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●How to Cite this Article
Hans Journal of Chemical Engineering and Technology
化学工程与技术
, 2014
, 4, 6-10
http://dx.doi.org/10.12677/hjcet.2014.41002
Published Online
January 2014 (http://www.hanspub.org/journal/hjcet
.html
)
OPEN ACCESS
6
Mobile Mine Mud Treatment Equipment Operation
Parameters Optimization Research
Xue
min
Miao
1
,
Guozhon g
Huang
1*
,
Deng
kun
Li
2
, Junfeng
Wang
1
,
Lijie
Bao
1
,
Jian
qing
Zhou
1
1
School of Civil and Environmental Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing
2
Inner Mongolia North Hea vy Industries Group, Baotou
Email:
*
hjxhuanggz@163.com
Received: Oct. 9
th
, 2013; revised: Nov. 13
th
, 2013; accepted: Nov
.
24
th
, 2013
Copyright © 201
4
Xuemin Miao
et al
. This is an open access article distributed under the Creative Commons Attribution License, which permits
unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provid
ed the original work is properly cited. In accordance of the Creative Commons
Attribution License all Copyrights © 201
4
are reserved for Hans and the owner of the in tellectual property Xuemin Miao
et al. All Copyright © 201
4
are guarded by law and by Hans as a guardian.
Abstract:
According to the characteristics of the mine slurry produced in process of Tongkeng Mine, through the de-
termination of filter cake moisture content, dry mud yield and solid recovery rate,
it
examines
the effects of mobile
mine mud treatment of main operating parameters of equipment of the dosage, filter press moving speed, belt tension,
mud volume and water content of s
ludge on sludge dewatering. The re
sult shows that
when
the dosage is 3
-
4 mg/g
(PA
M/ Al
2
(SO
4
)
3
= 1:1),
belt moving speed is 2
-
3 m/min,
belt tension is 3
-
3.5 kg/cm
2
and
mud volume is
0.8 L/S,
mud becomes a
solid pie after dehydration, s
olid recovery
is
above 92% and moisture content is below 40%.
Keywords:
Slurry
of
Mine; The Dehydration Effect; The Moisture Content; Solid Recovery
移动式矿井泥浆处理设备运行参数研究
苗学敏
1
,黄国忠
1*
,李登琨
2
,王俊峰
1
,包丽洁
1
,周建情
1
1
北京科技大学土木与环境工程学院,北京
2
内蒙古北方重工业集团有限公司,包头
Email:
*
hjxhuanggz@163.com
收稿日期:
2013
年
10
月
9
日;修回日期:
2013
年
11
月
13
日;录用日期:
2013
年
11
月
24
日
摘
要:
根据铜坑矿开采过程中所产生的矿井泥浆的性质特点,通过对泥饼含水率、干泥浆产量和固体回收率
等测定分析,研究了移动式矿井泥浆处理设备主要运行参数投药量、压滤机滤带移动速度、滤带张力、进泥量
以及进泥含水率对泥浆处理效果的影响。结果表明:投药量为
3~4
mg/g
(
PAM
/Al
2
(SO
4
)
3
=
1:1
)
、滤带移动速度为
2~3
m/min
、滤带张力为
3~3.5
kg/cm
2
、进泥量为
0.8
L/S
时,泥浆处理后泥饼呈固态饼状,固体回收率在
92%
以
上,含水率降到
40%
以下。
关键词:
矿井泥浆;脱水效果;含水率;固体回收率
1.
