王子濤 楊利平 張 冰 張立峰

（1.中條山有色金屬集團(tuán)有限公司；2.北礦化學(xué)科技（滄州）有限公司）

脫水是選礦工藝重要的后續(xù)作業(yè)［1-2］，陶瓷過(guò)濾機(jī)是脫水作業(yè)中的常用設(shè)備。陶瓷過(guò)濾機(jī)基于毛細(xì)微孔的作用原理，采用微孔陶瓷板作為過(guò)濾介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)低能耗的固液分離［3-4］。用于銅精礦過(guò)濾的陶瓷過(guò)濾機(jī)在經(jīng)過(guò)6～8 h 的運(yùn)行后，陶瓷板表面及毛細(xì)微孔中會(huì)積存硫單質(zhì)、硫酸鈣、碳酸鈣等化學(xué)結(jié)垢物和黃銅礦、黃鐵礦等微細(xì)礦物顆粒［5-6］，為保證過(guò)濾效果，必須對(duì)陶瓷板進(jìn)行清洗。

目前，陶瓷過(guò)濾機(jī)主要采用硝酸配合超聲波清洗，洗車(chē)時(shí)將濃度為98%的濃硝酸稀釋為50%左右的稀硝酸，通過(guò)計(jì)量泵輸送至陶瓷過(guò)濾機(jī)進(jìn)行清洗［7］；但硝酸具有強(qiáng)腐蝕性，屬于易制毒、受?chē)?guó)家管控的?；罚洳少?gòu)、運(yùn)輸、存儲(chǔ)、使用各環(huán)節(jié)均存在較大的安全、環(huán)境等隱患［8］；而且選礦廠生產(chǎn)廢水一般經(jīng)處理后會(huì)循環(huán)利用，硝酸用量大、酸性強(qiáng)，會(huì)對(duì)后續(xù)作業(yè)產(chǎn)生一定影響［9］。因此，本著建設(shè)綠色安全礦山的原則［10］，有必要在保障生產(chǎn)需求的前提下，尋找一種新型清洗劑代替硝酸清洗陶瓷過(guò)濾機(jī)，徹底解決硝酸使用過(guò)程中存在的各類(lèi)隱患。

山西某銅礦選礦廠使用4 臺(tái)陶瓷過(guò)濾機(jī)進(jìn)行銅精礦過(guò)濾，采用“四班三倒”生產(chǎn)制度，陶瓷過(guò)濾機(jī)每運(yùn)行7 h，進(jìn)行1 h 洗車(chē)，全部使用硝酸配合超聲波清洗。為解決硝酸使用過(guò)程中存在的隱患，開(kāi)展了新型清洗劑試驗(yàn)研究。

1 陶瓷過(guò)濾機(jī)工作原理

陶瓷過(guò)濾機(jī)主要由主軸傳動(dòng)系統(tǒng)、陶瓷板、攪拌系統(tǒng)、槽體以及反沖洗系統(tǒng)組成（圖1），工作時(shí)攪拌器往復(fù)擺動(dòng)防止固體沉淀；陶瓷板順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，料漿中的固體顆粒借助真空作用，附著在陶瓷板上形成濾餅；濾餅離開(kāi)液面后，在真空作用下持續(xù)脫去水分，濾液透過(guò)陶瓷板經(jīng)濾液管從分配頭排出，濾餅在卸料區(qū)通過(guò)由內(nèi)向外吹風(fēng)卸落或刮刀刮落；隨后陶瓷板進(jìn)入反沖洗區(qū)進(jìn)行表面微孔清洗［11］。

2 新型清洗劑性質(zhì)

新型清洗劑主要成分為多元酸、有機(jī)螯合劑、滲透劑等，不含氟離子、氯離子，呈白色固體粉末，易溶于水，水溶液無(wú)強(qiáng)腐蝕性，屬于非危化品，安全環(huán)保性較高。新型清洗劑10%濃度溶液中氨氮含量見(jiàn)表1。

3 試驗(yàn)結(jié)果及討論

3.1 小型試驗(yàn)研究

3.1.1 新型清洗劑用量試驗(yàn)

采用廢棄陶瓷板對(duì)3 種新型清洗劑最佳用量進(jìn)行試驗(yàn)研究，試驗(yàn)設(shè)備及流程見(jiàn)圖2。清洗時(shí)間為1 h，稱(chēng)量陶瓷板清洗前后的質(zhì)量，計(jì)算化學(xué)結(jié)垢物溶解率，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

由圖3可見(jiàn)，3種新型清洗劑對(duì)化學(xué)結(jié)垢物溶解率大小依次為1#＞3#＞2#，其最佳用量均為0.160 kg/（m2/h）。

3.1.2 新型清洗劑反應(yīng)速率試驗(yàn)

采用廢棄陶瓷板對(duì)3 種新型清洗劑反應(yīng)速率進(jìn)行試驗(yàn)研究，試驗(yàn)設(shè)備及流程見(jiàn)圖2。3 種清洗劑用量均為0.160 kg/（m2/h），每隔10 min 稱(chēng)量1 次陶瓷板質(zhì)量，計(jì)算化學(xué)結(jié)垢物溶解率，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。

由圖4可見(jiàn)，2#清洗劑初始反應(yīng)速率最快，40 min即可到達(dá)反應(yīng)終點(diǎn)；1#、3#清洗劑初始反應(yīng)速率較慢，50 min時(shí)到達(dá)反應(yīng)終點(diǎn)，但是1#、3#清洗劑較2#清洗劑反應(yīng)更為徹底。

