作者：于长和  
摘要：高位尾矿库的尾矿综合利用中，势能是一个巨大的财富，利用好将带来巨大的经济效益。本文指出了势能利用的理论依据，以及液体势动能量转化的机械和设计实例。
关键词：势能、动能、势动能量转换机、水轮发电机。
    
      尾矿综合利用在我国已经提上日程，过去几十年已闭库的尾矿库众多，特别是早期闭库的大型尾矿库，其综合利用经济效益十分显著。但高位尾矿库，综合利用中耗能难度较大的是提水一项，将消耗大量电能，但若把尾矿库蓄藏的巨大势能利用起来，情况就完全不一样。本文着重探讨高位尾矿库尾矿综合利用的势能利用问题。
    一、
高位尾矿库的尾矿，都是用浆体泵把选厂的尾矿浆，输送到尾矿库的，这个过程中消耗了大量的能量。根据能量守恒原则，这个巨大能量并没有消失，而是以势能的方式储存于尾矿库中，一旦有机会就会突然奔腾而下。在高位尾矿库的尾矿综合利用中，通常是把尾矿库的尾砂以浆体的方式输送到低处，进行尾矿再选，选后的尾矿粗颗粒做高级建材，细尾矿填沟造地。高位尾矿库采尾矿时，需要大量水制浆，浆体流到低处时，会有巨大的势能，如果把这势能充分利用，即利用隔膜式静动能量转换机，几乎不需耗电，便可把低处的水，全部送到库顶，用不完的水，还可以发电，均可带来巨大的经济效益。
五年前，我们为南美一个铜矿做过一个势能利用方案。这个矿采矿、破碎、球磨均在标高3000多米的山上，选厂在几十公里的山下，高差2000多米。球磨后的矿浆用管道送到山下选厂。由于高差2000多米，扣除几十公里的管阻，还有1000多米的势能。为了克服这个势能，他们在管路中加了许多段消除势能的孔板结构，这些孔板价格又高，寿命又短。当时一个国外设计公司，就找我们商量能否用一组静动能量转换机，把1000多米的矿浆势能，通过能量转换机变成清水的动能，用清水动能发电。
南美这个矿，浆体流量6000m3/h，浆体浓度25%，净势能若1000m高差，则这个势能相当于20424.75KW，把这个势能转换清水动能，然后发电，按水头1250m，流量1.667m3/s计，可发电1.725万KW，再扣除隔膜式静动能量转换机和管路损失，以0.9效率计可以发电1.56万KW。按辽宁电价0.75元/KW计，年效益达9275万元人民币。该项目总投资9000万元左右，一年投资即可收回。而水力发电，一般投资15年收回。因此，矿浆的势能利用是一本万利，还不污染环境，属绿色经济。
   
    二、
    隔膜式静动能量转换机，实际就是水隔膜泵的反用。好比电动机和发电机，油泵和油马达的关系。静动能量转换机由五个部分组成，核心部分是静动能量转换装置，这个装置是由六个能量转换罐组成，每个罐内装隔膜，隔膜与罐壁之间进出清水，隔膜内进出矿浆。第二部分是液动浆体控制阀组，每个罐配二台隔膜式液动浆体阀门，一台控制进浆体，一台控制排浆体。第三部分是清水止回阀组，每个罐配二台清水止回阀，一台为进清水，一台为排清水。第四部分为液压站，液压站是控制液动浆体阀开关。第五部分为微机控制系统，微机控制液压站，从而控制浆体控制阀按程序指令动作。
静动能量转换机的工作原理：以一个隔离罐为例，当清水充满隔膜与罐壁间的空间时，微机通过液压站令进浆阀打开，浆体在势能作用下进入隔膜内，比如静压头为500m。由于浆体比重大于1，比如1.25，那么隔膜与罐壁间的清水，在浆体500m×1.25=633m压头作用下，清水便顶开清水止回阀输送到550m标高的清水池。当微机令进浆阀关闭，排浆阀打开，位置较高的清水池的清水通过止回阀进入隔膜与罐壁之间，隔膜内浆体通过排浆阀流出。由六个罐组成的机组，微机按程序控制机组的各罐进排浆顺序，便可实现整个机组进排浆（进排水）的流量连续且非常稳定的工作。
静动能量转换机组，在系统上还要加若干个稳压罐和切换、检修的阀门。
由于静动能量转换机组，仅液压站用少量电，因此在很少耗电的情况下，换来巨大的有用能量，其经济效益十分可观。


 三、
尾矿综合利用示范工程是国家工业和信息化部和国家安全生产监督管理总局为加快尾矿综合利用先进适用技术推广应用，提高尾矿综合利用技术水平，充分发挥示范工程典型带动作用而开展的一项重要工作。目前，国内某尾矿资源再利用绿色建材经济循环产业项目已经启动。
该尾矿库已闭库十多年，现启动项目由尾矿再选，水泥混料，PC予制件制造，绿色农业生态园四大板块构成。其中选矿供水方面采用我公司能量转换机新工艺。将尾矿势能转换运输清水的动能，除去造浆用水外，余下水可以发电，能量转换机同时实现水力循环和能量循环。
该尾矿库标高500米，在470米处采尾沙，日用水6万吨，在500米处造浆，日用水8万吨。选矿在120米以下，日用水6万吨。这里有二处矿浆势能利用。其一，造浆后浆体从485米流到120米再选。我们在125米外装有能量转换机，利用360米的高差，每天把16.2万吨水送到标高540米的清水池，仅用电264KW。这16.2万吨清水，有6万吨用做采尾矿，落差70m，有8万吨用做制浆，落差40米，有2.2万吨多余的水，送到再选，落差400米。这三处分别装有水轮发电机组，共装机2000KW。
另选矿后的尾矿进行浓缩，浓缩池在标高90米处，我们在标高25米处装第二个能量转换机组，利用浓缩池每天下来的4.8万吨尾矿浆的势能，把4.8万吨清水送至标高140m的清水池，用于选矿的补水，仅用电44KW。
这个项目由于使用能量转换机提水和多余水发电，比用水泵提水节省功率（运行功率）14688KW，按轴功率0.85，每度电0.75元计，每天节约22.47万元，每年按330天计，年节电费7415万元。三处发电按1500KW计，年效益为757万元。可见高位尾矿库尾矿综合利用的势能利用，是一项经济效益巨大的替力股，应该认真的研究利用。
作者简介：
于长和：辽宁维扬机械有限公司董事长  教授13504182906