李大炳，康紹輝，樊 興，宋 艷，李建華

(核工業(yè)北京化工冶金研究院，北京 101149)

堿法浸出鈾礦石時(shí)，為了達(dá)到較好的浸出效果，通常需要將礦石破磨成較細(xì)小的顆粒。這造成堿性浸出鈾礦漿的過(guò)濾速度較慢，需要的礦漿過(guò)濾設(shè)備龐大，投資及運(yùn)行成本均較高。

目前，礦冶系統(tǒng)為了提高過(guò)濾效率，一般采用添加助濾劑、使用高壓過(guò)濾設(shè)備、應(yīng)用離心力場(chǎng)等方法予以強(qiáng)化。相比而言，添加助濾劑具有簡(jiǎn)單易行、投資小、效果好且不用大幅變動(dòng)現(xiàn)有設(shè)備和工藝等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛研究。如邵緒新等人研究了表面活性劑型和絮凝劑型助濾劑對(duì)精煤脫水助濾過(guò)程的作用機(jī)理，吳燕等人研究了表面活性劑類(lèi)助濾劑對(duì)細(xì)粉煤脫水的影響[1-5]，饒鳳山等人研究了硅藻土等助濾劑對(duì)濾液濁度的影響[6-8]，但在堿性鈾礦漿過(guò)濾方面的研究還未見(jiàn)報(bào)道。另外，也有采用高分子絮凝劑提高過(guò)濾速度的研究[9]，但采用的絮凝劑多為人工合成的聚丙烯酰胺類(lèi)有機(jī)高分子，其單體或聚合物具有“三致”效應(yīng)，許多國(guó)家已禁止或限量使用。

鑒于上述情況，本研究以典型的堿性鈾礦漿為對(duì)象，分別對(duì)介質(zhì)型助濾劑和天然化學(xué)型助濾劑進(jìn)行優(yōu)選，以期通過(guò)助濾劑改變過(guò)濾介質(zhì)和濾餅的孔隙結(jié)構(gòu)，從而降低過(guò)濾阻力、提高過(guò)濾效率，實(shí)現(xiàn)對(duì)堿性鈾礦漿的高效固液分離。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原料及試劑

試驗(yàn)用堿性浸出鈾礦漿制備條件：原礦100 g，粒度-100目；碳酸鈉質(zhì)量濃度30 g/L，碳酸氫鈉質(zhì)量濃度15 g/L；浸出溫度90 ℃，液固體積質(zhì)量比4∶1 mL/g，浸出時(shí)間24 h。

試驗(yàn)用試劑：硅藻土，白色固體粉末，工業(yè)品，100～200目；珍珠巖，白色固體粉末，工業(yè)品， 100～200目；粉煤灰，灰色，工業(yè)品，100～200目；殼聚糖，分析純，使用時(shí)配制成0.2%殼聚糖溶液；陽(yáng)離子淀粉，工業(yè)品，使用時(shí)配制成2%陽(yáng)離子淀粉溶液。

1.2 試驗(yàn)方法

采用真空抽濾方式進(jìn)行過(guò)濾試驗(yàn)，過(guò)濾真空度為80 kPa，漏斗內(nèi)徑為11.5 cm。洗液為1.0 g/L碳酸鈉和1.0 g/L碳酸氫鈉的混合溶液，洗滌液固體積質(zhì)量比0.5∶1 mL/g，共盤(pán)洗3次。

助濾劑主要分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是介質(zhì)型助濾劑，如硅藻土、膨脹珍珠巖、纖維素、石棉等；另一類(lèi)是化學(xué)型助濾劑，包括高分子絮凝劑型助濾劑和表面活性劑型助濾劑[10-13]。

介質(zhì)型助濾劑有2種使用方法：1)配成懸浮液，先在過(guò)濾介質(zhì)表面濾出一薄層由助濾劑構(gòu)成的涂層，然后再進(jìn)行料液過(guò)濾，以防止濾布孔道被料液中微細(xì)的顆粒堵塞，該法稱(chēng)為預(yù)涂法；2)將助濾劑添加到料漿中，利用助濾劑的蓬松多孔特性，在濾餅中起到骨架支撐作用，增加濾餅孔隙率，該法稱(chēng)為摻混法[14-15]。