引言
金属矿山在开采过程中由于地理和气候环境的
作用,会产生采矿副产物矿井泥浆
[1]
。由于矿井泥浆
具有泥浆量较大、含水率高、易于流动和沉积等特点,
所以矿井泥浆会大量赋存于井下开采巷道、排水沟渠
以及储水水仓中,既影响了正常生产的作业环境又增
加了井下清淤工作量
[2]
。
长期以来,铜坑矿井下的排水与排泥是分开的,
*
通讯作者。
移动式矿井泥浆处理设备运行参数研究
OPEN ACCESS
7
即先排水后再把沉淀下来的泥浆用人工清浆方式进
行清理装车,再转运至采空区或地面废石厂进行处理。
但因采用的人工清浆方式存在清浆时间长,工效低等
问题;同时井下泥浆存储点分散,很大程度上影响到
其他生产环节的顺利进行;经井下实地调研发现巷道
中水流经之处均有泥浆存在,水沟经常被泥浆堵塞,
致使泥水浸入有轨运输系统的轨道线路,给生产和运
输带来极大的不便
[3
,4]
。
国内外,关于污泥脱水研究大部分是工业污泥和
生活污泥,而矿井泥浆脱水研究的还比较少,因此,
本文在对铜坑矿矿井泥浆的性质进行分析的基础上,
研究了投药量、压滤机滤带移动速度、滤带张力、进
泥量以及进泥含水率等因素对泥浆脱水效果的影响,
为下一步实现泥浆脱水设备工业化提供依据。
2.
试验部分
2.1.
试验材料
实验所用材料来自广西华锡集团铜坑矿矿井水
仓的泥浆。泥浆初始含水率为
95
%(
表
1)
。
2.2.
试验工艺流程及装置
如图
1
~3
。
2.3.
试验方法
取水仓泥浆
作为
试验材料,含水率为
95%
,使用
泥浆泵把泥浆提升至加药池,在加药池中进行加药搅
拌后进入泥浆浓缩池进行浓缩,上清液排出,然后泥
浆从浓缩池的底部进入脱水设备的布泥装置,布泥装
置可以将泥浆均匀分布在滤布上,并且可控制进泥量,
压滤机的滤带移动速度和滤带张力可以根据试验需
要调整。最后取压滤泥饼,测定泥饼的含水率、干泥
浆产量、固体回收率。
2.4.
分析项目
1)
泥饼含水率
将坩埚放入
105
℃的烘箱中烘烤
2
小时后取出,
称重
G
1
放在干燥器中冷却至室温,用量移液管量取
10
ml
污泥,放入坩埚,称重
G
2
;将坩埚放入
105
℃的
烘箱中烘烤
24
小时后取出然后称重
G
3
;坩埚自重
G
1
。
Table 1. Slurry characteristics of Tongkeng Mine
表
1.
铜坑矿矿井泥浆特性
检测指标
质量含水率
(%)
CST
(s)
污泥沉降比
SV(%)
泥浆浓度
MLSS
(
g/L
)
pH
95
30~46 7~10
50~70
7.5~
8.5
泥浆收集
加药
泥浆浓缩
机械脱水
出泥
Figure 1. Process flow diagram
图
1.
工艺流程示意图
Figure 2. Dynamic test device schematic diagram
图
2.
动态试验装置示意图
加药桶
压滤脱水机
运输机
污泥池
清水桶
移动式矿井泥浆处理设备运行参数研究
OPEN ACCESS
8
Figure 3. Sludge dewatering equipment physical figure
图
3.
泥浆处理设备实物图
23
21
s
GG
T
GG
−
=
−
(1)
2)
干泥浆产量
干泥浆产量是指压滤机在一小时内产生的泥饼
的重量,此处的泥浆重量是泥浆干重。
将
t
(
单位小时
/H
)
时间内产生的泥饼进行烘干试
验,其方法按照上述方法进行,得到干泥重量
G
(
单位
千克
/kg
)
G
V
t
=
(2)
3)
固体回收率
固体回收率是泥饼中的固体量占脱水泥浆中总
干固体量的百分比,用
η
表示。
η
越高,说明泥浆脱
水后转移到泥饼中的干固体越多,随滤液流失的干固
体越少,脱水率越高。
η
可用下式计算:
( )
( )
0
0
e
e
CC C
CC C
µ
µ
η
−
=
−
(3)
式中
C
μ
为泥饼的含水率
(%)
;
C
e
为滤液中的含水率
(%)
;
C
0
为脱水机进泥的含水率
(%)
。
3.
结果与讨论
3.1.
投药量对泥浆脱水效果的影响
当泥浆含水率为
95%
、进泥量为
0.8
L/S
、带速为
3
m/m in
、带压为
3 kg/cm
2
、冲洗水压为
0.5
KPa
时,
由图
4
可以得出:随着投药量的增加,泥浆固体回收
率明显提高,但当投药量增大到
4
mg/g
(
PAM/Al
2
(SO
4
)
3
Figure 4. The effect of adding dose on dry mud yield, mud cake
moisture content and solid recovery
图
4.
