張兆光，韓 偉，杜桂茹，劉 輝，費(fèi)本濤

(1.中核第四研究設(shè)計(jì)工程有限公司，河北 石家莊 050021；2.中國(guó)中原對(duì)外工程有限公司，北京 100044；3.核工業(yè)北京化工冶金研究院，北京 101149；4.中國(guó)鈾業(yè)有限公司，北京 100013)

某鈾水冶廠采用堿法攪拌浸出處理砂巖型鈾礦石，主要工藝流程為：礦石破碎—磨礦—分級(jí)溢流—攪拌浸出—廂式隔膜壓濾機(jī)壓濾—離子交換—產(chǎn)品沉淀[1]，設(shè)計(jì)要求鈾金屬浸出率大于90%、水冶過程鈾總回收率大于87%、浸回差[2](鈾金屬浸出率與鈾回收率的差)小于3%。但在實(shí)際生產(chǎn)中，該水冶廠多年的鈾浸回差平均值為9.2%，遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求。浸回差大的根本原因是廂式隔膜壓濾機(jī)(簡(jiǎn)稱壓濾機(jī))的洗滌效果較差[3]，且壓濾機(jī)的處理能力不足。

針對(duì)該水冶廠壓濾工序存在的問題，為進(jìn)一步提高鈾回收率，對(duì)壓濾工序生產(chǎn)現(xiàn)狀(因該水冶廠2015年停產(chǎn)，故采用2014年數(shù)據(jù))進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析；并利用現(xiàn)場(chǎng)已有設(shè)備，對(duì)現(xiàn)有工藝進(jìn)行局部改造方案研究，以達(dá)到提高壓濾機(jī)產(chǎn)能及提高水冶回收率的目的。

1 壓濾工序現(xiàn)狀分析

1.1 壓濾工序生產(chǎn)情況

廂式隔膜壓濾機(jī)具有操作壓強(qiáng)高、適用范圍廣和便于操作等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)[4-6]。廂式隔膜壓濾機(jī)屬于間歇式壓濾機(jī)，進(jìn)料、過濾、洗滌、松板、卸料和合板等流程依次進(jìn)行，完成一個(gè)操作循環(huán)即為壓濾一次[7]。

該水冶廠壓濾工序共有2條生產(chǎn)線，每條生產(chǎn)線配置6臺(tái)壓濾機(jī)(5用1備)，采用進(jìn)料、預(yù)壓榨、第一次洗滌、預(yù)壓榨、第二次洗滌、預(yù)壓榨、第三次洗滌、濾餅壓榨、松板、卸料、合板的循環(huán)運(yùn)行方式，金屬洗滌效率約為94%，與99%的設(shè)計(jì)指標(biāo)存在一定差距。該水冶廠2014年完成板框壓濾約1.35萬次，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表1?？梢钥闯觯瑝簽V機(jī)處理能力大的月份為6月和7月，單臺(tái)壓濾機(jī)單次壓濾處理干礦石量均大于19 t，而全年壓濾機(jī)平均單次處理干礦石量只有15.50 t。主要原因分析如下：一是受礦山條件限制，濾布供應(yīng)經(jīng)常不能滿足生產(chǎn)要求，而濾布是板框式壓濾機(jī)的“心臟”[8]，濾布破損后沒有及時(shí)更換導(dǎo)致跑料嚴(yán)重，影響壓濾機(jī)進(jìn)料量；二是液固比控制較差，根據(jù)考察及生產(chǎn)實(shí)際情況來看，進(jìn)料液固比越大，進(jìn)料時(shí)間越長(zhǎng)；三是部分班次為處理浸出來料而縮短進(jìn)料時(shí)間，增加了壓濾機(jī)操作的循環(huán)次數(shù)，這會(huì)影響壓濾機(jī)單次進(jìn)料量。

表1 2014年壓濾機(jī)處理量統(tǒng)計(jì)

