中心传动高效浓缩机
日期：2016-12-02
随着矿业的发展，企业开始开采国内的“贫、细、杂”矿石。因而选矿厂尾矿浓缩脱水工作量愈来愈大，国内外出现了各种类型的浓缩机，以适应不同选矿工艺的具体要求，实现从传统浓缩机向深锥浓缩机再向新型浓缩机的转变。
浓密机的发展可以分为4个阶段：
1﹚没有絮凝剂之前的浓密机面积很大，沉降效率很低。
2﹚早期添加絮凝剂的浓密机面积减小，沉降速度加快。
3﹚高效浓密机与早期添加絮凝剂的浓密机相比，在沉降原理上发生了质的变化。面积大幅度减小。
4﹚深锥浓密机不仅面积大幅度减小，底流浓度也大幅度提高，底流达到膏体状态。 现代浓缩机以传统浓缩机为基础，以新型浓缩机为方向，向着高性能、高处理量和自动化程度高的方向发展。中心传动高 效浓缩机应用而生，其结构、性能，系统规格逐步得到完善和优化，响应了国家提倡的“保护环境，节能减排”的重要方针。
1 原理分析
中心传动高效浓缩机适用于选矿厂的精矿和尾矿脱水处理，广泛用于冶金、化工、煤炭、非金属选矿、环保等行业。中心传动高效浓缩机实际上并不是单纯的沉降设备，而是结合泥浆层过滤特性的一种新型脱水设备。
在浓缩机的实际生产中，由于矿浆不断给入，溢流和底流又不断排出，因而颗粒受池内水流的影响，其运动是比较 复杂的。普通浓缩机的浓缩机理属于重力沉降，它以矿浆颗粒自由沉降为基础﹙微小颗粒在浓度较低的液体中沉降时，可看做是自由沉降﹚，实现颗粒的沉降分层， 在池底压缩区内进一步压实。斯托由克斯定律可知，固体颗粒的沉降速度与颗粒的直径平方成正比，与固体颗粒和其周围介质的密度差成正比。因此对微细粒物料仅 靠固体颗粒自由沉降来浓缩的普通浓缩机难以实现溢流水质清、底流浓度高的目的。絮凝沉降技术就应用于各类矿山的尾矿浓缩沉降生产中。絮凝剂利用“架桥”原 理，在内聚力的作用下，尾矿颗粒相互碰撞并在絮凝剂长链结构作用下吸附在一起，聚集成较大的絮凝团，从而加快尾矿颗粒沉降速度，改变颗粒沉降规律，提高沉 降效率。絮凝的实质是使混合工艺中析出的絮凝体凝结，并达到一定的粒度与密实度，从而有利于沉淀，实现清浊分离的目的。中心传动高效浓缩机采用了絮凝脱水新技术、新结构和自动控制系统，在其浓缩过程中，连续添加絮凝剂，并使矿浆与絮凝剂均匀而充分地混合，形成颗粒团，达到了处理单位固体质量所需面积小，处理量大，溢液中含固量低，底流浓度高的目的。
2 中心传动高效浓缩机工作原理和部件结构
2．1工作原理
圆柱形浓缩池用水泥或钢板制成，池底呈圆锥形或是平的。在池底中心有一个排除浓缩产品的卸料斗，池子上部周边设有环形溢流槽。在浓缩池中心安有一根竖轴，轴的末端固定有一个十字形耙架，耙架下面装有刮板。耙架与水平面成8 ~15度。 竖轴由固定在桁架上的电动机经圆柱齿轮减速器、中间齿轮和蜗轮减速器带动旋转。当竖轴旋转时，矿浆沿着桁架上的给矿槽流入池中心的受料筒，并向四周流动。 矿浆中的固体颗粒渐渐沉降到浓缩池的底部，并由耙架下面的刮板刮入池中心的卸料斗，用砂泵排出。上面的澄清水层从池上部的环形溢流槽流出。
为了提高浓缩效率，在浓缩池的澄清区下部，沿池的周围装有倾斜板。装设倾斜板后，矿浆流 便沿倾斜板的空间向斜上方运动，固体颗粒在两块倾斜板之间垂直沉降，使沉降路程缩短，时间减少，沉降到倾斜板上的微细颗粒团聚在一起，沿倾斜板向下滑，沉 降速度加快。装设倾斜板还增大了浓缩机的自然沉降面积。
在作业过程中应注意排料浓度。在浓缩机过负荷或物料过浓缩情况下，会使卸料斗淤塞和耙架扭曲。为防止这种现象，设有信号安全装置和耙架提升装置。
2.2 主要部件结构及特点
(1)浓缩池体