投药量对干泥浆产量、泥饼含水率和固体回收率的影响
=
1:1
)
[5]
时,固体回收率达到高峰值
(
即
94%)
,而后即
便再增加投药量,固体回收率反呈下降的趋势,说明
投药量增大,泥浆粘性已增大到影响泥浆的固体回收
率
[6,7]
;处理后泥饼含水率随着投药量增加而降低,当
投药量增加到
4
mg/g
(
PAM
/Al
2
(SO
4
)
3
=
1:1
)
时,再增加
投药量泥饼含水率下降并不明显,综合考虑泥饼含水
率和固体回收率效果,投药量选择在
3~4
mg/g
(PAM/
Al
2
(SO
4
)
3
= 1:1)
为最佳范围。
3.2.
滤带移动速度对脱水效果的影响
当进泥量为
0.8
L/S
、带压为
3
kg /cm
2
、冲洗水压
为
0.5
KPa
、投药量为
3
mg/g
(PAM
/Al2(SO4)3
= 1:1)
时,由图
5
可以看出,随着滤带移动速度的增加,泥
饼的含水率逐渐升高,滤带速度过快,泥浆被挤压的
时间变短,泥浆内部毛细水和结合水只有一部分被压
出
;泥浆的成饼情况也随着滤带的速
度的增加而变差,
移动速度变快泥饼变薄
[8]
,引起泥饼剥离困难;泥浆
固体回收率随着滤带移动速度变快而降低,是由于泥
30
50
70
90
110
120
130
140
1
2
3
4
5
百分率
%
干泥浆产量
kg/h
投药量
mg/g
干泥浆产量
泥饼含水率
固体回收率
移动式矿井泥浆处理设备运行参数研究
OPEN ACCESS
9
Figure 5. The effect of belting speed on the dry mud yield, mud
cake moisture content and solid recovery
图
5.
滤带移动速度对干泥浆产量、泥饼含水率和固体回收率的影
响
浆在重力脱水区没有将自由水完全去除,泥浆进入低
压区时仍成流动状态,部分泥浆从滤带侧面漏出,影
响泥浆的固体回收率,因此,选择滤带移动速度
2~
3
m/min
。
3.3.
滤带张力对脱水效果的影响
滤带张力决定了泥浆在剪切区所受压力的大小,
滤带张力过大,干泥浆产量会大幅下降,这是由于泥
浆受张力挤压漏出网带的原因,滤带张力与泥饼含水
率成反比。
有图
6
可知,当进泥量为
0.8
L/S
、投药量为
3
mg/g
(PAM
/Al
2
(SO
4
)
3
= 1:1)
、带速为
3
m/mi n
、冲洗水
压为
0.5
KPa
时,当滤带张力达到
3~
3.5
kg/cm
2
时干
泥浆产率最高,但张力再提高,干泥浆产量反而下降。
考虑滤带张力对泥饼含水率、固体回收率、干泥浆产
量的影响,张力在
3~
3.5
kg/cm
2
为理想张力范围。
3.4.
进泥量对脱水效果的影响
进泥量的多少直接关系到重力脱水效果及进入
挤压脱水区的泥饼厚度,对出泥含水率、成饼率、固
体回收率产生影响。进泥量越小,泥浆在重力区停留
时间越长,脱水效果越好,泥饼含水率越低,出泥成
饼率与进泥量的增加成反比,同时脱水机滤出的上清
液悬浮物浓度与进泥量的增加成正比。
当投药量为
3
mg/g
(PAM
/Al
2
(SO
4
)
3
= 1:1)
、带速为
3
m/m in
、带压为
3 kg/cm
2
、冲洗水压为
0.5
KPa
时,
由图
7
可知,干泥浆产量受进泥量的影响比较大,随
Figure 6. The effect of belt tension on the dry mud yield, mud cake
moisture content and solid recovery
图
6.
