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新型过滤洗涤一体技术在电解锰废渣脱水洗涤的试验研究

发布时间:2021/11/08 来源:本站 浏览次数:27

1  绪论 

国内锰、黄金浸出、锂盐等稀贵金属选矿冶炼过程中为提高贵液中有价金属回收等领域,需要对物料进行多次过滤洗涤。国内企业常规都是采用脱水、洗涤作业分段进行,由于洗涤与过滤分别在不同设备中进行,且在洗涤过滤循环过程中物料需要重新配浆,存在工艺流程繁冗,设备种类多,除了导致企业生产运行成本高,更存在物料废渣中有害金属超标,堆存排放安全隐患大,增加环保压力等一系列问题。

近年来,国家对各行各业的环境保护和资源利用要求越来越高,大力提倡节能减排、清洁生产、绿色制造。针对上述行业的脱水工艺流程及过滤洗涤现状,国内相关领域的技术专家在脱水、洗涤工艺及设备上做了大量的优化改良工作,但基本上都是单一流程的优化,缺乏把两者高效结合起来研发成果,现今,我们研发并推广一种新型的短路节能、过滤洗涤一体技术及相关处理配套设施,满足最终滤渣产品的洗涤率及含水率能达企业希望的既定指标,解决废渣达标,同时缩短传统浓密洗涤过滤工艺流程,降低投资运行成本,该技术的成功研发对企业是有着良好的使用价值及在相关领域的推广前景[1-5]

2  新型过滤洗涤一体技术在电解锰废渣脱水洗涤的试验研究

2.1  新型过滤洗涤一体技术现场试验目的及意义

四川某锰矿属大型民营电解锰生产加工企业,锰电解主要采用为酸浸电解工艺,现场工艺处理过程中除了生产出电解锰产品之外,还会有大量碳酸锰渣粉(每生产1顿电解金属锰会同时产生5-6吨锰废渣)附带产出,由于锰矿渣产出量大,其中又含有大量硫酸盐、氨氮、砷、汞、镉、锰等重金属离子物质,属于有害废渣,长期堆放不但污染当地环境,也是对有价金属锰的严重浪费。现场脱水工艺是对浸出锰渣液采用采用浓密、压滤两段工艺流程进行过滤洗涤处理,即矿浆首先进行浓缩,随后碳酸锰矿粉浸出液通过传统的板框式压滤机进行滤液粗压,进而在加药剂沉淀进行第二次甚至是多次压滤、最终产出电解金属渣产品的方案。由于该工艺流程中采用传统压滤设施(普通板框压滤机)进行的两次(或者多次)脱水作业,流程中碳酸锰矿粉的由于缺少洗涤流程,导致处理后的电解锰渣中硫酸铵、硫酸锰含量偏高。企业技术人员为了解决实际存在的问题,也尝试采用了压滤后的锰渣用清水洗涤后再压滤的方案,但是洗涤率效果不佳,洗涤率指标化验都在60%以下,不但二价锰流失严重,工艺流程还繁琐,也加重了设备负荷。此外,脱水主要工艺指标含水率也在22%左右的一个偏高指标,均都无法达到一个符合要求的工艺指标,不但造成有价金属浪费,也给企业造成了运营成本的增高及经济效益的降低,此外,环保污染问题也无法从根本上得以解决。

现阶段,在现场进行高效过滤洗涤设备的技术研发及试验研究,通过新技术的更新,推出一种既能充分完成洗涤作业,高效浸出液锰渣中的有害金属离子,在完成同等或更优滤饼含水率及洗涤指标的条件下,锰渣能符合环保标准作为副产品产出,并能在现场有效实施的工艺方案。进而实现洗涤、过滤工艺无短路一体化,大幅缩短工艺流程,减少有害物质的二次污染,提升有价资源的回收率,降低企业投资及运行成本,提升企业的经济及社会效益[6-7]

2.2  试验要求及目标

针对现场实际情况,本试验主要是采用具有压滤、脱水一体化工艺及配套设施替代传统设备进行脱水洗涤流程的半工业试验,通过对碳酸锰矿粉浸出液进行洗涤和脱水处理,将原工艺繁琐的多次处理流程通过一台设备一次处理完成,力争最大限度回收锰渣中硫酸锰、硫酸铵等有用物质,锰、氨回收率目标预计达到98%以上(滤液Mn2+25g/l,废渣Mn2+3g/l),实现锰渣无害化。最终验证该技术设施在实际生产的应用效果,为企业提供一种具有新型高效节能环保技术的工艺及其配套设备。

