Перекачка активированного угля в цикле CIL/CIP: подбор насосов Warman, KSB, Metso

Опубликовано 04/11/2026 · Автор: PumpsAndSpareParts Engineering · ~13 мин чтения

На золотоизвлекательных фабриках насос для угля в цикле CIL/CIP обычно выбирают последним, по остаточному принципу. Основное внимание уходит на насосы питания мельницы и на хвостовое хозяйство, а перекачка угля выглядит как вспомогательная операция: два-три кубометра в час, небольшой напор, что там может пойти не так. Потом выясняется, что именно этот насос определяет, сколько угля фабрика теряет в месяц, и сколько золота уходит вместе с ним в отвал.

Причина простая. Уголь в цикле выщелачивания работает как сорбент, и его главный показатель это не масса, а сохранность гранулометрии. Гранула 6–12 меш (1,7–3,3 мм) держит ёмкость по золоту, а всё, что измельчилось до минус 0,5 мм, уходит на грохоте в слив и теряется безвозвратно. Каждый лишний оборот через насос, каждая лишняя ступень давления, каждый удар о лопатку колеса уменьшает эту гранулу. Насос, который на пульпе с рудой считается нормальным, на угле превращается в мельницу тонкого помола.

Ниже разбор, который мы собрали на аудитах золотоизвлекательных фабрик в Красноярском крае, Иркутской и Магаданской областях, а также в Казахстане и Узбекистане за 2023–2025 годы. Это не обзор каталогов, а то, что реально ломается и как это считается.

1. Почему угольная перекачка это отдельная задача

Возьмите типовую фабрику на 3 млн тонн руды в год с циклом CIL из восьми танков. Концентрация угля в пульпе держится на уровне 10–25 г/л, а суточный оборот угля между танками составляет от 1,2 до 3 тонн в зависимости от содержания золота в растворе и схемы противоточного движения. Перекачка идёт циклически: 3–6 раз в сутки с каждого танка, порциями по 8–25 м³ при содержании твёрдого 1–4% по массе.

Три параметра этой задачи отличают её от обычной пульпы. Первый: твёрдое здесь дорогое, тонна угля с сорбированным золотом стоит на порядок больше тонны руды, поэтому потери считаются не в килограммах износа, а в граммах металла. Второй: твёрдое хрупкое, у него нет запаса прочности на удар, который есть у кварца или магнетита. Третий: расход маленький, поэтому насос выбирают типоразмером вниз, и он работает на границе допустимой частоты вращения, где чаще всего и происходит разрушение гранул.

На практике это значит, что критерий выбора для угольного насоса формулируется не как КПД и не как ресурс деталей, а как сохранение гранулометрического состава после перекачки. Всё остальное вторично, но именно этот критерий почти никогда не пишут в опросном листе.

2. Три механизма, которые разрушают уголь

Дробление гранулы в насосе происходит тремя разными путями, и лечатся они разными конструктивными решениями.

Первый механизм это удар о лопасть. Чем выше окружная скорость колеса, тем сильнее удар при входе гранулы на лопатку. Опытным путём определено, что при окружной скорости до 12 м/с доля разрушенных гранул за один проход не превышает 1–2%, а после 18 м/с она вырастает до 6–9% за проход. При обороте в 4–6 циклов в сутки разница в потерях набегает за месяц.

Второй механизм это щелевые зазоры. Гранула, попавшая в зазор между колесом и броневым диском, разрезается или сминается. Радиальный зазор 0,5–1,0 мм на новом насосе после 2 000 часов работы превращается в 3–5 мм, и тогда щель начинает работать как резак. Здесь помогает только контроль зазора и своевременная замена изношенных деталей, о чём подробно написано в материале про регулировку зазора рабочего колеса.

Третий механизм это кавитация и подсос воздуха. Вихревой насос с открытым колесом работает с воздушной пробкой, и на границе раздела фаз гранулы испытывают гидравлический удар. На фабриках, где танк работает с обильной пеной, мы видели разрушение угля на 40–50% за один цикл именно из-за этой причины, при формально нормальном насосе.

