張開(kāi)永，鄭水林，張雁鳴

(1.華北科技學(xué)院，北京東燕郊 101601;2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)，北京100083;3.臨江北峰硅藻土有限公司，吉林臨江 134600)

0 引言

硅藻土一般是由統(tǒng)稱(chēng)為硅藻的單細(xì)胞藻類(lèi)死亡以后經(jīng)過(guò)1至2萬(wàn)年左右的堆積期，形成的一種化石性的硅藻堆積土礦床。硅藻土的主要礦物成分為蛋白石，本質(zhì)是含水的非晶質(zhì)SiO2。工業(yè)上常用來(lái)作為保溫材料、過(guò)濾材料、填料、研磨材料、水玻璃原料、脫色劑及硅藻土助濾劑，催化劑載體等［1］。吉林長(zhǎng)白硅藻土礦區(qū)，資源猶為豐富，其他礦床大多數(shù)為3～4級(jí)土，由于雜質(zhì)含量高，不能直接深加工利用，必須加以分選提純。常規(guī)的硅藻土提純采用重力方法［2－6］，但存在耗時(shí)長(zhǎng)、冬天影響生產(chǎn)等原因，為此作者在實(shí)驗(yàn)室研究的基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步生產(chǎn)應(yīng)用，采用離心選礦機(jī)對(duì)硅藻土進(jìn)行提純擴(kuò)大中試研究。

1 試驗(yàn)原料、方法及設(shè)備

1.1 試驗(yàn)原料

硅藻土來(lái)自長(zhǎng)白某礦區(qū)，原料組成如表1所示

表1 原礦成分分析/%

從表1可知，原礦的SiO2含量為82.42%，屬于二級(jí)硅藻土［7］。

電鏡掃描下的硅藻形貌主要以圓盤(pán)藻為主，完整的硅藻直徑以20～30 μm為主，大部分硅藻形貌不完整，一些小的破碎的硅藻粘覆在完整的硅藻表面。原礦硅藻表面及孔隙含有較多的雜質(zhì)。

1.2 試驗(yàn)方法

原料經(jīng)螺旋給料機(jī)進(jìn)入擦洗機(jī)擦洗分散、攪拌桶分散、過(guò)篩調(diào)漿后，進(jìn)入離心選礦機(jī)進(jìn)行中試試驗(yàn)研究。中試試驗(yàn)原則流程如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)原則流程

1.3 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)中采用的設(shè)備主要為離心選礦機(jī)，它是我國(guó)20世紀(jì)60年代初研發(fā)出一種專(zhuān)門(mén)分選細(xì)粒礦物的重選設(shè)備，主要用于鎢、錫礦泥的選別［8］。它主要由主機(jī)與控制機(jī)構(gòu)兩大部分組成。主機(jī)的作用是選礦，控制機(jī)構(gòu)是為主機(jī)服務(wù)的，它的作用是控制給礦、斷礦、沖礦與分礦，使主機(jī)能按工藝要求準(zhǔn)確及時(shí)地工作。其結(jié)構(gòu)示意如圖2所示。

圖2 離心選礦機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

離心選礦機(jī)的轉(zhuǎn)鼓以一定的轉(zhuǎn)數(shù)高速旋轉(zhuǎn)，礦漿經(jīng)給礦嘴分兩處送入轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)壁上。礦漿隨轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用下，重礦物沉積于轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)壁上并隨轉(zhuǎn)鼓一起旋轉(zhuǎn)，礦漿中的輕礦粒以一定的差速隨轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中以一定的螺旋角由給礦端沿轉(zhuǎn)鼓坡度方向朝排礦端旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，到末端經(jīng)排礦分礦器排出，即為尾礦。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間選別后，給礦分礦器自動(dòng)轉(zhuǎn)離原來(lái)正常位置，停止向轉(zhuǎn)鼓內(nèi)給礦。待尾礦排完后，排礦分礦器自動(dòng)轉(zhuǎn)離原正常位置準(zhǔn)備截取精礦，然后高壓沖洗水閥自動(dòng)打開(kāi)，高壓沖洗水將沉積在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上的精礦沖下。精礦沖完后高壓水閥自動(dòng)關(guān)閉，待精礦排完后，排礦分礦器、給礦分礦器自動(dòng)復(fù)位開(kāi)始下一個(gè)選別循環(huán)。

離心選礦機(jī)是回收微細(xì)泥中有用礦物的設(shè)備，能解決從10～74 μm中回收細(xì)粒礦物的問(wèn)題［9］。硅藻土直徑以20～30 μm為主，粒度在分選范圍之內(nèi)，在離心力場(chǎng)中所受離心力比重力大得多，并和流膜選別相結(jié)合，而礦泥在重力場(chǎng)中分選效果差，有時(shí)甚至難以分選。因此采用離心選礦機(jī)分選理論上可行。