滤带张力对干泥浆产量、泥饼含水率和固体回收率的影响
Figure 7. The effect of mud volume on the dry mud yield, mud
cake moisture content and solid recovery
图
7.
进泥量对干泥浆产量、泥饼含水率和固体回收率的影响
着泥浆进泥量增加干泥浆产量也逐渐增加,当进泥量
大于
0.8
L/S
时,设备滤带两侧出现漏泥现象,干泥
浆产量呈现下降趋势,成饼率低。因此,最佳的进泥
量为
0.8
L/S
。
3.5.
进泥含水率对脱水效果的影响
当投药量为
3
mg /g
(
PAM /Al
2
( SO
4
)
3
= 1:1)
、带速
为
3
m/min
、冲洗水压为
0.5
KPa
、带压为
3 kg/m
2
时,
由图
8
可知,进泥含水率的变化对泥饼含水率的影响
不大,在泥浆
5
个含水率条件下的泥饼含水率最高值
小于
40%
,性状呈现固态的泥饼状,达到了泥浆脱水
的要求。其次随着进泥含水率的升高泥浆的固体回收
率逐渐升高,但是升高的幅度较小,因此,在小范围
的泥浆含水率的变化情况下,对泥浆固体回收率的影
响不大。
干泥浆产量受进泥含水率影响较大,随着泥浆含
20
30
40
50
60
70
80
90
100
60
80
100
120
140
160
180
1
2
3
4
5
百分率
%
干泥浆产量
Kg/ h
滤带移动速度
m/min
干泥浆产量
泥饼含水率
固体回收率
20
30
40
50
60
70
80
90
100
60
70
80
90
100
110
120
130
140
1
2
3
4
5
百分率
%
干泥浆产量
k
g/h
滤带张力
kg/m
2
干泥浆产量
泥饼含水率
固体回收率
20
30
40
50
60
70
80
90
100
40
60
80
100
120
140
160
0.4
0.6
0.8
1
1.2
百分率
%
干泥浆产量
k
g/h
进泥量
L/s
干泥浆产量
泥饼含水率
固体回收率
移动式矿井泥浆处理设备运行参数研究
OPEN ACCESS
10
Figure 8. The effect of Sludge water content on the dry mud yield,
mud cake moisture content and solid recovery
图
8.
进泥含水率对干泥浆产量、泥饼含水率和固体回收率的影响
水率增加干泥浆产量逐渐降低,由于进泥含水率对泥
浆固体回收率的影响不大,因此主要原因是泥浆的含
水率不同,决定了泥浆的含固量存在差异。总之,通
过不同含水率泥浆的动态工艺试验表明:在泥浆在
93%
~
97%
变化时,工艺的运行情况良好,泥饼含水
率低于
40%
,达到了泥浆脱水的要求。
4.
结论
通过对铜坑矿矿井泥浆的性质进行全面分析,考
察了投药量、压滤机滤带移动速度、滤带张力、进泥
量以及进泥含水率等因素对泥浆脱水效果的影响,得
出以下结论:
1)
随着投药量的增加,泥浆固体回收率从
80%
提高到了
94%
,当投药量增加到
4
mg/g
时,固体回收
率达到高峰值,但继续增加投药量,固体回收率反呈
下降的趋势。因此投药量在
3~4
mg /g
(
PA M
/Al
2
(SO
4
)
3
=
1:1
)
为宜。
2)
当滤带移动速度为
2~3
m/min
,滤带张力为
3
~
3.5
kg/cm
2
,进泥量为
0.8
L/S
时,脱水后泥饼呈固态
饼状,固体回收率在
92%
以上,含水率降到
40%
以下。
3)
对含水率不同的泥浆进行了脱水实验,当泥浆
含水率在
93%
~97%
范围内变化时,泥浆处理工艺运
行良好,泥饼含水率低于
40%
,达到了泥浆脱水的要
求。
致谢
感谢广西华锡集团股份有限公司铜坑矿“铜坑矿
矿井泥浆处理工艺与设备研究”项目对本论文研究的
资助。
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55
65
75
85
95
60
80
100
120
140
160
180
93
94
95
96
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百分率
%
干泥浆产量
k
g/h
进泥含水率
%
干泥浆产量
泥饼含水率
固体回收率