CN110221087B - 一种黄金矿山尾矿浆自动抽滤脱水性能测试系统及方法 - Google Patents

一种黄金矿山尾矿浆自动抽滤脱水性能测试系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明是一种黄金矿山尾矿浆自动抽滤脱水性能测试系统及方法，属于黄金矿山全尾砂膏体充填领域。该系统包括中央自动控制系统、给料系统、絮凝剂制备及供给系统、供水系统、双盘抽滤系统、滤饼含水率测定系统。选厂的全尾矿浆泵送进入给料系统的盛料斗，自动控制定量的全尾砂浆至双盘抽滤系统，按照系统压力和料浆浓度要求自动供应稀释水和调压水，制备并供给絮凝剂，待盘中滤饼表层无上层水后，中央自动控制系统自动输出测试报告。本发明能够实现黄金矿山不同物化性质的尾矿浆自动抽滤脱水性能测试，测试精度高，避免了人工配料等繁琐操作和人工控制误差，操作方便简易，保证了在具体的矿山尾矿脱水工艺设计中有准确的试验数据作为支撑，同时也为实验室试验提供了一种高效便捷的试样脱水方法。

Description

一种黄金矿山尾矿浆自动抽滤脱水性能测试系统及方法
技术领域
本发明专利属于黄金矿山全尾砂膏体充填领域，具体涉及黄金矿山尾矿浆自动抽滤脱水性能测试系统及测试方法。
背景技术
绿色环保是矿业发展的大趋势，而充填采矿，特别是膏体充填，逐渐成为了矿山企业绿色发展的重要组成部分。选厂尾矿脱水工艺是矿山尾矿膏体充填料制备的一个重要环节，脱水质量的好坏直接影响充填质量。
选厂尾矿浆脱水是矿山尾矿膏体充填料制备的一个重要环节，对不同物化性质的尾矿，其脱水性能不同。目前矿山主要采用立式砂仓、深锥浓密机和压滤机进行选厂尾矿浓密脱水，而真空抽滤作为尾矿脱水的一种选择方式用于矿山尾矿膏体充填料制备应用不多，不同物化性质的尾矿浆进行抽滤脱水之前需要对其抽滤性能开展室内试验研究，对抽滤脱水时的矿浆浓度、絮凝剂添加量、抽滤负压、滤饼含水率、滤液固含量等参数有准确的把握，以为尾矿高效率抽滤条件以及最佳设备选型提供可靠依据。
传统的膏体充填浓密脱水工艺参数确定多在经验的基础上、预留一定的富裕系数，部分在实验室检测的结果精度低，误差大，造成尾矿浆浓密脱水工艺选择不合理，技术参数不精确，投资大、运行效果差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种黄金矿山尾矿浆自动抽滤脱水性能测试系统及方法，实现黄金矿山不同物化性质的尾矿浆自动抽滤脱水性能测试，测试精度高，避免了人工配料等繁琐操作和人工控制误差，操作方便简易，保证在具体的矿山尾矿脱水工艺设计中有准确的试验数据作为支撑，同时也为实验室试验提供一种高效便捷的试样脱水方法，确定最优的尾矿浓密脱水工艺，精确尾矿浆浓密脱水技术参数，为膏体充填浓密脱水提供可靠依据。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种黄金矿山尾矿浆自动抽滤脱水性能测试系统，包括用于盛装尾砂浆的盛料斗，作为系统水源的水槽以及絮凝剂制备及供给子系统，其特征在于：还包括滤筒直径不等的两个滤盘组以及位于两个滤盘组下方的负压罐；盛料斗坐落安装在第一电子秤上，并且盛料斗上安装有盛料斗液位传感器；还包括上端连接盛料斗的第一管，第一管下端分别通过带有第五流量控制阀和第六流量控制阀的支管路连接两个滤盘组；两个滤盘组的下端分别通过管路连接负压罐；水槽与负压罐之间通过第二管互相连接，该第二管上安装有流量计和第三流量控制阀；絮凝剂制备及供给子系统通过带有流量计和第一流量控制阀的第三管连接第一管；第二管通过带有流量计和第二流量控制阀的第四管连接第一管；第一管带有流量计和第四流量控制阀；负压罐连接有真空泵，真空泵连接有回水槽，所述回水槽坐落安装在第二电子秤上；水槽上安装有水槽液位传感器；回水槽上安装有回水槽液位传感器。