1.2 壓濾機(jī)完成1次壓濾操作的運(yùn)行時(shí)間

濾布的洗滌對(duì)壓濾機(jī)運(yùn)行影響較大。為保障壓濾機(jī)的正常運(yùn)行，在2014年度生產(chǎn)過程中，每條生產(chǎn)線僅有5臺(tái)壓濾機(jī)同時(shí)運(yùn)行，安排另外1臺(tái)壓濾機(jī)進(jìn)行濾布拆洗、濾板沖洗及機(jī)器維護(hù)工作。正常生產(chǎn)過程中，壓濾機(jī)完成1次壓濾操作的運(yùn)行時(shí)間見表2。

表2 壓濾機(jī)完成1次壓濾操作的運(yùn)行時(shí)間計(jì)算

表2是連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行72 h及以上的數(shù)據(jù)，可以較好地反映壓濾機(jī)生產(chǎn)線的單次壓濾操作時(shí)間。在總運(yùn)行時(shí)間384 h內(nèi)，共完成壓濾操作1 276次，有10臺(tái)壓濾機(jī)運(yùn)行，則壓濾機(jī)完成1次壓濾操作用時(shí)3.00 h。

1.3 壓濾機(jī)進(jìn)料時(shí)間

壓濾機(jī)1個(gè)操作循環(huán)的時(shí)間稱為操作周期，其中松板、卸料和合板等時(shí)間為輔助時(shí)間，它與壓濾機(jī)結(jié)構(gòu)、漿體性質(zhì)、操作水平和自動(dòng)化程度有關(guān)；當(dāng)這些因素一定時(shí)，輔助時(shí)間為定值，而進(jìn)料過濾時(shí)間是人為控制的。若進(jìn)料時(shí)間過長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致濾餅過厚，延長(zhǎng)濾餅洗滌時(shí)間，影響壓濾機(jī)的處理能力；相反，若進(jìn)料時(shí)間過短，則需要頻繁卸渣等輔助操作，板框壓濾機(jī)處理能力同樣較小。在該水冶廠生產(chǎn)中，進(jìn)料時(shí)間完整可用的數(shù)據(jù)共422次，見表3。

表3 壓濾機(jī)進(jìn)料時(shí)間分布情況

按以上統(tǒng)計(jì)方法，進(jìn)料時(shí)間20～53 min屬于正常范圍，共404次，壓濾機(jī)平均進(jìn)料時(shí)間為33 min。

1.4 壓濾機(jī)實(shí)際生產(chǎn)能力計(jì)算

根據(jù)分析，在壓濾機(jī)運(yùn)行工況良好的情況下，單臺(tái)壓濾機(jī)1次平均處理干礦量為19.8 t，單臺(tái)壓濾機(jī)的單次運(yùn)行周期為3 h，每天有2條壓濾生產(chǎn)線共10臺(tái)壓濾機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)，壓濾機(jī)每天處理干礦石量為24 h÷3 h×5(臺(tái)/條)×2(條/d)×19.8(t/臺(tái))=1 584 t/d。

原設(shè)計(jì)每天處理干礦石量為2 000 t。因此在運(yùn)行工況良好的情況下，壓濾機(jī)的實(shí)際生產(chǎn)能力為原設(shè)計(jì)的1 584(t/d)÷2 000(t/d)×100%=79.2%。

1.5 壓濾機(jī)洗滌效率及回收率

通過2014年吸附原液金屬量除以浸出金屬量，可得到壓濾機(jī)洗滌效率，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表4。

表4 2014年吸附原液金屬量統(tǒng)計(jì)

由表4可知，2014年共浸出金屬370.016 t，吸附崗位統(tǒng)計(jì)金屬量為342.895 t。2014年12月31日盤點(diǎn)數(shù)據(jù)(按浸出后金屬計(jì)算)，流程中的金屬為5.200 t(除沉淀崗位)，則全年共吸附金屬為342.895 t+5.200 t=348.095 t，壓濾機(jī)洗滌效率為348.095 t÷370.016 t×100%=94.1%，壓濾機(jī)崗位損失金屬為370.016 t-348.095 t=21.921 t，壓濾機(jī)金屬回收損失率為21.921 t÷370.016 t×100%=5.92%。壓濾機(jī)金屬回收損失率與原設(shè)計(jì)3%的浸回差相比，超出了2.92%。

