摘 要：厢式压滤机在高进浆压力配置回流阀和适当的过滤介质,可使-2μm含量≥90%,矿浆浓度15%~25%的超细漂白粘土矿物实现高效固液分离。该技术应用于工业生产,过滤作业回收率达99%,滤饼脱水率≥70%。为低浓度超细漂白粘土矿物的过滤实现工业化生产提供了有效方法。
非金属矿物加工过程中,往往需要采用湿式超细磨矿和低浓度的分级、化学提纯工艺来制备超纯、超细、高品质的矿物材料；低浓度超细粒矿物的过滤技术也显得越来越重要。高效率地实现固液分离,不仅是有效利用矿产资源,减少矿浆损耗之必需,而且与保护环境和水体也有着直接关系。因此,低浓度超细粒矿物材料的过滤技术一直是矿物加工普遍关注而长期未能很好解决的问题。现以硬质高岭土的过滤试验与工业实践为实例,介绍低浓度超细漂白粘土矿物的过滤技术与装备。
1、低浓度超细粒矿浆的制备
1.1 矿浆制备及粒度组成
所用矿样为硬质高岭土,粉磨至-10μm,经四段BP-80型剥片机湿式磨矿、分级后,制备出-2μm含量>90%的超细高岭土浆料。粒度组成经NSKC-1粒度测试仪测定。结果见表1。
1.2 矿浆特性
在湿式超细矿(剥片)过程中，随着磨司矿作用强度和时间加长,使高岭石沿片状结构层间不断解离,当-2μm粒度逐步达到或超过90%时,矿浆温度、体积和粘度均呈上升趋势,矿浆也由塑性体过渡到假塑性体最终成为胀流体。对于胀流型粘土矿物浆料,需要加入一定量阴离子分散剂(1‰~3‰),使片状高岭石晶体产生分子卷曲或缔合，从而降低粘度,改善具有触变性浆料的流动性和分散性。这些特性对于分级和漂白处理是极为有利的。
通常硬质高岭土中铁矿物和钛矿物嵌布粒度极细,超细磨矿至-2μm≥90%时,杂质矿物一般都能达到单体解离。除掉这部分有害组分铁、钛矿物往往采用分级和漂白的方法处理。研究表明,对超细粘土矿物的分级和漂白,最重要的工艺因素是控制矿浆浓度和分散性。最适宜的分级浓度其固含量应<20%,经漂白洗涤后pH约4.5,固含量约15%~ 25%的矿浆备过滤用。
2、过滤设备选择及相应问题
低浓度超细漂白粘土矿物的过滤一直是个棘手且长期未得到解决的问题。经超细磨矿、分级和漂白的浆料,必然要付出经济上的代价。如果过滤问题不能很好解决,不仅直接影响企业效益、浪费矿产资源,而且污染水体和环境的现象也是十分严重的。
2.1过滤设备选择
虽然当今固液分离的技术不仅仅限制在采用过滤方法,如闪蒸干燥就是一种很好的固液分离技术。但闪蒸干燥不适宜于处理带酸性介质的浆料。一般而言,漂白处理的粘土矿物浆料pH=2~ 3,经漂白、洗涤至pH=4.5后再选用洗涤功能的过滤设备实现固液分离,使其滤液pH≥5.5。
研究中,我们分别采用三足式离心机和厢式压滤机作了对比试验。试验表明对于低浓度超细粘土矿物浆料,采用三足式离心机脱水的技术是不可行的。不仅劳动强度大,脱水效率低,而且由于低浓度,在离心力作用的初始阶段浆料在滤袋内易于流动并被抛向一边,导致离心机在非平衡状态下工作,情况严重时振动噪音特别尖锐刺耳,根本无法正常运转。此外,离心脱水机高速旋转的惯性力,极易使滤袋破损和难以密封袋口,常会出现“跑浆”现象。
相比之下,厢式压滤机工作平稳、连续运转数个工作周期无事故,在适当的压力和过滤介质前提下,脱水效率高,特别是对过滤浆料的浓度变化适应性强。实践证明对增白后的超细粒低浓度(15%~25%)粘土矿物浆料,选用明流双向可洗涤厢式压滤机过滤可取得理想的固液分离效果。
2.2相关问题
选用明流双向可洗涤型的目的是可随时监控每个滤室的洗涤情况。用清水洗涤滤饼过程中,随着清水压力的变化,往往邻近进水端止推板的几个滤室最先达到洗涤标准,而邻近压紧板的几个滤室因远离进水端还未达到洗涤要求。选用明流式洗涤,便于适时关闭已经达到洗涤标准的滤室,使未达到洗涤要求的滤室继续得到清洗。
