1 緒論
國內(nèi)錳、黃金浸出、鋰鹽等稀貴金屬選礦冶煉過程中為提高貴液中有價金屬回收等領(lǐng)域，需要對物料進(jìn)行多次過濾洗滌。國內(nèi)企業(yè)常規(guī)都是采用脫水、洗滌作業(yè)分段進(jìn)行，由于洗滌與過濾分別在不同設(shè)備中進(jìn)行，且在洗滌過濾循環(huán)過程中物料需要重新配漿，存在工藝流程繁冗，設(shè)備種類多，除了導(dǎo)致企業(yè)生產(chǎn)運行成本高，更存在物料廢渣中有害金屬超標(biāo)，堆存排放安全隱患大，增加環(huán)保壓力等一系列問題。
近年來，國家對各行各業(yè)的環(huán)境保護(hù)和資源利用要求越來越高，大力提倡節(jié)能減排、清潔生產(chǎn)、綠色制造。針對上述行業(yè)的脫水工藝流程及過濾洗滌現(xiàn)狀，國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)專家在脫水、洗滌工藝及設(shè)備上做了大量的優(yōu)化改良工作，但基本上都是單一流程的優(yōu)化，缺乏把兩者高效結(jié)合起來研發(fā)成果，現(xiàn)今，我們研發(fā)并推廣一種新型的短路節(jié)能、過濾洗滌一體技術(shù)及相關(guān)處理配套設(shè)施，滿足最終濾渣產(chǎn)品的洗滌率及含水率能達(dá)企業(yè)希望的既定指標(biāo)，解決廢渣達(dá)標(biāo)，同時縮短傳統(tǒng)濃密洗滌過濾工藝流程，降低投資運行成本，該技術(shù)的成功研發(fā)對企業(yè)是有著良好的使用價值及在相關(guān)領(lǐng)域的推廣前景[1-5]。
2 新型過濾洗滌一體技術(shù)在電解錳廢渣脫水洗滌的試驗研究
2.1 新型過濾洗滌一體技術(shù)現(xiàn)場試驗?zāi)康募耙饬x
四川某錳礦屬大型民營電解錳生產(chǎn)加工企業(yè)，錳電解主要采用為酸浸電解工藝，現(xiàn)場工藝處理過程中除了生產(chǎn)出電解錳產(chǎn)品之外，還會有大量碳酸錳渣粉（每生產(chǎn)1頓電解金屬錳會同時產(chǎn)生5-6噸錳廢渣）附帶產(chǎn)出，由于錳礦渣產(chǎn)出量大，其中又含有大量硫酸鹽、氨氮、砷、汞、鎘、錳等重金屬離子物質(zhì)，屬于有害廢渣，長期堆放不但污染當(dāng)?shù)丨h(huán)境，也是對有價金屬錳的嚴(yán)重浪費。現(xiàn)場脫水工藝是對浸出錳渣液采用采用濃密、壓濾兩段工藝流程進(jìn)行過濾洗滌處理，即礦漿首先進(jìn)行濃縮，隨后碳酸錳礦粉浸出液通過傳統(tǒng)的板框式壓濾機(jī)進(jìn)行濾液粗壓，進(jìn)而在加藥劑沉淀進(jìn)行第二次甚至是多次壓濾、最終產(chǎn)出電解金屬錳渣產(chǎn)品的方案。由于該工藝流程中采用傳統(tǒng)壓濾設(shè)施（普通板框壓濾機(jī)）進(jìn)行的兩次（或者多次）脫水作業(yè)，流程中碳酸錳礦粉的由于缺少洗滌流程，導(dǎo)致處理后的電解錳渣中硫酸銨、硫酸錳含量偏高。企業(yè)技術(shù)人員為了解決實際存在的問題，也嘗試采用了壓濾后的錳渣用清水洗滌后再壓濾的方案，但是洗滌率效果不佳，洗滌率指標(biāo)化驗都在60%以下，不但二價錳流失嚴(yán)重，工藝流程還繁瑣，也加重了設(shè)備負(fù)荷。此外，脫水主要工藝指標(biāo)含水率也在22%左右的一個偏高指標(biāo)，均都無法達(dá)到一個符合要求的工藝指標(biāo)，不但造成有價金屬浪費，也給企業(yè)造成了運營成本的增高及經(jīng)濟(jì)效益的降低，此外，環(huán)保污染問題也無法從根本上得以解決。