2 壓濾工藝改造方案研究

2.1 壓濾工藝改造方案

鑒于目前壓濾機(jī)生產(chǎn)能力不足及洗滌效率較低的情況，本次設(shè)計(jì)改造方案為：1)浸出礦漿進(jìn)壓濾機(jī)，其中第一次、第二次洗滌仍采用壓濾機(jī)機(jī)洗方式，第三次洗滌調(diào)整為再制漿洗滌、濃密沉降方式；2)改變第一次、第二次洗滌進(jìn)液方式，由對(duì)角洗滌改為中心孔進(jìn)液洗滌。將壓濾機(jī)第二次洗滌后的濾餅，用吸附尾液制漿(液固比為2∶1)并添加絮凝劑后[9]，進(jìn)濃密機(jī)進(jìn)行濃密沉降，溢流液去壓濾機(jī)作為洗水或再制漿用；濃密底流采用壓濾機(jī)進(jìn)行固液分離，濾液返回原壓濾機(jī)作為第二次洗水，尾渣仍使用尾礦皮帶輸送至尾礦庫(kù)。

試驗(yàn)表明，在相同條件下未添加絮凝劑的礦漿采用布氏漏斗抽濾，用時(shí)約25 min；添加絮凝劑的礦漿，10 min即可抽干(自然過濾約2 min礦漿表面即無積液)。結(jié)合相似礦山運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及礦漿實(shí)際過濾試驗(yàn)[10-11]，在該礦壓濾機(jī)進(jìn)料前添加絮凝劑，可使進(jìn)料時(shí)間由33 min縮短至28 min，縮短5 min。

同時(shí)，第一次、第二次洗滌由對(duì)角進(jìn)液改為中心孔進(jìn)液洗滌后，洗滌時(shí)間可節(jié)約3 min左右。通過添加絮凝劑改變?yōu)V餅性能，卸料將會(huì)更加容易，只需3～5 min即可合板。

2.2 壓濾工藝改造效果

2.2.1 產(chǎn)能提高分析

通過在礦山開采過程中對(duì)泥巖的剝離及絮凝劑的添加，結(jié)合對(duì)2014年該礦水冶廠壓濾機(jī)部分運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析，改造后單臺(tái)壓濾機(jī)的運(yùn)行周期可縮短至123 min，見表5。

表5 壓濾機(jī)運(yùn)行周期對(duì)比

壓濾機(jī)的處理能力不僅與單臺(tái)壓濾機(jī)的運(yùn)行周期有關(guān)，還與進(jìn)料時(shí)間有關(guān)(每條線1個(gè)進(jìn)料管)。單臺(tái)壓濾機(jī)運(yùn)行周期為123 min，進(jìn)料時(shí)間為28 min，有2條壓濾生產(chǎn)線，每條按5用1備考慮，壓濾機(jī)的處理能力計(jì)算如下。

按單臺(tái)壓濾機(jī)運(yùn)行周期計(jì)算，壓濾機(jī)每天處理干礦石量為24(h/d)×60(min/h)÷123 min×5(臺(tái)/條)×2(條/d)×19.8(t/d)=2 318 t/d。原設(shè)計(jì)壓濾機(jī)處理干礦石量為2 000 t/d，改造后的生產(chǎn)能力為原設(shè)計(jì)能力的115.9%(即：2 318÷2 000×100%=115.9%)。

按壓濾機(jī)進(jìn)料時(shí)間計(jì)算，壓濾機(jī)每天處理干礦石量為24(h/d)×60(min/h)÷28(min/條)×2(條/d)×19.8(t/d)=2 036.6 t/d，改造后的生產(chǎn)能力為原設(shè)計(jì)的101.8%(即：2 036.6÷2 000×100%=101.8%)。

壓濾機(jī)生產(chǎn)能力必須同時(shí)滿足進(jìn)料時(shí)間和運(yùn)行周期條件，因此該條件下壓濾機(jī)的生產(chǎn)能力為原設(shè)計(jì)的101.8%，可實(shí)現(xiàn)達(dá)產(chǎn)。

2.2.2 金屬回收率提高分析

設(shè)計(jì)年處理60萬t礦石(原礦品位0.130%)，尾渣含水率20%，則產(chǎn)生尾渣量為75萬t(固相60萬t，液相15萬t)。2014年生產(chǎn)工藝洗液鈾質(zhì)量濃度為411.0 mg/L，濾餅液相中的金屬量為61.65 t，回收率損失為7.90%。