值得一提的是,对漂白浆料,选用双向洗涤是十分重要的。工业生产所用的压滤机,其滤板面积往往大于50 m2,滤室在40个以上,单块滤板有效面积≥1.25 m2,仅靠单向洗涤要么很难达到理想的洗涤效果,要么洗涤周期很长。不仅影响过滤工序的生产效率,而且浪费水资源。双向洗涤的方式是清水在滤饼上以斜对角交叉洗涤,可保证大面积滤饼快速均匀洗涤。不仅洗涤效果好,还可缩短洗涤时间,节省洗涤用水。不太洗涤方式所需洗涤时间及耗水量见表2。
3、过滤工艺及效果
3.1过滤工艺
以片状晶型超细硬质高岭土的过滤工业生产为例。选用XMY100/1000型高压厢式压滤机。该机配备抗腐蚀、耐高压的高分子材料聚丙烯滤板,并具双向可洗涤功能。与之配套的装备及工艺过程分别是采用单螺杆泵作为进浆设备,并在供浆管路上装有回流阀门,开始进浆时采用快进浆制度即关闭回流阀,当进浆压力升至控制压力时,说明滤室内已形成一定厚度的滤饼,此时应适量打开回流阀,采用慢进浆制度以利于增加滤饼的密实度和厚度。这种进浆制度的快慢相结合,对于快速成饼,控制最短的“跑浆”时间,使滤液迅速澄清是至关重要的。生产中滤液在30 s后即可由浊变清。滤液“跑浆”可回流至矿浆池,避免流失浪费。控制“跑浆”时间,对于提高过滤效率是极为有益的。这与浆料浓度、进浆速度与过滤介质密切相关。变清后的滤液和洗液自流入水处理池,经处理合格后排放或再利用。
3.2过滤效果
影响过滤效果的主要因素有浆料浓度、进浆速度、压力与过滤介质。生产实践表明,在选用合适的过滤介质前提下,过滤压力大于0.6 MPa时,厢式压滤机可适应很宽的浆料浓度范围。当浓度大时,完成一个过滤周期所需时间短,反之亦长。这种规律在固体浓度10%~ 30%时特别明显。当浓度大于30%时,进浆压滤时间减少的幅度变缓,这是由于滤饼具有一定厚度和密度后,阻力变大,过滤速率急剧下降。即使浓度达35%以上时,仍需40 min左右进浆时间。浆料浓度与过滤时间的关系见表3，进浆时间与过滤速率变化关系见表4，过滤压力与滤饼性能关系见表5。
由以上数据可以看出，过滤进行10、30、60 min时,过滤量分别占浆料量的50%、70%和90%，后60 min时间过滤量只占浆料的10%。这段时间主要由缓慢升高的压力输入浆料充实滤饼的密度,以排挤水份并起保压作用。同时适当调节回流阀,以平衡进浆压力和进浆量的关系。如果没有回流阀的分压、分流作用,则无法保证压滤机正常工作,也很难得到脱水率>60%、密度>1.40 g/cm3的滤饼。
3.3 过滤介质
当然选用合适的过滤介质也是极其关键的。不同性质的物料对过滤介质的要求是不同的,有的物料其晶体形状呈球形,有的则呈片状或他形晶。有的遇水膨胀(吸水),有的比重大易沉淀。这些物理性质均可影响过滤效果。对于具体的过滤物料要由试验确定过滤介质。硬质高岭土,其晶型为片状,遇水微膨胀、分散性和悬浮性好,当采用高进浆压力快速进浆时,迅速在过滤介质上呈二维定向排列形成滤饼。滤液之所以能很快由浊变清(30 s),是与物料性质、过滤介质与进浆方式不无关系。高进浆压力,可以保证快速进浆,便于物料快速在过滤介质上铺展成不透滤的物料层。而高压力又要求过滤介质必须具备质地厚、拉伸强度大、透水性好的特性。生产中,选用耐酸性的加厚型涤纶滤布,如涤纶120、120-7、621、747、3 927等牌号均能取得满意的过滤效果。
4、结论
对于-2μm≥90%的超细高岭土,固体重量百分浓度为15%~ 25%条件下,选用厢式压滤机,以涤纶加厚型滤布作为过滤介质,控制进浆压力≥1.0MPa并配置回流阀用以分流分压,可以得到脱水率≥70%,厚度为30~ 32 mm滤饼。成功地解决了低浓度超细粘土矿物浆料的过滤问题。必要时,可采用双向明流洗涤方式,在≥0.6 MPa压力下,清水洗涤滤饼,使滤液pH≥5.5,便于废水后续处理。该过滤技术滤液澄清快,仅30 s便可由浊变清,作业回收率可达99%。(end)
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