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摘要：深錐濃縮機是一種帶有攪拌裝置的高效濃縮設備，結合其工作原理，探討了大直徑深錐濃縮機變坡度池底設計、傳動方式的選擇、橋架設計應注意的問題、攪拌裝置結構和合適的布料方式等；并以直徑為24m的深錐濃縮機為例，介紹了大直徑深錐濃縮機的設計思路，為大型深錐濃縮機的設計和使用提供借鑒。

關鍵詞：深錐濃縮機；濃縮池；橋架；傳動裝置；攪拌裝置；布料裝置

引言

小直徑深錐濃縮機是上部為圓筒、下部為錐角較小的倒圓錐形高效濃縮設備［1］，主要應用于洗煤廠煤泥水處理及礦山浮選精礦、尾礦脫水。20世紀80年代初英國煤炭局首先推出了深錐濃縮機處理尾煤；法國奈爾技術公司的高效濃縮機實際上是一種深錐濃縮機，濃縮機內有攪拌裝置；美國DORR－OLIVEREIMCO公司生產的深錐濃縮機直徑可達12m；我國煤炭系統在20世紀70年代末研制了直徑為5m的深錐濃縮機［2］。目前我國生產的深錐濃縮機的直徑局限在30m以下，隨著我國選煤廠、選礦廠向大型化、高效化發展，以及礦產資源日趨貧、細、雜，尾礦輸送向高濃度輸送發展，大直徑深錐濃縮機的設計與應用具有十分重要的意義。

1大型深錐濃縮機的組成及工作過程

深錐濃縮機主要由濃縮池、橋架、傳動裝置、攪拌裝置、布料裝置、去氣裝置、電控裝置等組成。橋架安裝在濃縮池上，驅動裝置安裝在橋架上，驅動裝置下部連接攪拌裝置，橋架下部安裝有布料裝置，物料通過入料管進入布料裝置后，進入濃縮池中下部。當傳動裝置轉動時，帶動攪拌裝置回轉，沉降后的物料自動流向濃縮池集泥坑，由底流泵排出。圖1為直徑為24m的GNS－24型深錐濃縮機示意圖。1—橋架；2—深層布料裝置；3—傳動裝置；4—攪拌裝置；5—絮凝劑均勻混合裝置。圖1GNS－24型深錐濃縮機示意圖

2大型深錐濃縮機結構設計應考慮的問題

2．1濃縮池結構設計

深錐濃縮機濃縮池可采用鋼筋混凝土結構，也可采用鋼結構。濃縮池由直壁段、錐體及集泥坑等組成。小型深錐濃縮機濃縮池的特點是錐形濃縮池的高度大于直徑［3］。大直徑深錐濃縮機高徑比大于1顯然不實際，為了使大直徑深錐濃縮機能夠產生高濃度礦漿，可合理設置濃縮池直壁段高度和采用合適的錐體角度。根據沉降理論，濃縮礦漿在深錐濃縮機中的沉降存在4個區域，從上到下依次為澄清水區域、初始濃度區域、過渡區域和壓縮區域［4］。為了保證有足夠的澄清水區域高度，增加沉淀時間，方便安裝傾斜板或采用合適的深層布料方式，一般采用高的濃縮池直壁段；同時較高的濃縮池直壁段還能提供高濃度礦漿生成所需的壓縮層深度和壓縮容積［5］，以得到高濃度底流。大直徑深錐濃縮池直壁段設計時高度一般大于4m，比普通濃縮機和高效濃縮機的直壁段要高得多。小型深錐濃縮機錐體為單一角度，角度一般為30～60°，大直徑深錐濃縮機錐體一般采用變坡度錐體，即外側錐體角度為30～40°，內側錐體角度為45～55°，集泥坑錐體角度為60～65°。GNS－24深錐濃縮機為中型深錐濃縮機，濃縮池直壁段高6m，外側錐體角度為25°，集泥坑錐體角度為60°，這樣設計既可以降低濃縮池的高度，又有利于高濃度底流的自流和排放。

2．2深錐濃縮機橋架設計

深錐濃縮機橋架既是設備安裝維修的通道，又起到支承傳動裝置、攪拌裝置和布料裝置等部件的作用。與普通濃縮機相比，深錐濃縮機橋架的強度和剛度要高得多；特別是深錐濃縮機需要提耙時，提耙裝置對橋架產生向下的反作用力比普通濃縮機要大得多，這就對深錐濃縮機橋架的強度和剛度提出了更高的要求。在實際使用過程中曾出現深錐濃縮機正常運轉時橋架強度能滿足要求，但在提耙時橋架下塌的事故。基于以上原因，大直徑深錐濃縮機橋架可根據需要采用桁架結構或雙焊接工字鋼加上拱支撐結構。采用桁架結構可根據鋼結構設計規范進行設計，采用雙焊接工字鋼加上拱支撐結構可參考橋式起重機設計規范進行設計。在橋架強度計算和校核時應充分考慮以上各因素及提耙時的反作用力對橋架的影響。綜合考慮本研究GNS－24深錐濃縮機采用桁架結構橋架。

