作者：于長和  
摘要：高位尾礦庫的尾礦綜合利用中，勢能是一個巨大的財富，利用好將帶來巨大的經濟效益。本文指出了勢能利用的理論依據，以及液體勢動能量轉化的機械和設計實例。
關鍵詞：勢能、動能、勢動能量轉換機、水輪發電機。
    
      尾礦綜合利用在我國已經提上日程，過去幾十年已閉庫的尾礦庫眾多，特別是早期閉庫的大型尾礦庫，其綜合利用經濟效益十分顯著。但高位尾礦庫，綜合利用中耗能難度較大的是提水一項，將消耗大量電能，但若把尾礦庫蓄藏的巨大勢能利用起來，情況就完全不一樣。本文著重探討高位尾礦庫尾礦綜合利用的勢能利用問題。
    一、
高位尾礦庫的尾礦，都是用漿體泵把選廠的尾礦漿，輸送到尾礦庫的，這個過程中消耗了大量的能量。根據能量守恒原則，這個巨大能量并沒有消失，而是以勢能的方式儲存于尾礦庫中，一旦有機會就會突然奔騰而下。在高位尾礦庫的尾礦綜合利用中，通常是把尾礦庫的尾砂以漿體的方式輸送到低處，進行尾礦再選，選后的尾礦粗顆粒做高級建材，細尾礦填溝造地。高位尾礦庫采尾礦時，需要大量水制漿，漿體流到低處時，會有巨大的勢能，如果把這勢能充分利用，即利用隔膜式靜動能量轉換機，幾乎不需耗電，便可把低處的水，全部送到庫頂，用不完的水，還可以發電，均可帶來巨大的經濟效益。
五年前，我們為南美一個銅礦做過一個勢能利用方案。這個礦采礦、破碎、球磨均在標高3000多米的山上，選廠在幾十公里的山下，高差2000多米。球磨后的礦漿用管道送到山下選廠。由于高差2000多米，扣除幾十公里的管阻，還有1000多米的勢能。為了克服這個勢能，他們在管路中加了許多段消除勢能的孔板結構，這些孔板價格又高，壽命又短。當時一個國外設計公司，就找我們商量能否用一組靜動能量轉換機，把1000多米的礦漿勢能，通過能量轉換機變成清水的動能，用清水動能發電。
南美這個礦，漿體流量6000m3/h，漿體濃度25%，凈勢能若1000m高差，則這個勢能相當于20424.75KW，把這個勢能轉換清水動能，然后發電，按水頭1250m，流量1.667m3/s計，可發電1.725萬KW，再扣除隔膜式靜動能量轉換機和管路損失，以0.9效率計可以發電1.56萬KW。按遼寧電價0.75元/KW計，年效益達9275萬元人民幣。該項目總投資9000萬元左右，一年投資即可收回。而水力發電，一般投資15年收回。因此，礦漿的勢能利用是一本萬利，還不污染環境，屬綠色經濟。
   
    二、
    隔膜式靜動能量轉換機，實際就是水隔膜泵的反用。好比電動機和發電機，油泵和油馬達的關系。靜動能量轉換機由五個部分組成，核心部分是靜動能量轉換裝置，這個裝置是由六個能量轉換罐組成，每個罐內裝隔膜，隔膜與罐壁之間進出清水，隔膜內進出礦漿。第二部分是液動漿體控制閥組，每個罐配二臺隔膜式液動漿體閥門，一臺控制進漿體，一臺控制排漿體。第三部分是清水止回閥組，每個罐配二臺清水止回閥，一臺為進清水，一臺為排清水。第四部分為液壓站，液壓站是控制液動漿體閥開關。第五部分為微機控制系統，微機控制液壓站，從而控制漿體控制閥按程序指令動作。
靜動能量轉換機的工作原理：以一個隔離罐為例，當清水充滿隔膜與罐壁間的空間時，微機通過液壓站令進漿閥打開，漿體在勢能作用下進入隔膜內，比如靜壓頭為500m。由于漿體比重大于1，比如1.25，那么隔膜與罐壁間的清水，在漿體500m×1.25=633m壓頭作用下，清水便頂開清水止回閥輸送到550m標高的清水池。當微機令進漿閥關閉，排漿閥打開，位置較高的清水池的清水通過止回閥進入隔膜與罐壁之間，隔膜內漿體通過排漿閥流出。由六個罐組成的機組，微機按程序控制機組的各罐進排漿順序，便可實現整個機組進排漿（進排水）的流量連續且非常穩定的工作。
靜動能量轉換機組，在系統上還要加若干個穩壓罐和切換、檢修的閥門。
由于靜動能量轉換機組，僅液壓站用少量電，因此在很少耗電的情況下，換來巨大的有用能量，其經濟效益十分可觀。


 三、
尾礦綜合利用示范工程是國家工業和信息化部和國家安全生產監督管理總局為加快尾礦綜合利用先進適用技術推廣應用，提高尾礦綜合利用技術水平，充分發揮示范工程典型帶動作用而開展的一項重要工作。目前，國內某尾礦資源再利用綠色建材經濟循環產業項目已經啟動。
該尾礦庫已閉庫十多年，現啟動項目由尾礦再選，水泥混料，PC予制件制造，綠色農業生態園四大板塊構成。其中選礦供水方面采用我公司能量轉換機新工藝。將尾礦勢能轉換運輸清水的動能，除去造漿用水外，余下水可以發電，能量轉換機同時實現水力循環和能量循環。
該尾礦庫標高500米，在470米處采尾沙，日用水6萬噸，在500米處造漿，日用水8萬噸。選礦在120米以下，日用水6萬噸。這里有二處礦漿勢能利用。其一，造漿后漿體從485米流到120米再選。我們在125米外裝有能量轉換機，利用360米的高差，每天把16.2萬噸水送到標高540米的清水池，僅用電264KW。這16.2萬噸清水，有6萬噸用做采尾礦，落差70m，有8萬噸用做制漿，落差40米，有2.2萬噸多余的水，送到再選，落差400米。這三處分別裝有水輪發電機組，共裝機2000KW。
另選礦后的尾礦進行濃縮，濃縮池在標高90米處，我們在標高25米處裝第二個能量轉換機組，利用濃縮池每天下來的4.8萬噸尾礦漿的勢能，把4.8萬噸清水送至標高140m的清水池，用于選礦的補水，僅用電44KW。
這個項目由于使用能量轉換機提水和多余水發電，比用水泵提水節省功率（運行功率）14688KW，按軸功率0.85，每度電0.75元計，每天節約22.47萬元，每年按330天計，年節電費7415萬元。三處發電按1500KW計，年效益為757萬元?？梢姼呶晃驳V庫尾礦綜合利用的勢能利用，是一項經濟效益巨大的替力股，應該認真的研究利用。
作者簡介：
于長和：遼寧維揚機械有限公司董事長  教授13504182906