根據(jù)改造后的壓濾工藝，在制漿液固比分別為2∶1、1.5∶1條件下計(jì)算回收率，結(jié)果見表6。

表6 不同液固比制漿洗滌后的回收率

由表6可見，按設(shè)計(jì)產(chǎn)能計(jì)算，優(yōu)化壓濾工藝后，按2∶1液固比制漿，壓濾崗位回收率提高約6.25%，每年多回收金屬約48.8 t；按1.5∶1液固比制漿，壓濾崗位回收率提高約5.70%；每年多回收金屬約44.5 t。

2.3 改造固定投資及新增生產(chǎn)成本測(cè)算

測(cè)算依據(jù)：設(shè)計(jì)年處理60萬t礦石(原礦品位0.130%)；壓濾工藝按2∶1液固比制漿。

2.3.1 固定投資

新增主要工藝設(shè)備情況見表7。可以看出，需一次性投入設(shè)備費(fèi)用約2 129.8萬元。

表7 新增主要工藝設(shè)備明細(xì)

2.3.2 新增生產(chǎn)費(fèi)用

新增生產(chǎn)費(fèi)用為壓濾多回收48.8 t金屬產(chǎn)生的費(fèi)用，壓濾工序前的其他各工序的化工材料不會(huì)變化，主要是增加壓濾后續(xù)生產(chǎn)原材料、電力、人力及其他成本，具體見表8?？梢钥闯?，每年需新增人力、材料成本約663.34萬元。

表8 壓濾工藝改造后新增人力、材料成本測(cè)算

2.4 改造后收益分析

測(cè)算依據(jù)：設(shè)計(jì)年處理60萬t礦石(原礦品位0.130%)；壓濾工藝按2∶1液固比制漿，每年多回收金屬約48.8 t。以40美元/磅U3O8、人民幣兌美元匯率按6.5∶1估算，折合得出67.7萬元/t金屬。則每年因提高回收率、多產(chǎn)出金屬產(chǎn)生的收益為：48.8 t×67.7(萬元/t)≈3 304萬元。

提高壓濾機(jī)洗滌效率不僅提高金屬回收率，也會(huì)降低堿耗。因在試生產(chǎn)過程中，堿耗問題未做專題考察，此處做粗略測(cè)算。壓濾機(jī)二洗后碳酸鈉質(zhì)量濃度約22.1 g/L，碳酸氫鈉質(zhì)量濃度約8.1 g/L；經(jīng)測(cè)算采用制漿洗滌后，碳酸鈉、碳酸氫鈉質(zhì)量濃度均可降低50%以上，按年處理60萬噸礦石計(jì)算，每年可回收碳酸鈉約1 658 t、碳酸氫鈉約608 t，按2014年價(jià)格測(cè)算可節(jié)約費(fèi)用約838萬元。

結(jié)合投入及產(chǎn)出費(fèi)用，改造后第一年即可收回全部投資，且可實(shí)現(xiàn)增收1 348.8萬元(即：3 304萬元-2 129.8萬元-663.4萬元+838萬元≈1 348.8萬元，未扣除設(shè)備安裝及運(yùn)輸費(fèi)用)。

3 結(jié)論

在考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況的基礎(chǔ)上，結(jié)合類似礦山的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行了壓濾工藝改造方案研究。測(cè)算結(jié)果表明，改造后單臺(tái)壓濾機(jī)運(yùn)行周期可由目前的180 min縮短至123 min；按設(shè)計(jì)產(chǎn)能計(jì)算，每年可多回收金屬約48.8 t，提高金屬回收率約6.25%。此改造方案可提高濾餅洗滌效率，增加回收率，同時(shí)可降低壓濾機(jī)作業(yè)運(yùn)行周期，提升壓濾機(jī)產(chǎn)能。

壓濾工藝改造方案需一次性投入設(shè)備費(fèi)用約2 129.8萬元，每年需新增人力、原材料成本約663.4萬元，改造后第一年即可收回全部投資，且可實(shí)現(xiàn)增收1 348.8萬元。