优选地，还包括控制子系统，所述控制子系统包括安装在机箱内的上位机、下位机和以太网模块；全部流量控制阀、全部流量计、全部液位传感器以及全部电子秤均由所述控制子系统控制工作；上位机的操作系统用于显示参数。
利用所述的黄金矿山尾矿浆自动抽滤脱水性能测试系统实施测试的方法，其特征在于：
(1)、测试砂浆浓度：
(a)、通过盛料斗液位传感器得到砂浆液位H1，则砂浆体积V1＝(H1/H)×V，式中，H为盛料斗1深度已知，V为盛料斗1总容积已知；
(b)、通过第一电子秤得到砂浆质量M0，按照公式(M1/ρ1)+M2/ρ2＝V1以及公式M1+M2＝M0；计算出砂浆内干尾砂量M1和水的质量M2，式中，ρ1为砂浆中尾砂的密度已知，ρ2为水的密度已知；
然后计算出砂浆浓度＝M1/M0×100％；
(2)、测试滤液含固率：
(a)、通过第一管上的流量计得到砂浆给料流量Q1，第四管6上的流量计显示供水流量Q2，按照公式Q2＝Q1/V1×(M1/Y-M0)×ρ2的要求自动控制Q2；式中Y为设计的尾砂浆质量浓度已知，ρ2为水的密度已知；
(b)、通过回水槽液位传感器得到回水槽内滤液液位H2，则回水槽内滤液体积V2＝(H2/H3)×V3，式中，H3为回水槽深度已知，V3为回水槽总容积已知；
(c)、通过第二电子秤得到滤液质量M3，按照公式(M4/ρ1)+M5/ρ2＝V1以及公式M4+M5＝M3；计算出滤液内干尾砂量M4和水的质量M5，式中，ρ1为滤液中尾砂的密度已知，ρ2为水的密度已知；
然后计算出回水槽内滤液含固率＝M4/M5×100％；
(3)、测试滤饼含水率：
(a)、絮凝剂制备及供给子系统制备好的絮凝剂通过第三管上的流量计得到絮凝剂给料流量Q3，按照公式Q3＝Q1/V1×M1×X/1000的要求自动控制Q3；式中X为设计的絮凝剂添加量(处理一吨干矿量需添加絮凝剂的克数)设定；
(b)、为保证负压罐和真空泵产生抽滤压力保持在0.05-0.06MPa，压水量通过第三流量控制阀16控制得到调压水流量Q4；
(c)、滤饼含水率α按照公式α＝(M2+Q2T+Q3T+Q4T-M5)/(M0+Q2T+Q3T+Q4T-M3)×100％计算得到，式中T为抽滤完本批次料浆所用的时间。
优选地，还包括以下步骤：
(4)、测试真空抽滤系统单位面积滤饼产量：
(a)、滤饼产量C按照公式C＝(M0+Q2T+Q3T+Q4T-M3)/(T*S)计算，式中S为设计滤网的面积已知；
(b)、干基产量D按照公式D＝C×(1-α)计算；
(5)、滤布网度(粒径)Rm选型：
(a)、于时间T内通过面积S的过滤层得到的滤液体积Va按照公式Va＝M4/ρ1+M5/ρ2-(Q2T+Q3T+Q4T)；
(b)、滤布网度(粒径)Rm按照公式
Figure BDA0002114045010000031
进行计算；式中动力粘度μ已知，滤饼平均质量比阻am已知，抽滤压力P设定为0.05-0.06Mpa。
本发明的积极效果在于：
本发明自动化程度高，简单高效，占地面积不大，是一种在黄金矿山工程现场和实验室均可使用的尾矿浆自动抽滤脱水性能测试系统及方法。