浓缩池体用钢板焊成或钢筋混凝土建造，上部周边焊接有溢流槽，型钢制成的桥台横置在池体上，桥台下面设有稳流筒。桥台上装设有传动装置和耙架的提升机构及耙架用螺栓固定在回转轴下面的轮榖上其中一对耙架的长度稍小于浓缩池的半径．而另一对的长度则等于半径的2／3。
(2)消泡器和给矿管
气泡会影响絮团的结构，从而影响絮团的沉降速度，使底流浓度降低。所以先用消泡器除气， 进人消泡器的矿浆从消泡器底部向上翻，完成空气上升而溢出除气。如果气泡进入浓缩机后再逸出，会冲破已形成的絮团过滤层上升至水面，破坏絮团的致密稳定结 构和矿浆与清水层的界面，导致部分细粒物料进入溢流。使溢流中固体含量增加。为了避免给矿管进入浓缩机时再产生气泡，给矿管都设在浓密机溢流面以下。给矿 管以单管或双管﹙从左右两侧沿切线方向进入，在高差上相差一个管径的高度﹚从切线方向进入中心混合井，有利于矿浆、水、絮凝剂在中心混合井中的混合。
(3)中心混合井
中心混合井的给矿都是从切线方向进入，在混合井的井壁上有阻尼板，进入混合井的矿浆必须 有一定的流速，遇到阻尼板以后会产生紊流，促进矿浆与絮凝剂的充分混合。井内设有搅拌器，搅拌叶分为三段，叶径逐渐减小，使搅拌强度逐渐降低。给入排气系 统，排出空气后的矿浆进入给料筒，絮凝剂则分段给入筒内和矿浆混合，为了保证中心混合井内的垂直矿流不冲击压缩沉降带，在混合井的下部有一个矿浆分配盘。 这个分配盘固定在浓密机的竖轴上，随着竖轴转动。大絮团的沉降速度很快，对于浓缩池而言，有可能沉降在分配盘上堵住排矿通道。因此，可能需要在分配盘上装 一些刮板，刮板不转动。物料排出后，由于压缩沉降带矿浆密度大，大絮团很快能够 快 速下沉直接进入压缩沉降带，小絮团和水只能呈放射状横向流动，流入过滤沉降带。这个过滤层由小絮团、未被捕获的小颗粒、水中残余的絮凝剂和大量的水组成。 在这个过滤层中，随着水流的上升，小絮团、小颗粒继续被絮凝剂捕获形成大絮团而下降到压缩沉降带，液体则在浆体自重的液压力作用下过滤层过滤出来，形成澄 清的溢流排出。同时又有许多新的小絮团、小颗粒和残余的絮凝剂不断补充到过滤层，形成一个动态的平衡。这个过滤层很重要，如果过滤层太薄或没有过滤层，上 升水的浊度会升高甚至跑浑，如果过滤层太厚，上升水的阻力会加大，影响浓密机的生产能力。所以高效浓密机应该有自动控制系统，保持过滤层的高度在一个相对 恒定的位置。
(4)高效浓缩机的自动控制
为了提高高效浓密机的生产能力和降低上清水中的固体含量，设计出一种能够随生产工艺要求 可调的浓缩机底流自动排放系统来对传统浓密机进行改造，使得浓密机底流排放及时，底流密度高，上清含固量小，能获得澄清良好的上清液显得很有必要。在底流 管路上设置浓度计，用电信号和浓度的改变作为负反馈的控制变量．实现浓缩机工况过程的自动调节。其利用可编程控制器(PLC)、时间继电器及电控气动阀等元件构成的浓密机底流自动排放系统，它具有投资少、见效快，使用、维护方便，运行稳定、可靠等优点。
(5)浓缩机的机构
传动装置包括电动机、 减速器及蜗杆蜗轮减速装置并附有提升机构和信号安全装置。该浓缩机的电动机、减速器和蜗轮减速器都安装在底座上，底座下面有座盖，通过预埋螺栓将底座、座 盖和浓缩池中央的混凝土支柱连接起来。电动机通过三角皮带带动减速器，减速器带动蜗轮减速器运转。在蜗轮减速器的输出轴上装有齿轮，它与内齿圆相啮合，内 齿圈通过稳流筒与转动架连接起来。内齿圈与底座之间有一个止推轴承，由于齿轮的转动，内齿圈带动稳流筒和转动架，进而带动耙架绕浓缩机中心线转动。由于细 粒物料沉降速度较慢，为了减小沉降过程的干扰，耙式浓缩机耙臂转速必须缓慢，因而传动减速比很大。采用蜗轮蜗杆减速和三级齿轮减速器能满足要求。为了确保 浓缩机安全运转，传动机构必须有安全装置，以防因沉淀过浓或给料过多而损坏机件或电动机。