2 結(jié)果與討論

2.1 離心選礦機(jī)存在問(wèn)題及解決方案

中試分選提純?cè)囼?yàn)時(shí)，離心選礦機(jī)存在的主要問(wèn)題是轉(zhuǎn)動(dòng)不平穩(wěn).轉(zhuǎn)速不高時(shí)，達(dá)不到分選離心因數(shù)，致使達(dá)不到分選要求，轉(zhuǎn)速高時(shí)則晃動(dòng)厲害。

采用的解決方案為檢驗(yàn)離心機(jī)中心軸動(dòng)平衡，雙端面動(dòng)平衡允差3克，加強(qiáng)機(jī)架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，轉(zhuǎn)鼓底部支架增強(qiáng)為原來(lái)的2倍，軸承及軸承體分別改為向心球軸承和高強(qiáng)寬系列軸承座;改進(jìn)轉(zhuǎn)速比，增大離心機(jī)轉(zhuǎn)速，主軸轉(zhuǎn)速由原來(lái)的400轉(zhuǎn)/分鐘提高至800～1400轉(zhuǎn)/分鐘;對(duì)離心機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步分析，確認(rèn)離心機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和原理;對(duì)進(jìn)出料管道進(jìn)一步合理優(yōu)化，離心液的出水角度變小，離心機(jī)分選角度合理改進(jìn)。

2.2 給料時(shí)間

在給料量為10 L/min，入料濃度為22%，轉(zhuǎn)速1000 r/min時(shí)，進(jìn)料時(shí)間分別為60 s、75 s、90 s，經(jīng)過(guò)離心選礦機(jī)分選后對(duì)得到的精礦進(jìn)行化驗(yàn)分析，結(jié)果如表2所示。

表2 進(jìn)料時(shí)間與精礦分析結(jié)果

從表2看出，隨著給料時(shí)間從60 s增加到75s，SiO2含量也跟著增加，在進(jìn)料時(shí)間為75s時(shí)，SiO2含量最高86.84%，當(dāng)增加到90 s時(shí)，SiO2含量反而下降，這說(shuō)明在一定給料量的條件下，給料時(shí)間太短，送入轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)壁上的礦漿還沒(méi)有有效差速旋轉(zhuǎn)分離就進(jìn)行排礦，達(dá)不到良好效果，給料時(shí)間太長(zhǎng)則離心分選還沒(méi)排礦，新的礦漿流就又給入，也會(huì)影響分選效果，因此選擇進(jìn)料時(shí)間為75 s。

2.3 給料量

在入料濃度為22%，離心轉(zhuǎn)速1000r/min，進(jìn)料時(shí)間為75s，給料量分別為10、12、16 L/min時(shí)，經(jīng)過(guò)離心選礦機(jī)進(jìn)行分選，得到的精礦分析結(jié)果如表3所示。

表3 給料量與精礦分析結(jié)果

從表3可見(jiàn)，給料量在12 L/min時(shí)效果最好，此時(shí)SiO2含量為87.19%。同時(shí)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在較小給料量時(shí)，溢流顏色較黑，較小給料量會(huì)影響離心機(jī)的處理能力，較大給料量時(shí)，在沖洗時(shí)，離心機(jī)會(huì)出現(xiàn)震動(dòng)厲害的情況，而且還會(huì)增加沖洗時(shí)間，增加工作周期。原因可能是里面沖洗水管的沖洗的不均勻所致。故給料量選擇在12 L/min為適宜。

2.4 入料濃度

在給料量為12 L/min，離心轉(zhuǎn)速為1000 r/ min，給料時(shí)間75 s，離心入料濃度20%、22%、24%時(shí)，經(jīng)過(guò)離心選礦機(jī)分選后的精礦分析結(jié)果如表4所示。

表4 入料濃度與精礦分析結(jié)果

由表4可知，在其他條件不變的情況下，在一定的范圍內(nèi)，入料濃度增高，硅藻土精礦SiO2含量增加。在入料濃度為22%時(shí)，硅藻精土SiO2含量最高為87.19%，當(dāng)濃度增加為24%時(shí)，硅藻精土SiO2下降為85.83%。根據(jù)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求，處理硅藻土礦時(shí)，適當(dāng)?shù)娜肓蠞舛葹?2%。