试验还将对处理后的物料进行检测,对最终锰渣产品二价锰含量及其洗涤率指标进行分析,与原有工艺的二价锰的洗涤率相对比,从而得到现场实际的数据,作为新型一体化工艺的理论数据,从而判断新型压滤洗涤一体化技术及设备的应用处理效果,为企业降本增效提供更优的技术升级方案和工艺设备支持,实现企业的资源化利用和达到环保要求,真正提高企业经济效益。

2.3  试验物料及试验设备参数简介

本次试验主要工是工艺流程技术及其设备性能的研究,因此没有相关的药剂及流程选别试验。

试验样品为压滤车间内的实际生产的电解锰渣物料,由现场负责采集矿浆温度 32-38°C;

干矿比重3.04;物料浓度18%;矿物主要组成见表1:

1                                    主要矿物的化学组成                

表一.png

 

试验采用的设备是CJWA-5/4/30型高能压滤机的工业实验模拟。该机型自身即具备高效过滤性能,并根据本次试验得技术要求,在设备整体结构上做了技术升级,使其兼备高效洗涤和过滤功能,从而能满足工艺试验技术要求。

主要试验设施参数:滤板过滤面尺寸500×500滤饼数量4块滤室深度30mm;采用渣浆泵给料压榨、吹干介质共用压缩空气搅拌槽规格φ800×1200储气罐容积2m³洗涤水生产用清水采用电加热器加热至所需温度

2.4  试验主要方案及步骤

本次工艺试验研究,主要是进行碳酸锰矿粉浸出液的产品脱水试验,试验将进行新技术的多级洗涤工艺试验、洗涤效率指标对比试验,通过洗涤率的参数对比确定工艺指标,检验新设备使用效果及性能参数,最终提出合理可靠的脱水洗涤工艺和设备数据指标,并判定新型一体化洗涤技术及其相关设备的性能

a. 多级洗涤试验

用具备新技术的设备现场浸出液进行常规压滤及洗涤压滤,并根据压滤滤液出水情况及渣浆泵压力情况对给料时间、压榨风干时间,洗涤时间等参数进行设定和调整。试验主要是在设备内部对滤饼进行多次洗涤、循环,直到整个系统达到平衡。

试验原料取自现场矿浆高位矿浆桶,原浆温度在30-38℃左右,为保证较高的洗涤效率,进料时间首次设定35分钟,进料原则是没有压滤水排出,滤饼厚度约3cm。试验一级洗涤水用水量约45L,当洗涤水中Mn2+>25g/l时,即可达到试验要求。试验首先加入15L的清水进行第一次洗涤,洗涤液收集后再加入15L清水进行第二次洗涤、第三次洗涤,洗涤液循环使用,直至到达试验数据的要求。一级洗涤结束后在进行二级洗涤试验,程序和第一级试验步骤一样。每一级洗涤时间在20分钟左右,把45L的水洗完。从第一组试验Mn2+的数值达到要求后,再在每一组试验之后用15L的自来水洗涤,再洗涤三次Mn2+的数值又可达到试验要求,这样保证试验过程中加入的水和出来的水达到水平衡,从而达到污水零排放的要求。其中,洗涤效率试验是本次试验成功的关键,用洗涤水将原浆中的游离锰和硫酸铵洗出98%,能实现锰渣无害化处理。试验中主要需要控制的参数包括进料时间、新加水量、洗涤时间、洗涤效率。

本次试验将对每一组洗涤水(按水温35℃左右)和直接压滤水进行取样分析,检测最终物料的Mn2+、硫酸铵、水分、全锰。

试验流程图见图1;数据分析见图 2;图3所示。根据图中数据可知,一级水在经过9次洗涤后Mn2+的值为29.13g/l达到试验要求(Mn2+的值>28g/l),二级水在10次洗涤后Mn2+的值为29.25g/l后达到试验要求(Mn2+的值>28g/l)。

b. 涤效率试验

碳酸锰矿粉浸出液通过泵将浸出液从压滤搅拌槽泵入实验机搅拌槽进行过滤及洗涤流程试验最后采用高锰酸钾滴定法测定滤液及洗涤液中二价锰含量。通过测定浸出液和经过过滤洗涤之后的洗涤液中二价锰的含量计算工艺条件下的洗涤率,进而对原有工艺条件下的洗涤率进行对比,以此判定新工艺流程的洗涤质量。