對(duì)于絮凝劑型助濾劑的使用，主要是將其加入礦漿中使礦石顆粒凝聚成團(tuán)，然后過(guò)濾。絮凝劑型助濾劑主要依靠其高分子長(zhǎng)鏈的吸附、橋聯(lián)作用使礦物顆粒絮凝成團(tuán)，防止微細(xì)顆粒堵塞過(guò)濾介質(zhì)和濾餅孔道，從而形成滲透性好、有利于快速脫水的濾餅[16-17]。絮凝后濾餅結(jié)構(gòu)的變化是絮凝劑影響過(guò)濾過(guò)程的主要原因。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 礦漿直接過(guò)濾試驗(yàn)

首先對(duì)礦漿進(jìn)行了直接過(guò)濾試驗(yàn)，測(cè)定礦漿過(guò)濾速度和濾餅洗滌速度，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 礦漿直接過(guò)濾試驗(yàn)結(jié)果

從表1可看出，礦漿過(guò)濾速度、洗滌速度均較低，且洗滌速度遠(yuǎn)低于過(guò)濾速度。洗滌過(guò)程中，速度逐漸下降，這是由于洗滌時(shí)濾餅逐漸壓縮，滲透性下降，其洗滌速度依次降低。

2.2 介質(zhì)型助濾劑助濾試驗(yàn)

以硅藻土、珍珠巖、粉煤灰3種介質(zhì)型助濾劑進(jìn)行研究，考察預(yù)涂法、摻混法及二者結(jié)合起來(lái)的助濾效果。

2.2.1硅藻土助濾試驗(yàn)

硅藻土化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，所含成分主要為非結(jié)晶質(zhì)的無(wú)定形SiO2。試驗(yàn)中采用的硅藻土粒度為-100目，分別進(jìn)行了預(yù)涂層法、摻混法及二者結(jié)合的助濾方式，試驗(yàn)條件及結(jié)果見(jiàn)表2?？梢钥闯觯煌鸀V方式下的硅藻土對(duì)堿性浸出礦漿均有顯著的助濾效果。通常情況下，礦漿在過(guò)濾時(shí)，會(huì)有一部分細(xì)顆粒礦石先附著在過(guò)濾介質(zhì)表面，堵塞過(guò)濾介質(zhì)孔隙，增加礦漿過(guò)濾阻力；硅藻土預(yù)涂層正是利用硅藻土的多孔特性，分散了這部分細(xì)粒級(jí)礦石，從而降低了礦漿過(guò)濾阻力，提高了礦漿過(guò)濾和洗滌速度。在預(yù)涂2.0%的硅藻土?xí)r，過(guò)濾速度最大，繼續(xù)增加硅藻土用量，過(guò)濾速度反而下降，這是由于硅藻土預(yù)涂層本身也產(chǎn)生過(guò)濾阻力，降低過(guò)濾速度，因此預(yù)涂用量不是越多越好，能阻擋礦漿中細(xì)顆粒進(jìn)入過(guò)濾介質(zhì)即可。摻混方式主要是借助硅藻土與礦漿混合，以形成相對(duì)疏松的濾餅降低過(guò)濾阻力，此種方式用量相對(duì)較大。硅藻土預(yù)涂層助濾和摻混助濾相結(jié)合的方式，既避免了細(xì)顆粒礦石堵塞過(guò)濾介質(zhì)，又可形成相對(duì)疏松的濾餅，過(guò)濾速度得到進(jìn)一步提高。

表2 硅藻土助濾試驗(yàn)結(jié)果

注：①用量為助濾劑質(zhì)量占原礦質(zhì)量的百分比；②提高率為助濾過(guò)濾速度相對(duì)于礦漿直接過(guò)濾速度提高的百分比。下表同。

2.2.2珍珠巖助濾試驗(yàn)

珍珠巖的化學(xué)成分主要是SiO2和Al2O3，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，只溶于熱的濃堿和氫氟酸。珍珠巖助濾試驗(yàn)條件及結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 珍珠巖助濾試驗(yàn)結(jié)果

從表3可看出，珍珠巖對(duì)該堿性鈾礦漿的助濾作用和硅藻土基本相似，二者對(duì)礦漿過(guò)濾速度和洗滌速度的提高幅度相近。相比之下，珍珠巖比硅藻土價(jià)格更低，更具應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

2.2.3粉煤灰助濾試驗(yàn)