(6)液压和PLC程序控制自动提耙 刮泥耙被固定在主传动轴上，离池底有一定的高度，由主蜗轮带动主传动轴回转，使刮泥耙顺时针连续旋转，在正常工作状态下完成刮泥过程。当池底沉积的淤泥过厚，当底部物料增多又不能及时排出，此时耙架刮泥板阻力加大，将传动扭矩通过液压油的压力传到 电器控制箱内可编程序控制器，通过PLC程序，使该机达到手动和自动运行；当运行阻力增至4Mpa时由驱动扭矩压力传到PLC控制提耙，当运行压力小于2.5Mpa时由驱动扭矩压力传到PLC控制降耙；当压力高于6.3Mpa时制动停机以防浓缩机受损。每次提降耙都由装在油缸上的行程开关控制，按以上程序运行就能达到自动提降耙的工作程序；如矿物堆积较多底流不能及时排出，使耙子提起不往中心刮料，待底流顺通后，再往中心刮料，还有自动清池功能。设备运行具有自动化程度高 性能稳定 操作简便。
(7)倾斜板 该浓缩机在澄清区与沉降区之间设置了倾斜板提高了澄清水的质量和浓缩机的处理能力。
倾斜板浓缩机的工作原理和传统的耙式浓缩机一样, 都是利用重力沉降作用把矿浆中的固体颗粒分离出来, 但其沉降作用是发生在设备中的各倾斜板之间的空腔内, 倾斜板之间的间距很小, 其间流体易形成层流, 且固体颗粒只需沉降很小的距离就可以落到板上, 然后沿倾斜板下滑, 进入机体下部的排料漏斗。由于倾斜板层层叠放, 充分利用了空间高度, 所以同样占地面积的倾斜板浓缩机的沉降面积要远大于普通耙式浓缩机。但是,相同沉降面积的倾斜板浓缩机的过流截面积要远小于普通耙式浓缩机, 其机体内的流体速度远大于普通耙式浓缩机内的水流速度, 因此,在确定倾斜板浓缩机的参数时, 其内部流体速度成为一个重要因素。
倾斜板倾角的确定主要考虑沉淀物能否顺利下滑, 一般在55°～60°之间; 间距d 的确定应考虑倾斜板上的料层厚度和器壁效应, 一般定为40mm～80mm , 太小不利于矿泥下滑, 也影响沉降, 太大则降低效率; 倾斜板长和宽的确定主要从结构设计上考虑, 应便于安装、更换, 保证适当的刚度和厚度。当然, 为保证矿泥有足够的滞留时间, 倾斜板长度不能过短, 这就要求倾斜板的层数和长宽有一个协调的比例.
在倾斜板浓缩机的选型时除了流量、浓度、粒度分布、温度等参数外, 其利用系数也是一个重要的参数； 而在倾斜板浓缩机的设计中,应采取一切措施, 减少紊流; 在确定倾斜板长度时还应充分考虑沉降区与入流区和溢流区交界处紊流区的大小。
(8)刮板
刮板背面产生的负压是使矿泥向池中心流动的因素之一；最外侧刮板上缘存在较强的反向流动，降低了刮耙的效率；在浓缩机中部刮耙效率变化平稳，且高耙臂转速刮耙刮泥效率高于低耙臂转速。
刮板直接对池底矿泥作用，对整个浓缩机工作效率、设计参数有直接影响。刮板有多种形式，使用较为广泛的有斜板式和曲线式。其中斜板式刮板由多个倾斜安装的矩形板组成。
当斜板绕中心转动时，完成以下3个功能：
﹙1﹚刮板对沉淀物施加压力，挤出其中的部分水分，增加排泥浓度；
﹙2﹚刮板是浓缩矿泥脱离池底；
﹙3﹚刮板产生一个指向浓缩池中心的分力，使矿泥向集泥斗流动。
当刮耙绕中心转动时，除重力、刮板推力外，刮板拉力同样作用于浓缩池池底流体。三力共同 作用下，矿泥在随刮板转动时向中心流动。在最外侧的刮板处，不但存在指向液面的垂直流动，还有因压差而在刮板上缘产生的反向流动，这些是使刮耙在较高的转 速下，边缘刮板效率快速降低的原因之一。