有脱水工艺和新脱水、洗涤工艺在压滤洗涤质量上不仅存在差别在单位浸出液的处理能力上也存在差别,试验通过对同样数量的浸出液进行处理以处理后的滤饼的密度作为共同目标,通过测定新工艺的用电量和功耗,进而对新旧两种工艺的处理能力进行对比。

 

3 试验结果分析及结论

本次试验是对过滤的矿样进行试验,并对每一组洗涤水和直接压滤水进行取样分析,试验的目标是将滤饼密度过滤至统一的密度,在达到这同一标准的情况下,检测设备在各个过程中需要的参数和时间,通过过滤、洗涤工艺和之前只有过滤工艺的流程进行对比,进而得到两个工艺流程的工艺参数差别。其次,对两个流程的处理效率进行对比,测定压滤液和尾渣中的二价锰的含量,通过压滤液和尾渣中的二价锰的含量的对比,计算洗涤率。试验数据及试验工艺参数见表2。

2                    压滤洗涤试验数据分析表

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通过试验结果表中看出:新工艺其洗涤效果比较稳定,平均洗涤率高达94.44%;根据图表数据可知,在经过洗涤后,滤液中Mn2+的值为25.12g/l~29.12g/l,本次试验已完成了既定的目标要求。通过试验结果分析,得出了以下结论:

a. 通过对滤洗涤参数及最终二价锰的化验分析结果,可以看出该浸出液属于易过滤易洗涤物料,通过实施新工艺路线洗涤率能到到符合要求的高指标,也精简了工艺流程,降低了能耗指标。

b. 根据洗涤前滤饼中二价锰含量等于压滤滤液中二价锰含量,我们按此进行洗涤率计算,试验的洗涤率平均值为94.22%(洗涤水量为0.7-0.85倍滤饼重量)。在工业生产中,洗涤率可以保证在90%以上。

c. 根据试验数据可知,经过洗涤后的溶液游离锰含量能达到25g/l以上,可满足现场试验要求,因此,工艺流程及洗涤、过滤设备下一步将可用于生产。

d. 新工艺充分利用了物料性质,新设备由于采用了全自动控制系统,并应用了新介质和特殊设计结构构的滤板,在内部又注入了和高压空气,使其造兼备高效、节能的压滤技术,既能将碳酸锰矿粉中的二价锰充分洗涤出来,更提高了脱水率指标,新工艺流程最终锰渣含水在16%左右比原工艺指标提高了6个百分点,可大大节约尾渣下一步的对外运输成本。

4  小结

综上可知,本次试验采用的新工艺及其相关设施,在原有同等生产条件下,将压滤、洗涤流程进行了一体化集成,取代了两段或多段联合洗涤脱水工艺,使得脱水流程更加精简、效率更高、设备台数更少。经过对比原工艺和新工艺两种情况下的压滤洗涤效果,可以看出,新工艺不但工艺环节少、自动化水平高,在主要技术指标平均洗涤率和脱水率上,比原工艺条件下的生产实际平均指标均有大幅度提升,洗涤效率这一关键指标数据的提高说明新工艺试验效果良好。此外,通过原工艺流程和压滤洗涤一体化工艺的对比,在设备成本增加不多的情况下,压滤洗涤工艺能回收更多的锰,并降低废渣锰含量,并能将之前无法排放、利用的废渣变成可利用能外排的有用物质,提升了有价资源的回收,产生的社会、经济效益利益极为明显。

 

1.兰州有色冶金设计院有限公司  ; 2. 成都买球的app科技有限公司

主要作者简介:刘谊兵(1969-),男,上海市人 ,高级工程师, 主要从事有色、黑色矿山设计、咨询及相关领域的技术研究

考 文 献

[1] 选矿设计手册编委会 选矿设计手册,冶金工业出版社1988

[2] 杜兵等,电解锰渣处理处置技术及资源化研究进展与展望   [桂林理工大学学报]-第35卷第1期20152 

[3]杨德武王达理.铬黄滤饼洗涤吹干效果的实验研究 [期刊论文]-过滤与分离2011(4):4-7

[4]都丽红,王士勇,邓伯虎,朱企新. 滤饼过滤中滤饼的洗涤及应用[期刊论文]-化学工程2011(8):40-43

[5]熊筱. 对电解锰进行清洁生产效果及其指标体系可行性分析,贵州大学学报 -第26卷第1期 2009.2

[6]姚公弼.固液分离的应用和发展概况【J.过滤与分离1994(2):1-8

[7]赵博超,. 洗涤方式对电解锰渣中锰回收效率及无害化处理的影响   [期刊论文]-,2017(11)


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