2.5 離心轉(zhuǎn)速

在給料量為12 L/min，入料濃度為22%，給料時(shí)間為75 s，采用離心轉(zhuǎn)速800、900、1000 r/min進(jìn)行離心選礦機(jī)分選，分選得到的精礦產(chǎn)品分析結(jié)果與離心轉(zhuǎn)速的關(guān)系見(jiàn)表5。

表5 離心轉(zhuǎn)速與精礦分析結(jié)果

從表5看出，在轉(zhuǎn)速為800 r/min、900 r/min時(shí)，硅藻精土SiO2含量為86.45%、86.27%，變化不大，在1000 r/min時(shí)SiO2含量為87.19%，效果最好。雖然轉(zhuǎn)速越高可能對(duì)分選越好，但考慮到實(shí)際中離心轉(zhuǎn)速過(guò)大，震動(dòng)也大，對(duì)離心機(jī)平衡要求也相應(yīng)高的特點(diǎn)，故選擇離心轉(zhuǎn)速1000 r/min，這樣以后生產(chǎn)中對(duì)離心選礦機(jī)也容易控制和操作。

2.6 連續(xù)性工藝指標(biāo)

在確定了上述較佳條件后，進(jìn)行了離心分選連續(xù)性工藝試驗(yàn)，指標(biāo)如下表6。

表6 離心連續(xù)性工藝指標(biāo)

從上表看出，試驗(yàn)的重復(fù)性較好，硅藻精土產(chǎn)率達(dá)到73%以上，SiO2含量基本達(dá)到86%以上，Al2O3含量在4%以下，F(xiàn)e2O3含量在1.90%以下，達(dá)到一級(jí)土質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)［7］。

3 結(jié)論

1)原礦的SiO2含量為82.42%，屬于二級(jí)硅藻土，硅藻主要以圓盤(pán)藻為主，大部分硅藻形貌不完整，一些小的破碎的硅藻粘覆在完整的硅藻表面，原礦硅藻表面及孔隙含有較多的雜質(zhì)。

2)離心選礦機(jī)中試時(shí)存在的主要問(wèn)題為轉(zhuǎn)動(dòng)不平穩(wěn)，需要對(duì)動(dòng)平衡、離心機(jī)結(jié)構(gòu)等進(jìn)行校正和改進(jìn)。

3)最佳的分選條件為入料濃度22%左右，離心轉(zhuǎn)速1000 r/min，給料量為12 L/min，給料時(shí)間為75s時(shí)，SiO2含量基本達(dá)到86%以上。Al2O3含量在4%以下，F(xiàn)e2O3含量在1.90%以下，硅藻精土產(chǎn)率達(dá)到73%以上。

4)為解決間斷排礦離心選礦機(jī)常因給礦、斷礦、分礦、沖礦之間動(dòng)作不協(xié)調(diào)及操作不正常等原因，嚴(yán)重影響了選礦效果這一問(wèn)題。建議使用逆流連續(xù)排礦離心選礦機(jī)(簡(jiǎn)稱(chēng)連排離心機(jī))［10］，它具有設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于操作管理、維修工作量少、分選指標(biāo)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。

［1］ 張鳳君.硅藻土加工與應(yīng)用［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

［2］ 鄭水林.我國(guó)黏土質(zhì)硅藻土礦的提純研究［J］.非金屬礦，1994，17(4):24－51.

［3］ 于漧，于艾琳，焦維定，等.中國(guó)非金屬礦硅藻土提純研究［J］.中國(guó)礦業(yè)，1998，7(4):6－9.

［4］ 鄭水林，李揚(yáng)，杜玉成，等.吉林某礦含黏土硅藻土提純工藝研究［J］.非金屬礦，1997，20(4):49－50.

［5］ Osman ?an，Remzi G?ren，Cem ?zgür.Purification of diatomite powder by acid leaching for use in fabrication of porous ceramics［J］.International Journal of Mineral Processing，2009 (93):6－10.

［6］王慶中.中低品位硅藻土濕法選礦方法:中國(guó)，CN96110152.0［P］.1997－04－09.

［7］ 鄭水林.非金屬礦加工與應(yīng)用［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

［8］ 徐曉軍，張文彬.國(guó)內(nèi)外處理細(xì)粒礦物的離心選礦機(jī)的研究概況［J］.國(guó)外金屬礦選礦，1996，(4):30－32.

［9］ 離心選礦機(jī)分選礦物的基本原理［DB/OL］.中國(guó)百科網(wǎng)http://www.chinabaike.com/z/keji/ck/543702.html.

［10］ 謝科元，蒙德榮，李值民，李福安，沈紹偉.逆流連續(xù)排礦離心選礦機(jī)的研制與工業(yè)實(shí)踐［J］.云南冶金，1996，(06):17－25.