粉煤灰主要組成為二氧化硅、氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣等。粉煤灰顆粒呈多孔型蜂窩狀組織，比表面積較大，具有一定的助濾能力。粉煤灰助濾試驗(yàn)條件及結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 粉煤灰助濾試驗(yàn)結(jié)果

從表4可看出：粉煤灰對(duì)礦漿具有一定的助濾作用，其助濾效果較珍珠巖和硅藻土差；摻混后礦漿的助濾效果不明顯；預(yù)涂和摻混相結(jié)合方式和預(yù)涂層方式的助濾效果基本相當(dāng)，提高幅度有限。粉煤灰助濾是通過(guò)粉煤灰預(yù)涂層分散過(guò)濾初期和過(guò)濾介質(zhì)接觸的細(xì)顆粒礦石，避免細(xì)顆粒礦石對(duì)過(guò)濾介質(zhì)的堵塞，從而起到提高礦漿過(guò)濾速度和洗滌速度的效果。

2.3 化學(xué)型助濾劑助濾試驗(yàn)

化學(xué)型助濾劑包括天然高分子和人工合成兩大類(lèi)，由于人工合成的高分子絮凝劑難降解、毒性大、不利于環(huán)境保護(hù)，因此，研究中主要考察天然高分子絮凝劑的助濾效果。采用對(duì)堿性鈾礦漿絮凝效果較好的殼聚糖和陽(yáng)離子淀粉2種天然高分子絮凝劑進(jìn)行助濾試驗(yàn)，試驗(yàn)條件及結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 化學(xué)型助濾劑助濾試驗(yàn)結(jié)果

從表5可看出，礦漿加絮凝劑后，礦漿過(guò)濾及洗滌速度均得到提高，尤其洗水洗滌過(guò)程速度提高較明顯。陽(yáng)離子淀粉絮凝劑和殼聚糖絮凝劑相比，殼聚糖效果明顯，加入0.02%殼聚糖即能顯著提高過(guò)濾速度，繼續(xù)增加用量對(duì)過(guò)濾速度影響不大。

2.4 介質(zhì)型助濾劑與化學(xué)型助濾劑聯(lián)合助濾試驗(yàn)

從2.2、2.3節(jié)研究結(jié)果看出，通過(guò)介質(zhì)型助濾劑預(yù)涂層法可提高礦漿的過(guò)濾及洗滌速度，采用化學(xué)型助濾劑將礦漿絮凝后再過(guò)濾也能明顯提高過(guò)濾及洗滌速度。為此將二者結(jié)合，開(kāi)展了珍珠巖助濾劑及殼聚糖絮凝劑聯(lián)合助濾試驗(yàn)，試驗(yàn)條件及結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 介質(zhì)型和化學(xué)型助濾劑聯(lián)合助濾試驗(yàn)結(jié)果

從表6可看出，堿性礦漿采用珍珠巖預(yù)涂過(guò)濾介質(zhì)—?dú)ぞ厶切跄筮^(guò)濾的聯(lián)合助濾方式，過(guò)濾及洗滌速度得到大幅度提高。預(yù)涂2.0%珍珠巖，加入0.02%殼聚糖絮凝，礦漿的過(guò)濾速度提高128.7%，濾餅的洗滌速度提高249.1%。

3 結(jié)論

1)珍珠巖預(yù)涂過(guò)濾介質(zhì)—?dú)ぞ厶切跄笤龠^(guò)濾的聯(lián)合助濾工藝效果顯著。當(dāng)珍珠巖用量為2.0%、殼聚糖用量為0.02%時(shí)，礦漿過(guò)濾速度提高128.7%，濾餅的洗滌速度提高249.1%。

2)硅藻土、珍珠巖及粉煤灰3種介質(zhì)型助濾劑均能提高礦漿的過(guò)濾及洗滌速度，其中硅藻土及珍珠巖效果較明顯；采用預(yù)涂法，僅需礦石質(zhì)量1.0%～2.0%的珍珠巖，即能將礦漿過(guò)濾速度提高50%以上。

3)殼聚糖、陽(yáng)離子淀粉化學(xué)型助濾劑具有一定的助濾作用；殼聚糖助濾效果較好，加入0.02%殼聚糖將礦漿絮凝后過(guò)濾，能顯著提高礦漿的過(guò)濾及洗滌速度。