石英尾泥陶瓷過濾性能研究

李 佳，吳建新，李佩悅

（蚌埠玻璃工業(yè)設(shè)計研究院，蚌埠 233018）

石英尾泥是石英礦石在破碎、磨礦、選礦等過程中產(chǎn)生的細粒級固體廢棄物，其D50一般在－20μm（600目）以下，在水中呈懸浮狀態(tài)。若不及時處理，將嚴重惡化選礦環(huán)境，降低選礦效率，并隨選礦廢水外排后逐漸沉淀，淤積河道，造成嚴重的環(huán)境污染。因此，研究尾泥沉淀及固液分離技術(shù)對石英選礦工程水循環(huán)和尾泥綜合利用具有重要的現(xiàn)實意義。

陶瓷過濾機作為新型過濾設(shè)備，將真空過濾原理與毛細作用完美結(jié)合，通過微孔陶瓷材料代替濾布作為過濾介質(zhì)，過濾板透水不透氣，使得過濾過程在較高的真空度下進行（最大可達0.098MPa）。濾餅水分低、濾液清澈透明，具有生產(chǎn)效率高、節(jié)能降耗、清潔環(huán)保等方面的特點，在尾礦過濾方面更具有其它以濾布為過濾介質(zhì)的過濾機無法比擬的技術(shù)優(yōu)勢。

1 石英尾泥陶瓷過濾性能研究

試驗前期選取四種不同選礦現(xiàn)場石英尾泥，編號分別為尾泥A、B、C、D，采用LS－POP（6）型激光粒度儀對石英尾泥進行粒度測試。將四種石英尾礦配成質(zhì)量濃度為40%的礦漿，采用NDJ－8S旋轉(zhuǎn)粘度計礦漿測試其粘度，石英尾泥的性質(zhì)見表1。

表1 選礦現(xiàn)場石英尾泥性質(zhì)

對4種礦漿進行陶瓷濾板過濾試驗，濾餅水分及過濾效果見圖1。

從過濾結(jié)果可以看出影響礦漿固液分離的主要因素包括固相性質(zhì)及液相性質(zhì)。礦漿粘度對固液分離影響尤為重要，礦漿粘度越高，濾餅比阻越大，過濾速度則越低；礦漿尾泥中固體顆粒粒度也是決定固液兩相間相對運動速度的因素之一，沉降速度與顆粒粒度成正比，粒度越細，沉降速度越慢，固液分離越困難。

為進一步探索固液兩相對石英尾泥陶瓷過濾的影響，提高石英尾泥陶瓷過濾產(chǎn)能，以尾泥C為例進行詳細的因素對比試驗。

1.1 礦漿濃度試驗

對石英尾泥C采用不同礦漿濃度進行陶瓷過濾試驗，試驗結(jié)果見圖2。

礦漿濃度的變化對陶瓷過濾處理能力和濾餅含水率有很大的影響。給料濃度提高，礦漿單位體積固體含量增多則過濾產(chǎn)能增大。當?shù)V漿給料濃度達到50%時，石英尾泥過濾產(chǎn)能提高近一倍。生產(chǎn)中若繼續(xù)提高給料礦漿濃度較為困難且成本太高。濾餅含水率隨礦漿濃度的增大有一定程度的減小。

1.2 絮凝試驗

生產(chǎn)過程中過濾前礦漿濃度通常較低，需經(jīng)過濃縮預處理以提高固液分離效率降低成本。當懸浮液中的顆粒達到膠體級別時，膠體粒子在溶液中作布朗運動，普通的沉降效果不好，此時在礦漿中添加一定量的藥劑，如絮凝劑或助濾劑，可增大礦漿沉降速度從而提高陶瓷過濾性能。因此，試驗配制濃度為20%的礦漿并加入藥劑一、二、三，探索絮凝濃縮過程對陶瓷過濾的影響，試驗結(jié)果見表2。