現(xiàn)階段，在現(xiàn)場進(jìn)行高效過濾洗滌設(shè)備的技術(shù)研發(fā)及試驗研究，通過新技術(shù)的更新，推出一種既能充分完成洗滌作業(yè)，高效浸出液錳渣中的有害金屬離子，在完成同等或更優(yōu)濾餅含水率及洗滌指標(biāo)的條件下，錳渣能符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)作為副產(chǎn)品產(chǎn)出，并能在現(xiàn)場有效實施的工藝方案。進(jìn)而實現(xiàn)洗滌、過濾工藝無短路一體化，大幅縮短工藝流程，減少有害物質(zhì)的二次污染，提升有價資源的回收率，降低企業(yè)投資及運行成本，提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)及社會效益[6-7]。
2.2 試驗要求及目標(biāo)
針對現(xiàn)場實際情況，本試驗主要是采用具有壓濾、脫水一體化工藝及配套設(shè)施替代傳統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行脫水洗滌流程的半工業(yè)試驗，通過對碳酸錳礦粉浸出液進(jìn)行洗滌和脫水處理，將原工藝繁瑣的多次處理流程通過一臺設(shè)備一次處理完成，力爭最大限度回收錳渣中硫酸錳、硫酸銨等有用物質(zhì)，錳、氨回收率目標(biāo)預(yù)計達(dá)到98%以上（濾液Mn2+＞25g/l，廢渣Mn2+＜3g/l），實現(xiàn)錳渣無害化。最終驗證該技術(shù)設(shè)施在實際生產(chǎn)的應(yīng)用效果，為企業(yè)提供一種具有新型高效節(jié)能環(huán)保技術(shù)的工藝及其配套設(shè)備。
試驗還將對處理后的物料進(jìn)行檢測，對最終錳渣產(chǎn)品二價錳含量及其洗滌率指標(biāo)進(jìn)行分析，與原有工藝的二價錳的洗滌率相對比，從而得到現(xiàn)場實際的數(shù)據(jù)，作為新型一體化工藝的理論數(shù)據(jù)，從而判斷新型壓濾洗滌一體化技術(shù)及設(shè)備的應(yīng)用處理效果，為企業(yè)降本增效提供更優(yōu)的技術(shù)升級方案和工藝設(shè)備支持，實現(xiàn)企業(yè)的資源化利用和達(dá)到環(huán)保要求，真正提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。
2.3 試驗物料及試驗設(shè)備參數(shù)簡介
本次試驗主要工是工藝流程技術(shù)及其設(shè)備性能的研究，因此沒有相關(guān)的藥劑及流程選別試驗。
試驗樣品為壓濾車間內(nèi)的實際生產(chǎn)的電解錳渣物料，由現(xiàn)場負(fù)責(zé)采集。礦漿溫度 32-38°C；
干礦比重3.04；物料濃度18%；礦物主要組成見表1：
表1 主要礦物的化學(xué)組成
試驗采用的設(shè)備是CJWA-5/4/30型高能壓濾機(jī)的工業(yè)實驗模擬機(jī)。該機(jī)型自身即具備高效過濾性能，并根據(jù)本次試驗得技術(shù)要求，在設(shè)備整體結(jié)構(gòu)上做了技術(shù)升級，使其兼?zhèn)涓咝礈旌瓦^濾功能，從而能滿足工藝試驗技術(shù)要求。
主要試驗設(shè)施參數(shù)：濾板過濾面尺寸500×500；濾餅數(shù)量4塊；濾室深度30mm；采用渣漿泵給料；壓榨、吹干介質(zhì)共用為壓縮空氣；攪拌槽規(guī)格φ800×1200；儲氣罐容積2m3；洗滌水為生產(chǎn)用清水（采用電加熱器加熱至所需溫度）。
2.4 試驗主要方案及步驟