2．3傳動方式的選擇

深錐濃縮機在工作過程中由于添加絮凝劑或采用傾斜板裝置，處理能力是普通濃縮機的3～6倍，底流呈膏狀。濃縮池內的膏狀壓縮層完全覆蓋了攪拌裝置的耙架，耙架的運動對下部壓縮層膏狀礦漿產生很大的剪切作用力。因此和同直徑的普通濃縮機相比，深錐濃縮機的工作扭矩和驅動功率要大得多。雖然普通濃縮機的工作扭矩和驅動功率的計算公式有多種，考慮深錐濃縮機壓縮層的非沉降性，粗細粒趨向不分離，高濃度沉淀層的屈服應力、剪切變稀以及觸變性等因素，普通濃縮機選擇扭矩的經驗不能用于深錐濃縮機。根據深錐濃縮機驅動功率與刮泥耙的結構、礦漿的性質、處理量的大小及中心傳動軸的轉速等［6］，大直徑深錐濃縮機采用單電機或液壓馬達減速機驅動不能滿足大扭矩要求，一般采用多點驅動如三驅動或四驅動等，可根據需要選擇合適的工作扭矩。GNS－24深錐濃縮機傳動裝置采用三液壓馬達減速機驅動，四個液壓缸提耙。

2．4深錐濃縮機攪拌裝置設計

深錐濃縮機的攪拌裝置和普通濃縮機的耙架的作用不同，結構形式也不同。由于深錐濃縮機池底的角度能夠使高濃度礦漿接近自流，因此深錐濃縮機攪拌裝置的作用是進一步提高底流的濃度，防止深錐濃縮機底部的高濃縮沉淀物固結。耙架設計時應有足夠大的扭矩，以便能穿通沉降的漿狀物。為了防止集泥坑底流堵塞，可設計集泥錐坑獨立攪拌裝置，小耙設計成反螺旋結構，并在小錐坑底部安裝反沖水裝置。在使用過程中當工作扭矩超過最大扭矩60％時，應加大底流泵排礦量防止損害耙架或液壓馬達減速機齒輪。GNS－24深錐濃縮機在攪拌裝置底部設置有雙葉片反螺旋裝置，濃縮機攪拌裝置旋轉時雙葉片反螺旋將集泥坑下部的物料向上旋動，可有效防止濃縮池集泥坑內濃稠狀物料固結。

2．5采用合適的布料裝置

根據深層沉降理論采用合適的布料方式可以獲得較高的底流濃度和較低的溢流水濃度。常見的有E－Duc進料自稀釋布料裝置、Floc－Miser給料筒、深層旋流布料裝置等。GNS－24深錐濃縮機采用的是深層旋流布料方式，目的在于減小進料的湍流作用，使尾礦漿中的固體顆粒在濃縮機中分布均勻，粗顆粒很快沉入壓縮區，相對降低池體中、上部礦漿的濃度，有利于細粒物料的沉降。

3大型深錐濃縮機在實踐中的應用

大直徑GNS型深錐濃縮機已應用于國內部分選煤廠如山西沁新選煤廠、山西臨汾安澤縣佳潤鑫成煤業有限公司等，礦山尾礦水處理方面如山西代縣金升鐵礦、河北邯鄲武安市南洺河鐵礦、河南欒川寶華鎢鉬礦業有限公司也已選用大直徑深錐濃縮機，直徑為18～24m。根據現場使用情況，濃縮機溢流水固體質量濃度為0．5～10g／L，能夠達到循環水的補水回用要求；底流排出質量濃度為350～550g／L，能夠達到后續工藝要求，用戶反映良好。

4結語

我國目前對于大型深錐濃縮機的設計與開發還處于探索階段，通過對GNS－24深錐濃縮機濃縮池的結構、橋架、傳動裝置、攪拌裝置及布料裝置的設計探討，以期為大型深錐濃縮機的設計和使用提供借鑒。

5參考文獻

［1］郭立朋，王壯壯，齊麗麗，等．NUW8高效深錐濃縮機的特點及應用［J］．煤礦機械，2011，32（5）：144－145．

［2］盧東方．鋁土礦脫硅水力分選設備的研究［D］．長沙：中南大學，2009．

［3］鄭立楊．全尾砂的高效濃縮及其流變特性研究［D］．濟南：山東科技大學，2013．

［4］呂一波，司亞梅．濃縮機技術理論及設備發展［J］．選煤技術，2006（5）：62－66＋92．

［5］王春喬．深錐高效濃縮機在欒川浮選白鎢粗精尾礦中的應用［J］．現代制造技術與裝備，2017（5）：117＋155．

［6］劉昊，劉廷安．尾礦處理的新方法———膏狀尾礦地面堆放技術［J］．礦業工程，2003（6）：25－31．

作者：陳慶來 單位：淮北職業技術學院