表2 加藥絮凝對比試驗

固體表面的親水性越好，越不利于固液分離，而加入適當?shù)谋砻婊钚晕镔|(zhì)可改善顆粒的親水性；同時絮凝作用可使微細粒顆粒聚合成大的凝聚體，以加速細粒沉降和過濾，提高澄清能力，從而達到固液分離的目的。因此，生產(chǎn)中加入一定量的絮凝劑或混凝劑后沉降時間明顯加快，有利于濃縮時間的縮短，同時可減小濃縮面積。在尾泥C礦漿中同時加入藥劑一、三絮凝后陶瓷過濾產(chǎn)能可達到193.9kg/（m2·h）。

1.3 pH試驗

pH值影響顆粒的電勢因而影響其流動性，根據(jù)物料性質(zhì)調(diào)節(jié)尾泥C礦漿pH值后進行陶瓷過濾試驗，試驗結(jié)果見圖3。

由于水溶液是一種極性介質(zhì)，當固體物料在水中分散時，其表面與極性水分子相互作用，發(fā)生溶解、吸附、表面電離等現(xiàn)象，從而使顆粒表面荷電。荷電的顆粒表面對液相中的反號離子進行靜電吸引，對同號離子進行靜電排斥，即在固/液相界面兩側(cè)形成一種雙電層結(jié)構(gòu)，雙電層斥力作用能為Zeta電位（ξ電位）。ξ電位是表征膠體分散系穩(wěn)定性的重要指標，因此通過改變礦漿pH可降低ξ電位使得顆粒凝聚從而提高過濾性能。試驗結(jié)果表明，改變石英尾泥礦漿pH值呈弱酸或弱堿后，過濾性能均有一定程度提高，但為避免濾液對環(huán)境造成二次污染需對調(diào)節(jié)后的礦漿進行中和處理后排放。

1.4 改變粒度組成試驗

在礦漿中混入一定量的細砂，改變礦漿中顆粒粒度組成，探索其對陶瓷過濾性能的影響。細砂粒級分布見表3。

表3 細砂粒級分布

將混入細砂的尾泥制成濃度為40%的泥漿，測試不同泥砂配比制備礦漿的粘度及沉降速度，并進行陶瓷過濾試驗，具體過濾試驗結(jié)果見表4。

表4 改變粒度組成試驗

試驗結(jié)果表明，尾泥中混入少量的細砂可以降低泥漿的粘度，但細砂由于自重大，沉降速度較快，當細砂比例逐漸增大后，在陶瓷過濾過程中堆積在底部無法實現(xiàn)分離處理，礦漿單位體積固體含量逐漸減少，從而降低了陶瓷過濾性能。

2 結(jié) 論

a.石英尾泥礦漿粘度對陶瓷過濾影響尤為重要，礦漿粘度越大，濾餅比阻越大，過濾速度則越低。石英尾泥固體顆粒粒度也是影響陶瓷過濾的因素之一，固體顆粒越細，分離越難。

b.陶瓷過濾產(chǎn)能隨給料濃度的提高而增大，且濾餅含水率隨礦漿濃度的增大有一定程度的減小。當?shù)V漿中加入一定量的絮凝劑或混凝劑后沉降速度明顯加快，有利于降低濃縮設(shè)備成本。改變礦漿pH值呈弱酸或弱堿后，過濾性能均有一定程度提高，但過濾出的液體需進行中和處理后排放。尾泥中混入少量的細砂可以降低泥漿的粘度，但細砂含量過高泥質(zhì)沉降速度過快反而降低陶瓷過濾性能。

［1］ 趙德平，賈 彪.陶瓷過濾機在選礦尾礦及其它工業(yè)廢渣處理的應用［J］.現(xiàn)代礦業(yè)，2009，48（7）：23－26.

［2］ 楊守志，孫德堃，何方箴，等.固液分離［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2010.

［3］ 羅 茜.固液分離［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1997.

［4］ 夏 清，陳常貴.化工原理［M］.天津：天津大學出版社，2005.