。事故池內(nèi)安裝立式渣漿泵和管路，當(dāng)新大井啟停需大量補(bǔ)水時(shí)可把事故池內(nèi)的水再泵送到新濃縮大井，在多回收廢水的同時(shí)增大了濁環(huán)水的緩存空間，從而提高了水資源利用率，如圖3。圖3事故池調(diào)節(jié)用水形象圖3.5控制尾礦泵站輸送濃度，把好〃出口”尾礦泵站是把各濃縮大井處理后的礦漿經(jīng)隔膜泵輸送到7km外的尾礦庫(kù)，其中隔膜泵額定出口壓力＜4MPa、隔膜泵出口濃度＜54%.深大井底流濃度＜45%.淺大井底流濃度＜35%，新大井底流濃度＜55%。但在運(yùn)行過(guò)程中隔膜泵出口濃度一般約為45%，出口壓力約為2.8MPa。因此，在不超出隔膜泵站限定條件的前提下，通過(guò)合理調(diào)節(jié)各濃縮大井底流泵頻率及調(diào)整隔膜泵頻率來(lái)控制水量。大井底流泵頻率按每10分鐘調(diào)整1HZ、隔膜泵頻率按每10分鐘調(diào)整0.5Hz的方法進(jìn)行調(diào)節(jié)。循環(huán)水量少時(shí)，隔膜泵頻率適當(dāng)降低，但最低不得低于50HZ，否則會(huì)造成堵管。循環(huán)水量多時(shí)，適當(dāng)提高隔膜泵頻率，將水及時(shí)通過(guò)泵打出去。隔膜泵頻率的提高或降低，礦漿池的液位會(huì)相應(yīng)的降低或升高，這時(shí)可根據(jù)各個(gè)濃縮大井底流濃度情況，來(lái)提高或降低大井底流泵頻率。需要降低濃縮大井底流泵頻率的，優(yōu)先降低大井底流濃度較低的,而需要提高濃縮大井底流泵頻率的，優(yōu)先提高大井濃度較高的，這樣既穩(wěn)定了礦漿池液位，同時(shí)又保證了大井平穩(wěn)運(yùn)行。3.6新水置換工藝改造在生產(chǎn)流程中使用新水的一些環(huán)節(jié)能否用婁煩中水、龍泉煤礦回水等外來(lái)廢水對(duì)新水進(jìn)行置換以達(dá)到降低新水消耗的目的，尖山礦進(jìn)行了研究與探索。首先對(duì)水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果顯示供水水質(zhì)符合標(biāo)準(zhǔn)，并小范圍內(nèi)進(jìn)行了新水置換工藝改造，發(fā)現(xiàn)回收的外來(lái)廢水對(duì)設(shè)備及工藝指標(biāo)調(diào)節(jié)幾乎沒(méi)有影響。然后對(duì)磨選舊系列渣漿泵水封水、舊系列三、四磁分礦箱補(bǔ)加水與舊系列三磁磁選機(jī)用水進(jìn)行回水置換改造、浮選消泡新水置換回水等一系列新水置換工藝改造，大幅降低了新水消耗。表2尖山鐵礦2011-2016年新水消耗時(shí)間/年鐵精礦產(chǎn)量/萬(wàn)噸新水單耗（玖）降低水耗/萬(wàn)噸20113471.7520123671.5669.7320133781.23196.5620143880.99294.8820153660.98281.8220163150.96248.854取得的效果通過(guò)選礦水系統(tǒng)工藝改造及合理調(diào)節(jié)控制，并通過(guò)廢水的綜合回收利用，有效降低了向生產(chǎn)系統(tǒng)補(bǔ)加的新水量，新水單耗從2011年的1.75t/t降低到2016年的0.96t/t，降幅達(dá)到45.14%，見(jiàn)表2。按2011年1.75t/t的單耗計(jì)算，累計(jì)降低新水消耗1091.84萬(wàn)噸，節(jié)約費(fèi)用4039.8萬(wàn)元。5結(jié)語(yǔ)選礦廠水平衡控制是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)性調(diào)節(jié)過(guò)程，是維持生產(chǎn)正常運(yùn)行的重要前提，也是節(jié)能降耗減排的基本要求。太鋼尖山鐵礦通過(guò)廢水綜合回收利用及實(shí)施了一系列水系統(tǒng)工藝改造，并用靈活多樣的調(diào)節(jié)方式，穩(wěn)定了選礦工序用水，大幅降低了新水消耗，并杜絕了廢水外排，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。參