3. Вихревой, утопленный или центробежный

Для угля применяют три конструктивных схемы, и выбор между ними определяется не брендом, а крупностью гранулы и допуском на её изменение.

Вихревой насос проигрывает по КПД: 35–50% против 60–70% у обычного центробежного. На мощности 3–7 кВт разница в электроэнергии за год составляет 8–15 тыс. кВт·ч, то есть 40–80 тыс. рублей по промышленному тарифу. Одна тонна сбережённого угля с сорбированным золотом стоит дороже, поэтому на фабриках, где мы считали баланс, выбор в пользу вихревой схемы окупался за 4–7 месяцев.

Отдельно про утопленное колесо. Его часто предлагают как компромисс, и в большинстве случаев это оправдано, если в танке нет устойчивой пены. Но если перекачка идёт с верха танка, где стоит пенный слой 200–400 мм, утопленное колесо начнёт захватывать воздух, подача упадёт, а оператор будет гонять насос в режиме, где дробление максимально.

4. Расчёт режима: цифры, от которых зависит ресурс

Рабочая точка для угольной перекачки выглядит скромно: расход 8–30 м³/ч, напор 15–35 м, содержание твёрдого 1–4%. Проблема в том, что при таком расходе насос получается маленьким, а требуемый напор заставляет колесо крутиться быстро. Отсюда компромисс, который нужно считать отдельно для каждой схемы.

Наше практическое правило: окружную скорость колеса держать не выше 12 м/с, даже если это стоит одного-двух процентов КПД. Для типоразмера с диаметром колеса 250–300 мм это соответствует 700–900 об/мин. Если по расчёту получается больше, есть четыре варианта: поставить насос с большим диаметром колеса и снизить обороты, применить частотное регулирование, разбить перекачку на две ступени или принять потери и увеличить расход угля на восполнение.

Частотный привод на угольной перекачке работает не как энергосберегающая мера, а как защита гранул. Снижение частоты на 20% уменьшает окружную скорость на те же 20%, а дробление падает почти квадратично. Ограничения по минимальной частоте и по перепуску через рабочее колесо разобраны в отдельной статье про частотно-регулируемый привод шламового насоса.

Ещё один параметр, который почти всегда упускают: высота всасывания. Уголь в танке находится в взвешенном состоянии только при работающей мешалке, и если насос стоит выше уровня жидкости на 2,5–3 м, он начинает подсасывать воздух по вихревой воронке. Короткий всасывающий патрубок и заглубление на 600–800 мм под уровень решают задачу без замены насоса.

5. Warman, KSB GIW, Metso: что ставить на уголь

Все три производителя закрывают эту задачу, но разными линейками, и путать их не стоит.

Warman в малых типоразмерах AH (2/1.5 B-AH, 3/2 C-AH) даёт широкий выбор материалов проточной части, что удобно, когда нужно подобрать резину под конкретную химию раствора. Резиновое покрытие R08 или R26 хорошо держит щелочную среду цикла CIL, но добавляет толщины, и зазор приходится проверять чаще. Для угля это приемлемо, потому что абразивного износа в этом узле меньше, чем на руде.

KSB GIW в серии LCC предлагает корпус с большим проходным сечением и исполнения с утопленным колесом, которые удобны для перекачки с верха танка. Сильная сторона этой линейки в предсказуемом поведении на смеси жидкости и воздуха: насос не срывается в кавитацию так быстро, как обычный центробежный.

Metso в линейке Orion (серии HR и HM) даёт хорошую гидравлику для среднего напора и удобную разборку без снятия трубопровода. На фабриках, где перекачка идёт по длинной линии 60–90 м с двумя поворотами, эта линейка показывает стабильный напор без просадок при переменном расходе.

Практический вывод по брендам такой: на пену и верхний съём ставьте вихревую схему, на средний напор с чистым раствором подойдёт утопленное колесо, а на крупный уголь низкой ценности можно брать обычный центробежный насос из любой линейки. Разница в ресурсе между брендами на этой задаче меньше, чем разница между правильной и неправильной окружной скоростью.

