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钾混盐水采设备的选型研究

作者:


摘要 :简介了盐湖的工况条件 、相应开采技术的应用和配套设备的选择情况 。针对罗布泊钾 混盐盐矿的特点 ,提出了钾混盐水采设备的具体要求 ,通过比较分析 ,得出所需设备的型式 ,为 钾混盐水采设备的具体设计提供了借鉴 。

摘    要 :简介了盐湖的工况条件 、相应开采技术的应用和配套设备的选择情况 。针对罗布泊钾
混盐盐矿的特点 ,提出了钾混盐水采设备的具体要求 ,通过比较分析 ,得出所需设备的型式 ,为 钾混盐水采设备的具体设计提供了借鉴 。
关键词 :钾混盐 ;旱采 ;水采 ;采盐机 ;水采船 ;切割头
中图分类号 : TH69   文献标识码 : B   文章编号 : 1671 25276 ( 2009) 0220067 203
 
Re sea rch on C hoo s in g Po ta ss ium M ix in g Sa lt Ha rve st in g Equ ipm en t on W a ter
ZHAN G L i2m ing,  ZHOU J i2p ing,  TAN Chang2jing
( Ya ng zho u U n ive rs ity, Ya ng zho u 225009 , C h in a )
 
A b stra c t: Th is p ap e r b rie fly in tro d u ce s  th e w o rk ing co nd itio n , ap p lica tio n o f m in in g te c h no lo g y a n d c ho ic e o f its m a tch ing e q u ipm e n t fo r L uo b up o p o ta s s ium m ix in g  sa lt m ine.  A c co rd in g  to  th e  c ha ra c te ris tic o f L uo b up o p o ta s s ium m ix ing  sa lt m in e , the p ap e r p u ts fo r2 w a rd  th e d e ta il re q u irem e n t o f p o ta s s ium m ix in g sa lt ha rve s tin g e qu ipm e n t o n w a te r.  B y com p a rin g a nd a n a ly s in g it re com m e n d s the re g u ire d  typ e o f e qu ipm e n t th a t g ive s a  re fe re nc e  to  the  d e ta il de s ig n o f p o ta s s ium m ix in g  sa lt h a rve s tin g e q u ipm e n t o n w a te r.
Key word s: po ta s s ium m ix ing  sa lt;  ha rve s tin g o n la nd;  h a rve s ting o n w a te r;  sa lt m in in g m a c h ine ;  flo a tin g tra c ke d h a rve s tin g sh ip ;
sa lt c u tting h e a d
 
0 前言
 
盐湖矿床的开采通常可分为旱采与水采两种 。直接 采出固相矿石的开采方式又可分为 :旱采旱运 、旱采水运 、 水采旱运和水采水运 4 种类型 。可用于盐湖盐田的采集 设备多种多样 ,主要有 : 1 ) 连续推进式铲装机 、多斗挖掘 机 、链斗式采盐船 、斗轮式挖盐船和绞吸式采盐船 ; 2 ) 单 斗正面铲装机 、反铲式挖掘机和抓铲式挖盐船等 ; 3 ) 运输 设备有水力管道和带式运输机 ; 4 ) 汽车 、拖拉机和机车和 驳船等 。设备的选择与工艺过程是密切相关的 ,采集工艺 过程又分为 :连续回采与连续运输 、间断式回采和间断式 运输 、连续式回采与间断式运输 ,以及间断式回采和连续 式运输 。
 