本发明的测试系统及方法，从上至下依次把水槽和絮凝剂槽、盛料斗、直径不等的两个滤盘组、负压罐，真空泵固定于铁支架内，底部设置排水口和回水池；抽滤时，将待脱水料浆倒入盛料斗，根据要求的尾矿浆浓度添加稀释水和絮凝剂，选择合适尺寸的滤盘组，开启真空泵抽滤水分，滤液自上而下排出，并通过回水池回收；抽滤速度与料浆物化性质，质量浓度以及抽滤负压大小等因素有关，根据抽滤过程中各参数的测定可以确定出不同物化性质尾矿的抽滤性能，从而为具体的矿山尾矿脱水工艺设计提供准确的试验数据，同时能够为实验室试验提供一种高效便捷的试样脱水方式，设备操作方便，抽滤效率高，在实验室和现场均可使用。
选厂的全尾矿浆泵送进入给料系统的盛料斗，自动控制定量的全尾砂浆至双盘抽滤系统，按照系统压力和料浆浓度要求自动供应稀释水和调压水，制备并供给絮凝剂，待盘中滤饼表层无上层水后，中央自动控制系统自动输出测试报告。
本发明根据抽滤过程可以确定不同物化性质尾矿的抽滤性能试验参数，实现了不同物化性质尾矿的抽滤性能测试试验自动化，测试精度高，避免了人工配料等繁琐操作和人工控制误差，操作方便简易，保证了在具体的矿山尾矿脱水工艺设计中有准确的试验数据作为支撑，同时也为实验室试验提供了一种高效便捷的试样脱水方式。
附图说明
图1为本发明抽滤脱水性能测试系统实施例的结构及工作原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明。
如图1，本发明抽滤脱水性能测试系统的实施例包括用于盛装尾砂浆的盛料斗1，作为系统水源的水槽2以及絮凝剂制备及供给子系统21，还包括直径分别为400mm和200mm的第一滤盘组12、第二滤盘组13以及位于第一滤盘组12、第二滤盘组13下方的负压罐15。盛料斗1坐落安装在第一电子秤7上，并且盛料斗1上安装有盛料斗液位传感器。黄金矿山全尾矿浆由泵送至盛料斗1内，通过第一电子秤7称出盛料斗1内尾砂浆质量，通过体积刻度或者盛料斗液位传感器读出盛料斗1内尾砂浆体积。水槽2上安装有水槽液位传感器。
絮凝剂制备及供给子系统21包括絮凝剂容器以及用于搅拌容器内物料的磁力搅拌机。
本实施例还包括上端连接盛料斗1的第一管3，第一管3下端分别通过带有第五流量控制阀11和第六流量控制阀10的支管路连接第一滤盘组12和第二滤盘组13。
第一滤盘组12和第二滤盘组13的下端分别连接有一段塑料软管，两根塑料软管的下端均连接负压罐15。水槽2与负压罐15之间通过第二管4互相连接，该第二管4上安装有流量计和第三流量控制阀16。絮凝剂制备及供给子系统21通过带有流量计和第一流量控制阀20的第三管5连接第一管3。第一流量控制阀20用于控制絮凝剂的流量。两种尺寸的滤盘组可根据尾矿浆处理量的多少而切换，切换操作通过控制第五流量控制阀11和第六流量控制阀10实现。通过第五流量控制阀11和第六流量控制阀10控制配置好的尾矿浆流向。第二管4通过带有流量计和第二流量控制阀8的第四管6连接第一管3。第二流量控制阀8用于控制稀释水的流量。第一管3带有流量计和第四流量控制阀9，第一管3上的流量计和第四流量控制阀9位于第一管3与第三管5连接点以及第一管3与第四管6连接点的上方。第四流量控制阀9用于调节尾矿浆的流量。
负压罐15连接有真空泵17，真空泵17连接有回水槽19，所述回水槽19坐落安装在第二电子秤18上，并且回水槽19上安装有回水槽液位传感器。通过第二电子秤18称量出滤液质量。通过计算测定滤液的固含率。
通过负压罐15和真空泵17产生抽滤压力，抽滤压力的大小通过水槽2供给的调压水调节，调压水量通过第三流量控制阀16控制。
抽滤时，将黄金矿山全尾矿浆泵送至盛料斗1，并在水槽2中注入自来水，絮凝剂容器(絮凝剂槽)中注入1‰絮凝剂。根据不同的尾矿浆稀释浓度和絮凝剂添加量要求，通过操作系统控制对应的流量控制阀来配制尾矿浆。根据处理量的不同选择不同的滤盘组进行抽滤，开启真空泵17，控制调压水流量调节抽滤压力的大小，抽滤速度与料浆物化性质，质量浓度以及抽滤负压大小等因素有关。抽出的滤液排入回水槽19称重，测定滤液的固含率。