本次工藝試驗研究，主要是進(jìn)行碳酸錳礦粉浸出液的產(chǎn)品脫水試驗，試驗將進(jìn)行新技術(shù)的多級洗滌工藝試驗、洗滌效率指標(biāo)對比試驗，通過洗滌率的參數(shù)對比確定工藝指標(biāo)，檢驗新設(shè)備使用效果及性能參數(shù)，最終提出合理可靠的脫水洗滌工藝和設(shè)備數(shù)據(jù)指標(biāo)，并判定新型一體化洗滌技術(shù)及其相關(guān)設(shè)備的性能。
a. 多級洗滌試驗
用具備新技術(shù)的設(shè)備對現(xiàn)場浸出液進(jìn)行常規(guī)壓濾及洗滌壓濾，并根據(jù)壓濾濾液出水情況及渣漿泵壓力情況對給料時間、壓榨風(fēng)干時間，洗滌時間等參數(shù)進(jìn)行設(shè)定和調(diào)整。試驗主要是在設(shè)備內(nèi)部對濾餅進(jìn)行多次洗滌、循環(huán)，直到整個系統(tǒng)達(dá)到平衡。
試驗原料取自現(xiàn)場礦漿高位礦漿桶，原漿溫度在30-38℃左右，為保證較高的洗滌效率，進(jìn)料時間首次設(shè)定35分鐘，進(jìn)料原則是沒有壓濾水排出，濾餅厚度約3cm。試驗一級洗滌水用水量約45L，當(dāng)洗滌水中Mn2+>25g/l時，即可達(dá)到試驗要求。試驗首先加入15L的清水進(jìn)行第一次洗滌，洗滌液收集后再加入15L清水進(jìn)行第二次洗滌、第三次洗滌，洗滌液循環(huán)使用，直至到達(dá)試驗數(shù)據(jù)的要求。一級洗滌結(jié)束后在進(jìn)行二級洗滌試驗，程序和第一級試驗步驟一樣。每一級洗滌時間在20分鐘左右，把45L的水洗完。從第一組試驗Mn2+的數(shù)值達(dá)到要求后，再在每一組試驗之后用15L的自來水洗滌，再洗滌三次Mn2+的數(shù)值又可達(dá)到試驗要求，這樣保證試驗過程中加入的水和出來的水達(dá)到水平衡，從而達(dá)到污水零排放的要求。其中，洗滌效率試驗是本次試驗成功的關(guān)鍵，用洗滌水將原漿中的游離錳和硫酸銨洗出98%，能實現(xiàn)錳渣無害化處理。試驗中主要需要控制的參數(shù)包括進(jìn)料時間、新加水量、洗滌時間、洗滌效率。
本次試驗將對每一組洗滌水（按水溫35℃左右）和直接壓濾水進(jìn)行取樣分析，檢測最終物料的Mn2+、硫酸銨、水分、全錳。
試驗流程圖見圖1；數(shù)據(jù)分析見圖 2；圖3所示。根據(jù)圖中數(shù)據(jù)可知，一級水在經(jīng)過9次洗滌后Mn2+的值為29.13g/l達(dá)到試驗要求（Mn2+的值>28g/l），二級水在10次洗滌后Mn2+的值為29.25g/l后達(dá)到試驗要求（Mn2+的值>28g/l）。
b. 滌效率試驗
碳酸錳礦粉浸出液通過泵將浸出液從壓濾攪拌槽泵入實驗機(jī)攪拌槽進(jìn)行過濾及洗滌流程試驗。最后采用高錳酸鉀滴定法測定濾液及洗滌液中二價錳含量。通過測定浸出液和經(jīng)過過濾洗滌之后的洗滌液中二價錳的含量，計算新工藝條件下的洗滌率，進(jìn)而對原有工藝條件下的洗滌率進(jìn)行對比，以此判定新工藝流程的洗滌質(zhì)量。
原有脫水工藝和新脫水、洗滌工藝在壓濾、洗滌質(zhì)量上不僅存在差別，在單位浸出液的處理能力上也存在差別，試驗通過對同樣數(shù)量的浸出液進(jìn)行處理，以處理后的濾餅的密度作為共同目標(biāo)，通過測定新工藝的用電量和功耗，進(jìn)而對新舊兩種工藝的處理能力進(jìn)行對比。
3 試驗結(jié)果分析及結(jié)論