3.2 工業(yè)試驗(yàn)

3.2.1 新型清洗劑配制流程

選礦廠采購(gòu)濃度98%的硝酸，即發(fā)煙硝酸，使用時(shí)需要分步稀釋?zhuān)?2］，即先將濃度98%硝酸稀釋至50%，由計(jì)量泵送入反沖洗管路，再與反沖洗水混合稀釋至0.5%～1.0%。新型清洗劑按照規(guī)定用量配制成水溶液，代替稀硝酸接入過(guò)濾機(jī)酸泵，配置過(guò)程中罐體溫度無(wú)明顯變化，操作無(wú)危險(xiǎn)性。新型清洗劑配制流程見(jiàn)圖5。

3.2.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)前標(biāo)記并計(jì)算陶瓷過(guò)濾機(jī)槽體某一特定高度的體積，試驗(yàn)期間固定過(guò)濾機(jī)每次給礦的礦漿液位，即固定每次給礦礦漿體積Q礦漿；記錄每班給礦次數(shù)n、開(kāi)車(chē)時(shí)間T，檢測(cè)每次給礦礦漿濃度c礦漿。礦漿濃度可由式（1）、式（2）表示［13］，礦漿密度ρ礦漿可由式（3）表示。

已知礦漿中銅精礦密度為3.6 t/m3，聯(lián)立（1）（2）（3）式可得過(guò)濾機(jī)處理量為

則陶瓷過(guò)濾機(jī)平均每小時(shí)處理能力為

式中，M礦漿為每次給礦礦漿質(zhì)量，t；M銅精礦（1，2，···，n）為每次給礦礦漿中銅精礦質(zhì)量，t。

3.2.3 試驗(yàn)結(jié)果

分別使用3 種新型清洗劑與硝酸進(jìn)行工業(yè)對(duì)比試驗(yàn)，新型清洗劑用量0.160 kg/（m2/h），硝酸采用現(xiàn)場(chǎng)平均用量0.577 kg/（m2/h）。試驗(yàn)過(guò)程中保持陶瓷過(guò)濾機(jī)各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)基本穩(wěn)定，并按照上述試驗(yàn)方法計(jì)算陶瓷過(guò)濾機(jī)平均小時(shí)處理能力，每2 h 記錄1 次濾餅厚度（從右往左分別記錄第2、4、6、8圈陶瓷板，共4個(gè)取樣點(diǎn)的濾餅厚度，取平均值），每8 h 檢測(cè)1 次濾餅水分。陶瓷過(guò)濾機(jī)運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表2，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3可知，3種新型清洗劑與硝酸相比，平均濾餅厚度和平均處理能力均為1#＞3#＞2#＞硝酸；使用新型清洗劑過(guò)濾機(jī)濾餅厚度增加17%～20%，處理能力提高20%～22%；平均濾餅水分含量依次為硝酸＜2#＜3#＜1#，由于濾餅厚度增加，濾餅層阻力增加［14］，水分運(yùn)動(dòng)阻力增大，平均濾餅水分增加0.65～0.75 個(gè)百分點(diǎn)，但仍然符合YS/T 318-2007銅精礦標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

（1）使用新型清洗劑成本增加。4 臺(tái)陶瓷過(guò)濾機(jī)總面積198 m2，按全年生產(chǎn)350 d，每天清洗3次，使用硝酸和新型清洗劑的成本分析結(jié)果見(jiàn)表4。

由表4 可知，使用新型清洗劑需多投入成本70.8萬(wàn)元/a。

（2）經(jīng)濟(jì)效益。使用硝酸4臺(tái)陶瓷過(guò)濾機(jī)累計(jì)運(yùn)行29 400 h/a，使用新型清洗劑陶瓷過(guò)濾機(jī)處理能力提高20%～22%，按21%計(jì)算，運(yùn)行時(shí)間減少6 174 h/a。陶瓷過(guò)濾機(jī)合計(jì)裝機(jī)功率約345 kW，可節(jié)約電費(fèi)87.3 萬(wàn)元/a。

（3）使用新型清洗劑合計(jì)可節(jié)約成本16.5 萬(wàn)元/a。

5 結(jié)論

（1）山西某銅礦選礦廠使用新型清洗劑清洗陶瓷過(guò)濾機(jī)，過(guò)濾機(jī)濾餅厚度增加17%～20%，處理能力提高20%～22%；由于濾餅層阻力增加，濾餅水分增加0.65～0.75個(gè)百分點(diǎn)，但仍符合要求。新型清洗劑代替硝酸清洗陶瓷過(guò)濾機(jī)在技術(shù)上可行且略有優(yōu)勢(shì)。

（2）新型清洗劑用量為硝酸用量的28%，可減小酸性回水對(duì)后續(xù)作業(yè)及設(shè)備的影響。

（3）使用新型清洗劑，藥劑成本增加70.8 萬(wàn)元/a，減少能源消耗可節(jié)約成本87.3 萬(wàn)元/a，合計(jì)可節(jié)約成本16.5 萬(wàn)元/a。

（4）新型清洗劑可以徹底解決硝酸使用過(guò)程中存在的人員傷害及環(huán)境污染隱患，減輕對(duì)設(shè)備、管路的腐蝕，對(duì)其他陶瓷過(guò)濾機(jī)使用廠家具有參考意義。