本实施例还包括控制子系统，所述控制子系统包括安装在机箱内的上位机22、下位机24和以太网模块23。上位机22通过以太网模块23与下位机24相连接并通信。所述的下位机24包括PLC自动控制室内的交换机、CPU、输入输出模块(AI、AO、CI、CO)和端子排等等，本系统中的全部流量控制阀、全部流量计、全部液位传感器、全部电子秤属于控制的现场设备，它们分别与控制子系统连接并通信。上位机的操作系统显示参数。
本实施例所述的滤盘组(包括第一滤盘组12和第二滤盘组13)具有相同的结构：它包括一个下端外侧带有外螺纹的不锈钢筒和一个带有内螺纹的不锈钢凸台，所述外螺纹与内螺纹配合连接将滤盘以及滤盘上的滤网固定于不锈钢筒内下端。不锈钢筒上端带有盖，盖与带有第五流量控制阀11和第六流量控制阀10的支管路相连接。其中不锈钢筒可拆卸，需要取出滤饼时旋转卸下不锈钢筒。不锈钢凸台下侧固定于滤盘机箱14的上表面，滤盘机箱14连接在铁支架上。
以下是本发明测试实施例。
(1)、测试砂浆浓度：
(a)、通过盛料斗液位传感器得到砂浆液位H1，则砂浆体积V1＝(H1/H)×V，式中，H为盛料斗1深度已知，V为盛料斗1总容积已知；
(b)、通过第一电子秤(7)得到砂浆质量M0，按照公式(M1/ρ1)+M2/ρ2＝V1以及公式M1+M2＝M0；计算出砂浆内干尾砂量M1和水的质量M2，式中，ρ1为砂浆中尾砂的密度已知，ρ2为水的密度已知；
然后计算出砂浆浓度＝M1/M0×100％；
实际数据：
(a)、盛料斗液位传感器得到砂浆液位H1＝3.00cm，H＝25.00cm，V＝31400.00ml。
则砂浆体积V1＝(H1/H)×V＝3768.00ml；
(b)、称重砂浆质量M0＝5017.69g，ρ1＝2.65，ρ2＝1，按照公式(M1/ρ1)+M2/ρ2＝V1以及公式M1+M2＝M0；计算出砂浆内干尾砂量M1＝2007.08g和水的质量M2＝3010.61g。
然后计算出砂浆浓度＝M1/M0×100％＝40.00％。
(2)、测试滤液含固率：
(a)、通过第一管3上的流量计得到砂浆给料流量Q1，第四管6上的流量计显示供水流量Q2，按照公式Q2＝Q1/V1×(M1/Y-M0)×ρ2的要求自动控制Q2；式中Y为设计的尾砂浆质量浓度已知，ρ2为水的密度已知；
(b)、通过回水槽液位传感器得到回水槽内滤液液位H2，则回水槽内滤液体积V2＝(H2/H3)×V3，式中，H3为回水槽19深度已知，V3为回水槽19总容积已知；
(c)、通过第二电子秤(18)得到滤液质量M3，按照公式(M4/ρ1)+M5/ρ2＝V1以及公式M4+M5＝M3；计算出滤液内干尾砂量M4和水的质量M5，式中，ρ1为滤液中尾砂的密度已知，ρ2为水的密度已知；
然后计算出回水槽内滤液含固率＝M4/M5×100％；
实际数据：
(a)、砂浆给料流量Q1＝100.00ml/s，Y＝20.00％,按照公式Q2＝Q1/V1×(M1/Y-M0)×ρ2计算出Q2＝133.17ml/s。
(b)、回水槽液位传感器得到滤液液位H2＝7.9cm，H3＝25.00cm，V＝31400.00ml。则回水槽内滤液体积V2＝(H2/H3)×V＝9922.40ml；
(c)、称重砂浆质量M3＝10000g，ρ1＝2.65，ρ2＝1，按照公式(M4/ρ1)+M5/ρ2＝V2以及公式M4+M5＝M3；计算出滤液内干尾砂量M4＝99.85g和水的质量M5＝9884.72g。
然后计算出回水槽内滤液含固率＝M4/M5×100％＝1.00％；