本次試驗是對過濾的礦樣進(jìn)行試驗，并對每一組洗滌水和直接壓濾水進(jìn)行取樣分析，試驗的目標(biāo)是將濾餅密度過濾至統(tǒng)一的密度，在達(dá)到這同一標(biāo)準(zhǔn)的情況下，檢測設(shè)備在各個過程中需要的參數(shù)和時間，通過過濾、洗滌工藝和之前只有過濾工藝的流程進(jìn)行對比，進(jìn)而得到兩個工藝流程的工藝參數(shù)差別。其次，對兩個流程的處理效率進(jìn)行對比，測定壓濾液和尾渣中的二價錳的含量，通過壓濾液和尾渣中的二價錳的含量的對比，計算洗滌率。試驗數(shù)據(jù)及試驗工藝參數(shù)見表2。
表2 壓濾洗滌試驗數(shù)據(jù)分析表
通過試驗結(jié)果表中看出：新工藝其洗滌效果比較穩(wěn)定，平均洗滌率高達(dá)94.44%；根據(jù)圖表數(shù)據(jù)可知，在經(jīng)過洗滌后，濾液中Mn2+的值為25.12g/l～29.12g/l，本次試驗已完成了既定的目標(biāo)要求。通過試驗結(jié)果分析，得出了以下結(jié)論：
a. 通過對濾洗滌參數(shù)及最終二價錳的化驗分析結(jié)果，可以看出該浸出液屬于易過濾易洗滌物料，通過實施新工藝路線洗滌率能到到符合要求的高指標(biāo)，也精簡了工藝流程，降低了能耗指標(biāo)。
b. 根據(jù)洗滌前濾餅中二價錳含量等于壓濾濾液中二價錳含量，我們按此進(jìn)行洗滌率計算，試驗的洗滌率平均值為94.22%（按洗滌水量為0.7-0.85倍濾餅重量）。在工業(yè)生產(chǎn)中，洗滌率可以保證在90%以上。
c. 根據(jù)試驗數(shù)據(jù)可知，經(jīng)過洗滌后的溶液游離錳含量能達(dá)到25g/l以上，可滿足現(xiàn)場試驗要求，因此，工藝流程及洗滌、過濾設(shè)備下一步將可用于生產(chǎn)。
d. 新工藝充分利用了物料性質(zhì)，新設(shè)備由于采用了全自動控制系統(tǒng)，并應(yīng)用了新介質(zhì)和特殊設(shè)計結(jié)構(gòu)構(gòu)的濾板，在內(nèi)部又注入了和高壓空氣，使其造兼?zhèn)涓咝А⒐?jié)能的壓濾技術(shù)，既能將碳酸錳礦粉中的二價錳充分洗滌出來，更提高了脫水率指標(biāo)，新工藝流程最終錳渣含水在16%左右比原工藝指標(biāo)提高了6個百分點，可大大節(jié)約尾渣下一步的對外運輸成本。
4 小結(jié)
綜上可知，本次試驗采用的新工藝及其相關(guān)設(shè)施，在原有同等生產(chǎn)條件下，將壓濾、洗滌流程進(jìn)行了一體化集成，取代了兩段或多段聯(lián)合洗滌脫水工藝，使得脫水流程更加精簡、效率更高、設(shè)備臺數(shù)更少。經(jīng)過對比原工藝和新工藝兩種情況下的壓濾洗滌效果，可以看出，新工藝不但工藝環(huán)節(jié)少、自動化水平高，在主要技術(shù)指標(biāo)平均洗滌率和脫水率上，比原工藝條件下的生產(chǎn)實際平均指標(biāo)均有大幅度提升，洗滌效率這一關(guān)鍵指標(biāo)數(shù)據(jù)的提高說明新工藝試驗效果良好。此外，通過原工藝流程和壓濾洗滌一體化工藝的對比，在設(shè)備成本增加不多的情況下，壓濾洗滌工藝能回收更多的錳，并降低廢渣錳含量，并能將之前無法排放、利用的廢渣變成可利用能外排的有用物質(zhì)，提升了有價資源的回收，產(chǎn)生的社會、經(jīng)濟(jì)效益利益極為明顯。
1.蘭州有色冶金設(shè)計院有限公司 ； 2. 成都長杰科技有限公司
主要作者簡介：劉誼兵（1969-），男，上海市人 ，高級工程師， 主要從事有色、黑色礦山設(shè)計、咨詢及相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)研究
參 考 文 獻(xiàn)
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