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(jì)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(xì)粒級(jí)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(shí)處理，將嚴(yán)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(yán)重的環(huán)境污染。因此，研究尾泥沉淀及固液分離技術(shù)對(duì)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(shí)意義。

陶瓷過濾機(jī)作為新型過濾設(shè)備，將真空過濾原理與毛細(xì)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(jìn)行（最大可達(dá)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(diǎn)，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(jī)無法比擬的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

1 石英尾泥陶瓷過濾性能研究

試驗(yàn)前期選取四種不同選礦現(xiàn)場(chǎng)石英尾泥，編號(hào)分別為尾泥A、B、C、D，采用LS－POP（6）型激光粒度儀對(duì)石英尾泥進(jìn)行粒度測(cè)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(jì)礦漿測(cè)試其粘度，石英尾泥的性質(zhì)見表1。

表1 選礦現(xiàn)場(chǎng)石英尾泥性質(zhì)

對(duì)4種礦漿進(jìn)行陶瓷濾板過濾試驗(yàn)，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(duì)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(duì)運(yùn)動(dòng)速度的因素之一，沉降速度與顆粒粒度成正比，粒度越細(xì)，沉降速度越慢，固液分離越困難。

為進(jìn)一步探索固液兩相對(duì)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(jìn)行詳細(xì)的因素對(duì)比試驗(yàn)。

1.1 礦漿濃度試驗(yàn)

對(duì)石英尾泥C采用不同礦漿濃度進(jìn)行陶瓷過濾試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

礦漿濃度的變化對(duì)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(dāng)?shù)V漿給料濃度達(dá)到50%時(shí)，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(yàn)

生產(chǎn)過程中過濾前礦漿濃度通常較低，需經(jīng)過濃縮預(yù)處理以提高固液分離效率降低成本。當(dāng)懸浮液中的顆粒達(dá)到膠體級(jí)別時(shí)，膠體粒子在溶液中作布朗運(yùn)動(dòng)，普通的沉降效果不好，此時(shí)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(yàn)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(duì)陶瓷過濾的影響，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 加藥絮凝對(duì)比試驗(yàn)

固體表面的親水性越好，越不利于固液分離，而加入適當(dāng)?shù)谋砻婊钚晕镔|(zhì)可改善顆粒的親水性；同時(shí)絮凝作用可使微細(xì)粒顆粒聚合成大的凝聚體，以加速細(xì)粒沉降和過濾，提高澄清能力，從而達(dá)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(shí)間明顯加快，有利于濃縮時(shí)間的縮短，同時(shí)可減小濃縮面積。在尾泥C礦漿中同時(shí)加入藥劑一、三絮凝后陶瓷過濾產(chǎn)能可達(dá)到193.9kg/（m2·h）。

1.3 pH試驗(yàn)

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

由于水溶液是一種極性介質(zhì)，當(dāng)固體物料在水中分散時(shí)，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(duì)液相中的反號(hào)離子進(jìn)行靜電吸引，對(duì)同號(hào)離子進(jìn)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(biāo)，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(yàn)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(duì)環(huán)境造成二次污染需對(duì)調(diào)節(jié)后的礦漿進(jìn)行中和處理后排放。

1.4 改變粒度組成試驗(yàn)

在礦漿中混入一定量的細(xì)砂，改變礦漿中顆粒粒度組成，探索其對(duì)陶瓷過濾性能的影響。細(xì)砂粒級(jí)分布見表3。

表3 細(xì)砂粒級(jí)分布

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

表4 改變粒度組成試驗(yàn)

試驗(yàn)結(jié)果表明，尾泥中混入少量的細(xì)砂可以降低泥漿的粘度，但細(xì)砂由于自重大，沉降速度較快，當(dāng)細(xì)砂比例逐漸增大后，在陶瓷過濾過程中堆積在底部無法實(shí)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(duì)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(xì)，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(dāng)?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(jìn)行中和處理后排放。尾泥中混入少量的細(xì)砂可以降低泥漿的粘度，但細(xì)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(jī)在選礦尾礦及其它工業(yè)廢渣處理的應(yīng)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(xué)出版社，2005.