1 罗布泊钾盐工程概况
 
国投新疆罗布泊钾盐有限 责任公司年产  120 万
肥 ( K2 SO4 )工 程 , 是 国 家 重 点 工 程 之 一 , 投 资 额 近  50 亿
元 ,水采设备共 9套 ,占其中 2. 7 亿元 。这是一个世界级 的钾盐航母 ,无论从生产产量 、生产效率 ,还是从提高产品
品质方面来考虑 ,旱采设备及其工艺都无法达到这样的水 准 ,采用水采设备对降低 120万  t项目固定资产投资和运 行成本有着重要的现实意义 。
从盐矿的采收 、水力管道运输以及到后面工厂加工设 备的配套 ,必须用系统设计的理念进行研究 ,毕竟这是一 个庞大的系统工程 。
罗布泊盐湖位于新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古族
自治州境内 ,行政区划属若羌县罗布泊镇管辖 , 120万  t钾 肥项目工业区位于罗布泊盐湖中部 。
a) 盐田具体情况如下 :
1) 盐田状态 :钾混盐池面积 2. 0 km2  ( 2 000 m ×1 000 m ) ;盐池水深 1. 4~2. 1 m;矿层平均厚度 0. 6 ~1. 5 m; 盐
池底板允许接地比压 4. 9 kPa;池坝高 4 m;
2 ) 物料物理性质 :钾混盐矿真相对密度为 1. 9; 卤水 的相对密度为 1. 3~1. 32; 卤水粘度 5. 57 cp ( 35 ℃) ; 卤水 pH 值 8;物料硬度 3;矿石孔隙率 0. 5;
3 ) 气象条件 :历年极端最高气温 48 ℃;历年极端最低 气温 - 22 ℃;多年平均蒸发量 4 820 mm; 多年平均风速 7 m / s;历年最大风速 31 m / s;
4 ) 海拔高度 :黄海高程 787 m;大气压力 92. 6 kPa;
5 ) 地震烈度 : V I度 。
b) 水采设备的具体要求 :
1 ) 水采船是矿石采输的的关键设备 ,要求品质可靠 、 运行稳定 ,具有国内领先水平 ;
2 ) 水采船换向灵活 ,往返操作时间短 ;
3 ) 采收矿浆量不低于  1 300 m3  / h, 矿浆质量浓度要 求达到 25 %以上 ;
4) 抗风能力强 , 8级风下能正常工作 , 10 级风设备停 靠安全 ;
5 ) 航迹自动纠偏 ,偏差 0. 2 m ,方向误差 30 ,船体水 平自动控制 ;
6 ) 水采船远程控制锚船 ,岸上有增压泵站 ,数据远程 传输等 ;
7) 水采船产量 、行走速度自动控制 ;
8) 采矿要求平整 ,不复采也不漏采 ,采收时不能破坏 盐底板 。
 