(3)、测试滤饼含水率：
(a)、絮凝剂制备及供给子系统(21)制备好的絮凝剂通过第三管5上的流量计得到絮凝剂给料流量Q3，按照公式Q3＝Q1/V1×M1×X/1000的要求自动控制Q3；式中X为设计的絮凝剂添加量(处理一吨干矿量需添加絮凝剂的克数)设定；
(b)、为保证负压罐15和真空泵17产生抽滤压力保持在0.05-0.06Mpa(设定的)，压水量通过第三流量控制阀16控制得到调压水流量Q4；(控制抽滤压力一定时，调压水流量Q4是定值)；
(c)、滤饼含水率α按照公式α＝(M2+Q2T+Q3T+Q4T-M5)/(M0+Q2T+Q3T+Q4T-M3)×100％计算得到，式中T为抽滤完本批次料浆所用的时间；
实际数据：
(a)、设定X＝50g/t，絮凝剂给料流量Q3＝Q1/V1×M1×X/1000＝2.66ml/s。
(b)、P＝0.05MPa，调压水流量Q4＝55.54ml/s。
(c)、计时得到T＝37.68s，滤饼含水率α按照公式α＝(M2+Q2T+Q3T+Q4T-M5)/(M0+Q2T+Q3T+Q4T-M3)×100％＝15.00％。
(4)、测试真空抽滤系统单位面积滤饼产量：
(a)、滤饼产量C按照公式C＝(M0+Q2T+Q3T+Q4T-M3)/(T*S)计算，式中S为设计滤网的面积。
(b)、干基产量D按照公式D＝C×(1-α)计算。
实际数据：
(a)、设计滤网的面积S＝0.1256㎡，滤饼产量C按照公式C＝(M0+Q2T+Q3T+Q4T-M3)/(T*S)＝474.12g/(㎡s)
(b)、干基产量D按照公式D＝C×(1-α)＝403.00g/(㎡s)。
(5)、滤布网度(粒径)Rm选型：
(a)、于时间T内通过面积S的过滤层得到的滤液体积Va按照公式Va＝M4/ρ1+M5/ρ2-(Q2T+Q3T+Q4T)；
(b)、滤布网度(粒径)Rm按照公式
Figure BDA0002114045010000071
进行计算；式中动力粘度μ已知(物料本身性质决定的已知参数)，滤饼平均质量比阻am已知(滤饼本身性质决定的已知参数)，抽滤压力P设定的0.05-0.06Mpa。
实际数据：
(a)、时间T内通过面积S的过滤层得到的滤液体积Va按照公式Va＝M4/ρ1+M5/ρ2-(Q2T+Q3T+Q4T)＝2711.72ml。
(b)、已知动力粘度μ＝0.3Pas，抽滤压力P＝0.05MPa＝50000Pa，干基产量D＝403.00kg/(㎡s)，am＝6685.5，滤液体积Va＝2711.72ml，S＝0.1256㎡
滤布网度(粒径)Rm选型按照公式
Figure BDA0002114045010000072
计算得出，Rm＝0.003245cm＝34.99微米。

Claims (2)

1.黄金矿山尾矿浆自动抽滤脱水性能测试方法，其特征在于：利用黄金矿山尾矿浆自动抽滤脱水性能测试系统进行测试，所述黄金矿山尾矿浆自动抽滤脱水性能测试系统包括用于盛装尾砂浆的盛料斗(1)，作为系统水源的水槽(2)以及絮凝剂制备及供给子系统(21)，还包括滤筒直径不等的两个滤盘组以及位于两个滤盘组下方的负压罐(15)；盛料斗(1)坐落安装在第一电子秤(7)上，并且盛料斗(1)上安装有盛料斗液位传感器；还包括上端连接盛料斗(1)的第一管(3)，第一管(3)下端分别通过带有第五流量控制阀(11)和第六流量控制阀(10)的支管路连接两个滤盘组；两个滤盘组的下端分别通过管路连接负压罐(15)；水槽(2)与负压罐(15)之间通过第二管(4)互相连接，该第二管(4)上安装有流量计和第三流量控制阀(16)；絮凝剂制备及供给子系统(21)通过带有流量计和第一流量控制阀(20)的第三管(5)连接第一管(3)；第二管(4)通过带有流量计和第二流量控制阀(8)的第四管(6)连接第一管(3)；第一管(3)带有流量计和第四流量控制阀(9)；负压罐(15)连接有真空泵(17)，真空泵(17)连接有回水槽(19)，所述回水槽(19)坐落安装在第二电子秤(18)上；水槽(2)上安装有水槽液位传感器；回水槽(19)上安装有回水槽液位传感器；