6. Что изнашивается и что держать на складе

Абразивный износ на угольной перекачке мягче, чем на песках гидроциклонов, но добавляется износ от щелочной среды и от частых пусков. По нашим замерам на фабриках с циклом CIL ресурс деталей выглядит так: рабочее колесо из резины 8–14 месяцев, облицовка корпуса 14–24 месяца, торцевое уплотнение 6–10 месяцев, втулка вала 12–18 месяцев, подшипниковый узел 24–36 месяцев.

Проблема в том, что простой из-за угольного насоса останавливает сорбцию, а не выдачу металла напрямую, и поэтому его редко считают аварийным. Через сутки простоя танк теряет насыщение, и дальше нужны ещё сутки, чтобы выйти на режим. На складе мы рекомендуем держать два рабочих колеса и один комплект облицовки на каждый типоразмер, плюс один комплект уплотнений. Полный перечень позиций с каталожными номерами приведён в разделе запасные части для шламовых насосов.

Отдельная позиция это крепёж. На угольных насосах его часто перетягивают, потому что насос маленький и кажется, что момент не важен. Перетяжка деформирует резиновую облицовку, и зазор уходит за одну смену. Моменты затяжки по классам прочности сведены в таблицу в статье про крепёж шламового насоса.

7. Чек-лист перед закупкой

Пять вопросов, которые мы задаём до подбора насоса. Если на какой-то нет ответа, закупка почти наверняка закончится переделкой.

Первый: какая гранулометрия угля задана технологическим регламентом и какой процент минус 0,5 мм считается нормой. Второй: откуда идёт забор, с верха танка через пену или с середины по высоте. Третий: сколько циклов перекачки в сутки и какой объём порции. Четвёртый: есть ли частотное регулирование и кто его настраивал. Пятый: какой запас по напору заложен в проект и сколько поворотов на линии.

Ответы на эти пять вопросов дают полную картину для выбора между вихревой и утопленной схемой, для расчёта окружной скорости и для оценки ресурса. Всё остальное, включая бренд, решается после. Если нужен расчёт под конкретную фабрику, пришлите схему цикла и параметры перекачки, инженеры посчитают режим и подберут типоразмер.

Частые вопросы

Можно ли перекачивать уголь обычным шламовым насосом, если у него маленький типоразмер?

Технически можно, но дробление гранул вырастет до 6–10% за проход против 1–2% у вихревой схемы. На фабрике с оборотом 2 тонны в сутки это дополнительные 40–80 кг угля в сутки, которые уйдут в слив через грохот. За месяц это уже тонны, и стоимость потерь перекрывает экономию на насосе.

Какой материал проточной части выбрать для раствора с pH 10,5–11?

Для щелочной среды цикла CIL подходит резина марок R08 и R26, а также полиуретан. Высокохромистый чугун в этой среде работает, но на угольной перекачке он даёт более высокое дробление из-за жёсткости поверхности. Сравнение материалов по средам разобрано в материале про подбор материала по химии пульпы.

Нужен ли частотный преобразователь на угольной перекачке?

Да, если перекачка идёт с переменным расходом или с верха танка. Частотное регулирование снижает окружную скорость и уменьшает дробление почти квадратично, а на пуске убирает гидроудар в линии. При постоянном расходе и стабильном уровне в танке можно обойтись без него, но тогда запас по напору нужно закладывать на этапе проектирования.

Как часто проверять зазор между колесом и броневым диском?

На новом насосе через 500 часов, дальше каждые 1 000–1 500 часов. Для угля критичный порог 2,5–3 мм, после него щель начинает резать гранулы. Проверка занимает 20–30 минут при снятой крышке и не требует демонтажа насоса с фундамента.

Что делать, если уголь уже измельчился и грохот его не держит?

Сначала проверить грохот и расход промывочной воды, потому что часть потерь идёт не от насоса. Если гранулометрия действительно ушла, добавлять свежий уголь и одновременно снижать окружную скорость на перекачке. Восстановить гранулу невозможно, уголь придётся восполнять, а вот остановить дальнейшее дробление можно за один ремонт.

Все статьи по теме насосов для золотоизвлекательных фабрик собраны в блоге, а типоразмеры и материалы проточной части можно посмотреть в разделе Warman Compatible.