2国内外采盐设备
 
从盐湖中直接采出的盐和以盐湖卤水为原料在盐田 中晒制而成的盐 ,生产方法因资源情况而异 :凡已形成石盐 矿床并赋存丰富晶间卤水的盐湖 ,如中国和前苏联的多数 盐湖 ,主要是直接开采石盐 ;未形成石盐矿床或石盐沉积很 少的盐湖 ,如美国犹他州的大盐湖 、印度的桑巴尔盐湖 、中 国山西省的运城盐池等 ,需在湖边修筑盐田 ,引入湖中卤 水 ,日晒成盐 ;无晶间卤水的干涸盐湖 ,如澳大利亚的马克 利奥特湖 ,需注水溶制饱和卤水晒盐或直接开采原盐 。
罗布泊盐湖是个干涸的盐湖 ,为了形成高效的生产流
水线 ,需将大量的卤水从地下抽到地面修筑好的盐池 ,进 行蒸发晒矿 。
中国湖盐开采长期以来都是手工操作 ,用铁钎捣松覆 盖在盐湖表面厚  20 ~30 cm , 混有泥沙的盐盖 , 堆集在采 坑一侧 ;再逐层松动盐层 ,用铁耙将盐粒在卤水中反复洗 涤 ,用带孔铁勺捞出 ,堆集在采坑的另一侧 ,每人每天可捞 盐  3~5 t,劳动强度极大 。 20世纪 70年代后期起 ,逐步实
现机械化作业 ,如内蒙古吉兰太盐场用联合采盐机采盐 ,
自卸汽车运盐 ,水力管道输送和堆坨机堆坨 ; 青海茶卡盐 场则用联合采盐船采盐 ,装小火车运输 。
联合采盐机 :将采盐 、脱卤 、装车设备组装在一个车厢 内 ,沿轨道往返运行作业 。开采盐槽的最大深度 5 m ,长度 一般为 1 000 m。采完一条盐槽后 ,用拖拉机牵引轨道 ,横 向搬移 1. 1~1. 2 m ,继续开采下一盐槽 。采盐时 ,直径 1 m ,外周装有切割刃具的切盐器 ,以 33 r /m in的速度切割盐 层 ,使盐粒悬浮于卤水中 ,形成一定浓度的盐浆 。切盐器的
切割方向和切割深度 ,由卷扬设备绳索的收 、放来控制 。为
防止盐层坍塌 ,采盐槽的垂直面向湖内坡向 15°角 。吸盐 泵将盐浆吸送至水力旋流器 ,使泥沙及细粒石膏由顶流排 向已采空的盐槽内沉降 ,盐粒由底流排向弧形筛脱卤 。筛 上装有喷头 ,用清卤强力冲洗盐粒 ,除去杂质后流入提升 机 ,在提升过程中再一次沥出卤水 ,装入自卸汽车 ,运至水 力输盐泵站 。采盐机借助驱动装置带动车轮 ,以 2 m /m in 的速度在轨道上运行 。由于采盐机在轨道上运行作业 ,开
采的盐槽排列匀整 ,操作控制也比较简单 ,但对移轨后的直
顺和平行程度要求严格 ,否则影响盐的采出率 。 联合采盐船 :装有松动盐层的切盐器 、吸盐泵与采盐
机具的船 。切盐深度依靠门架和卷扬设备控制 ,切割进尺 由船上的横移绞车和 定位桩控制 , 采盐时船 体 作 扇 形 摆 动 。吸盐泵吸入的盐浆经船尾的水上浮管送至湖边坨地 或湖内移动式脱水站 ,脱卤后装小火车外运 。采盐船动力 由铺设在浮管上的电缆从岸上供电 。联合采盐船的特点
是 : 1 ) 采出的盐经浮管连续送至脱水站 ,可提高采盐效率
和设备利用率 ; 2) 盐层中的泥沙可随盐浆排至湖外 ,为湖 内卤水继续结晶创造良好条件 ; 3 ) 采盐船对盐层连续切 割 ,中间不留“盐墙 ”,可通过运行参数的控制 , 提高矿床 采出率 。但开采前必须作好采区规划 ,湖面上树立观测标
志 ,以控制船体的前进和摆动幅度 ,防止漏采和采深不一 。
还有一种链斗式采盐船 ,用链斗采盐装置将石盐采出 ,直 接装船 ,运往洗涤 、脱水工段 ,适用于湖面承载能力差 、充 水条件好的湖区 。
国外对水采设备研究现状 : 国外的研究 (主要指水采 船 )始于 20世纪 70 年代 ,由美国汉森公司为约旦建造了
二条水采船 ,全部采用机电传动 ,连升降机构都是采用齿
轮齿条的 ,自动化程度低 。 80年代中期 ,将液压系统成功 地运用到水采船上 ,单切割头 ,单泵上岸 ,目前每艘造价超 过 6 000万元人民币 。
国内对水采 设 备 研 究 现 状 : 1986 年 , 为 配 套 年 产  20 万  t的钾肥 ( KC l)一期工程 ,青海钾肥厂花了一亿多元巨 资 ,从美国汉森公司引进了两条水采船 ,并投入使用 。这 是美国第二代水采船 ,具有计算机控制 、微波导航和全液
压驱动 、半浮性能 、高度自动化 。但这条水采船液压系统
存在抗污染能力差 、使用周期短 、容易失控等缺点 。 1998 年 ,青海盐湖工业集团制造出如图 1所示的国内第一艘高 自动化程度的水采船 ,填补了国内空白 。
 