测试步骤如下：
(1)、测试砂浆浓度：
(a)、通过盛料斗液位传感器得到砂浆液位H1，则砂浆体积V1＝(H1/H)×V，式中，H为盛料斗(1)深度已知，V为盛料斗(1)总容积已知；
(b)、通过第一电子秤(7)得到砂浆质量M0，按照公式(M1/ρ1)+M2/ρ2＝V1以及公式M1+M2＝M0；计算出砂浆内干尾砂量M1和水的质量M2，式中，ρ1为砂浆中尾砂的密度已知，ρ2为水的密度已知；
然后计算出砂浆浓度＝M1/M0×100％；
(2)、测试滤液含固率：
(a)、通过第一管(3)上的流量计得到砂浆给料流量Q1，第四管(6)上的流量计显示供水流量Q2，按照公式Q2＝Q1/V1×(M1/Y-M0)×ρ2的要求自动控制Q2；式中Y为设计的尾砂浆质量浓度已知，ρ2为水的密度已知；
(b)、通过回水槽液位传感器得到回水槽内滤液液位H2，则回水槽内滤液体积V2＝(H2/H3)×V3，式中，H3为回水槽(19)深度已知，V3为回水槽(19)总容积已知；
(c)、通过第二电子秤(18)得到滤液质量M3，按照公式(M4/ρ1)+M5/ρ2＝V1以及公式M4+M5＝M3；计算出滤液内干尾砂量M4和水的质量M5，式中，ρ1为滤液中尾砂的密度已知，ρ2为水的密度已知；
然后计算出回水槽内滤液含固率＝M4/M5×100％；
(3)、测试滤饼含水率：
(a)、絮凝剂制备及供给子系统(21)制备好的絮凝剂通过第三管(5)上的流量计得到絮凝剂给料流量Q3，按照公式Q3＝Q1/V1×M1×X/1000的要求自动控制Q3；式中X为处理一吨干矿量需添加絮凝剂的克数；
(b)、为保证负压罐(15)和真空泵(17)产生抽滤压力保持在0.05-0.06MPa，压水量通过第三流量控制阀(16)控制得到调压水流量Q4；
(c)、滤饼含水率α按照公式α＝(M2+Q2T+Q3T+Q4T-M5)/(M0+Q2T+Q3T+Q4T-M3)×100％计算得到，式中T为抽滤完本批次料浆所用的时间；
(4)、测试真空抽滤系统单位面积滤饼产量：
(a)、滤饼产量C按照公式C＝(M0+Q2T+Q3T+Q4T-M3)/(T*S)计算，式中S为设计滤网的面积已知；
(b)、干基产量D按照公式D＝C×(1-α)计算；
(5)、滤布网度Rm选型：
(a)、于时间T内通过面积S的过滤层得到的滤液体积Va按照公式Va＝M4/ρ1+M5/ρ2-(Q2T+Q3T+Q4T)；
(b)、滤布网度Rm按照公式
Figure FDA0003160995780000021
进行计算；式中动力粘度μ已知，滤饼平均质量比阻am已知，抽滤压力P设定为0.05-0.06Mpa。
2.如权利要求1所述的黄金矿山尾矿浆自动抽滤脱水性能测试方法，其特征在于：所述黄金矿山尾矿浆自动抽滤脱水性能测试系统还包括控制子系统，所述控制子系统包括安装在机箱内的上位机(22)、下位机(24)和以太网模块(23)；全部流量控制阀、全部流量计、全部液位传感器以及全部电子秤均由所述控制子系统控制工作；上位机的操作系统用于显示参数。
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