图 1国内制造的第一艘高度自动化的水采船
 
3 钾混盐水采设备的的选型
水采盐田中钾混盐采收设备的选型是保证钾混盐原
料供应的关键 , 代表着钾 肥工业的先进水平 。 盐‘  矿的水 采方式与河道疏浚的方法极其相似 ,疏浚是一个很古老的 行业 ,从疏浚设备中进行设备选型 ,再根据盐层采收的特 点加以改装就方便快捷了 。疏浚船是把河道里的泥层 ,通 过破碎装置绞碎 ,再通过泥浆泵输送上岸 ; 水采船是把盐 池的盐层 ,通过破碎装置破碎 ,再通过矿浆泵输送上岸 ;两 者有着极其相似的地方 。
钾混盐水采设备的选型包括水采船 、输送浮管及浮管 的牵引固定设备锚船 。
水采船的选型最为关键 ,它包括 : 盐层破碎器即切割 头装置的选择 ,切割头升降装置的选择 ,行走机构及其升
降装置的选择 ,液压系统的选择 ,矿泵系统的选择 ,电器系 统的选择 ,自控系统的选择 。
光卤石的水采在青海盐湖集团使用多年 ,技术上已非
常成熟 。电器设备能经受盐雾的考验 。船体在饱和卤水 下工作已不存在问题 ,只要在水线上下 300 mm 区域内对
船体进行长效重防腐就行 。岸电上船的技术 ,疏浚行业就 已非常成熟 。自控系统 , PLC 编程目前已发展较多 ,也比
较成熟了 ,有制造与编程经验的厂家也比较多 。 GPS导航
 
已是成熟的技术 。
国投罗钾公司 2005 年试制的双履带行走小采盐机 ,
为钾混盐矿的破碎 ,矿浆的输送积累了经验 。 通过上述研究分析 :钾混盐水采系统的选型设计如下 :
a) 切割头的设计 :钾混盐的物料性质与光卤石不同 ,
矿层较硬 ,其水采难度高于光卤石的水采 ,而且钾混盐的 水采在世界上是没有先例的 。钾混盐矿层被破采后的盐
田底板需保持平整 ,盐池底板不能被破坏 。根据罗布泊盐 湖钾混盐池的采收量及工况要求 ,确定采用  d1 000 mm 的 螺旋破碎采集器 ,在螺旋叶片上加装合金刀齿增加破碎效 果 ,左右对称的螺旋将物料汇集于切割头泵的吸口处 。螺 旋切割后的盐层是平整的 ,只要船体保持平衡 ,切削面不 会发生整体倾斜 。
b) 切割头提升机构的设计 : 切割头的举升采用两根 参数完全相同的油缸 ,上下用两组相互平行的支臂联接 ,
与船体立面 ,切割头立面构成平行的四连杆机构 ,保证切 割头在任何采集深度 ,切割的角度保持不变 。下支臂采用 X型框架式结构 ,保证受侧向力时 ,构件不易变形 。
c) 行走机构及其升降装置的设计 : 为了保持船体平 稳 ,增强抗风能力 ,采用四履带行走机构 。因采矿要求不 能漏采也不能复采 ,四履带行走在工作时需走直线 ,液压 系统设计时采用同步阀组 ,由于实际工况与信息反馈处置
有个过程 ,会造成水采船不走直线的现象 ,采用航迹纠偏
的手段来解决 ,在四组悬挂上装有转向机构 ,分别用四根 小油缸调节左右摆动幅度 ,油缸上装有拉绳传感器 ,测量 行程进行伺服控制 。由于船体要求保持平衡 ,否则会造成 切割头偏斜 ,造成采收不平整 。四根履带的受力要均称 , 单根履带受力不能太大 ,否则会破坏盐底板 ,同时由于盐 层局部凹凸不平 ,采船在移航道时会走上采与未采收的区 域 ,承载力会发生变化 ,采用定压差设计让油缸伸降浮动 来解决 。对风力影响要进行局部调整 。 4条履带采用 20 t
级的挖机行走履带 ,考虑到盐池底板对接地比压的限制 ,
将履带板加宽至 800 mm。履带架通过销轴装在筒状滑杆 上 ,滑杆四面由上下两组导向轮进行导向 。上下伸降由滑 杆中部的油缸执行 ,在油缸顶部装有弹簧进行减振 。
d) 矿泵系统与定量采收 : 由于工程建设是一个系统 工程 ,采上的矿量对后续加工厂的加工能力有所制约 ,若 水采设备采收的矿量大于工厂设备的处理能力 ,自动加工 流水线无法正常工作 ;若水采设备采收的矿量小于工厂设
备的处理能力 ,自动加工流水线将喂不饱 ,造成资源浪费 。
产量是由矿浆密度与流量决定的 ,密度由密度计计量并给
出信号 ,流量由流量计计量并给出信号 ; 影响矿浆密度的 因素有矿层厚度 、切割深度 、采集速度 、行走速度 ; 对速度 控制采用比例量来控制 ,在实际操作进程中进行调整 。矿 浆的流量是由泵的性能及电机转速决定的 ,电机采用变频 调速 。将质量较小 ,效率较高的  KSB 泵运用在采盐船上 ,
在国内没有 , 国外也没有类 似 的 资 料 显 示 。单 泵 流 量 为
1 300 m3  / h,目前 在 国 内 采 盐 船 上 是 最 大 的 。电 机 采 用
660 V , 560 kW 的变频电机 。
e) 液压系统 :由一台 380 V , 280 kW 的电机带动分动 箱 ,分动箱的出轴分别带动 3 只液压泵 。一台美国  SAU 2
ER 公司的电磁比例液压泵与行走机构的 4 只液压马达 , 还有相应的阀块 、管道 、接头等液压附件构成闭式回路 ;一 台电磁比例液压泵与切割头上的两台液压马达构成另一
个闭式回路 ;一台定量泵 、油缸及油箱等附件组成开式系
统 ,并由油箱给闭式系统补油泵供油 。
f) 电气系统 :根据现场条件可供 10 kV 的高压电 ,岸 电上船 ;选择北京 ABB 公司  Safe - CCF高压环网柜一只 , Safe - D F高压环网柜二只 ; 干式变压器  SCB10 - 800 /10, SCB10 - 500 /10, SCB10 -  125 /10 各 一 台 , 可 提 供  660 V ,
380 V , 220 V 的交流电 ,以及配套的电缆及电器柜等 。一 面 GZDW 直流屏 ,一面铅酸电池柜 。
g) 自控系统的设计 :通过各种信号采集装置 、无线传
输 、PLC编程 、GPS定位 、工控机实现整个水采系统的自动 化操作 。
h) 浮管系统及锚机 :浮管采用钢衬 PE管 ,耐磨 、耐腐 蚀 、防结盐 ,管径 D 400 mm。锚机采用独立的液压系统 ,双 履带行走 。
 
参考文献 :
[ 1 ] 盐湖矿床开采 [M ]. 北京 : 化学工业出版社.
[ 2 ] 赵立新. 螺旋输送机的选型设计 [ J ]. 农机化研究 , 2006 ( 9 ) .
[ 3 ] 陶照园. CY - 400A 联合采盐机水平自动化控制技术 [ J ]. 矿 业研究与开发 , 2007 ( 6 ) .
[ 4 ] 于卓伟. 基于 PLC的采盐机采掘控制系统设计 [ J ]. 制造业自 动化 , 2008 ( 1 ) .
 
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2009年 4月

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