精礦濾液水代替清水的研究實踐

劉 旭，馬紀鑫，王 鑫

鞍鋼集團礦業公司大孤山球團廠 遼寧鞍山 114001

目 前多數選礦廠的精礦系統使用陶瓷過濾機對精礦進行脫水，清洗陶瓷片時使用清水作為反沖洗水，產生的精礦濾液水直接排放[1]。在工作過程中，陶瓷片與其他過濾介質一樣會發生堵塞，需要在卸礦后對陶瓷片進行反沖洗。沖洗時，將硝酸與清水混合后經分配頭打入陶瓷片，從內向外沖洗陶瓷片微孔內的堵塞物。陶瓷片的微孔孔徑為 1.5 μm 左右，對反沖洗用水的水質要求較高[2]。目前國內外陶瓷過濾機反沖洗用水為清水，消耗大、成本高[3]。筆者針對某選礦廠利用清水作為反沖洗水成本高的問題，在分析陶瓷過濾機工藝系統的基礎上，研究通過精礦濾液水回用裝置對精礦濾液水進行回收，來代替清水作為反沖洗水，以達到節約成本的目的[4]。

1 陶瓷過濾機及陶瓷片反沖洗原理

1.1 陶瓷過濾機原理

鐵精礦經過選別設備選別后，通過管道輸送到陶瓷過濾機進行干燥，干燥后經排礦輸送帶轉運至精礦槽中，陶瓷過濾機產生的溢流通過溢流泵重新回到給礦箱，其工作流程如圖 1 所示。

圖1 陶瓷過濾機工作流程Fig. 1 Working flow of ceramic filter

1.2 陶瓷片反沖洗原理

反沖洗系統由清水泵、清洗管路、過濾器等組成。反沖洗是陶瓷過濾機正常運轉中必不可少的環節，它使陶瓷濾片保持良好的通透性，從而保證過濾機的工作效率[5]。轉車時，濾餅經刮刀卸下后，清水泵將清水經反沖洗水管路通過風頭打入陶瓷片，從內向外沖洗，洗掉陶瓷片表面殘余的濾餅；洗車時，清水泵持續將清水經反沖洗管路通過分配頭打入陶瓷片，同時將硝酸經反沖洗管路通過分配頭打入陶瓷片，清水與硝酸混合后，從內向外溶解并洗掉濾板表面殘留的濾餅[6]。反沖洗過程消耗大量的清水，而濾液水在過濾完成后則直接排放到尾礦濃縮大井，在增大流程量的同時，也造成不必要的浪費[7]。反沖洗過程如圖 2 所示。

圖2 反沖洗過程Fig. 2 Backwashing process flow

2 濾液水回用裝置設計

2.1 陶瓷過濾機技術指標分析

通過現場試驗得到數據，陶瓷過濾機綜合利用系數η=0.85 t/(h·m2)，每臺過濾機的過濾面積S=60 m2，則每小時產量

精礦含水率為 9%，則每小時精礦產量

給礦體積分數為 55%，則每小時產生的精礦濾液水

工作時，陶瓷過濾機正常運轉 4 臺，每小時精礦濾液水總量

過濾機每小時使用清水量約為 20 m3/h，而陶瓷過濾機產生精礦濾液水量約為 80 m3/h，可見精礦濾液水量可以滿足陶瓷過濾機反沖洗水要求[8]。

2.2 濾液水回用裝置設計

某選礦廠共有 7 臺陶瓷過濾機，每臺配有一個濾液箱，從濾液箱中上部開口，連接φ133 mm 鋼管，安裝 DN125 閥門。通過閥門控制精礦濾液水流入φ219 mm 管道 (1～ 3 號精礦濾液水左側流入，4～ 6 號精礦濾液水右側流入)，在φ219 mm 管道兩側各增加一個 DN200 閥門，以便處理臨時故障。通過 1 號增壓泵 (流量為 143 m3/h，揚程為 8 m，功率為 7.5 kW) 將精礦濾液水輸送到初級沉降水箱 (6.0 m×3.0 m×2.5 m)，沉降 30 min 左右，溢流到二次沉降水箱 (6.0 m×2.0 m×2.5 m)，再次沉降 20 min 左右，溢流到清水箱內，通過 2 號增壓泵 (流量為 83.6 m3/h，揚程為 41.8 m，功率為 22 kW) 輸送供給陶瓷過濾機。在初級沉降箱增加補加水裝置，在精礦濾液水水量不足時補加清水，保證陶瓷過濾機的正常運行。在初級沉降箱、二級沉降箱和清水箱底部開口，接φ89 mm 鋼管，在排污口安裝 DN80 閥門，排出雜質。回用系統的設備布置和工藝流程如圖 3 所示。

圖3 精礦濾液水回用系統Fig. 3 Concentrate leachate recycling system

工作時，要經常檢查濾液箱中精礦濾液水是否有跑黑現象，如發現跑黑現象，關閉此陶瓷過濾機濾液箱出口閥門，濾液水溢流到原泵坑；立刻啟動 1 臺備用陶瓷過濾機 (啟動時間約 10～ 15 min)，而后打開濾液箱出口閥門；將跑黑的陶瓷過濾機停機，查找跑黑原因，并及時處理。

根據濾液水量對濾液水增壓泵進行選型。陶瓷過濾機正常運轉 4 臺，每小時總濾液水量Q總=80.64 t，選擇精礦濾液水回收泵流量Q泵≥80.64 m3/h。

設計揚程

式中：K為管路損失系數，約為 1.25；HP為排水高度，HP=10 m；HX為吸水高度，HX=20 m。代入得H=37.5 m。

查閱相關資料，現場實際使用的精礦濾液水增壓泵流量Q=83.63 m3/h，揚程H=41.8 m。

2.3 精礦濾液水取樣分析

取樣分析陶瓷過濾機精礦濾液水懸浮物含量極少，水質清澈，可反復回收利用。精礦濾液水取樣成分分析結果如表 1 所列，沉降前后濾液水成分分析結果分別如表 2、3 所列。

表1 清水取樣的成分分析結果Tab.1 Composition analysis results of clear water

表2 沉降前濾液水的成分分析結果Tab.2 Composition analysis results of leachate before sedimentation

表3 沉降后濾液水的成分分析結果Tab.3 Composition analysis results of leachate after sedimentation

3 經濟效益計算

精礦濾液水代替清水供陶瓷過濾機作為反沖洗水使用后，濾液水回用裝置單獨成一系統，減少了影響生產的因素，同時使用 1 臺管道增壓泵對陶瓷過濾機進行供水，節約了能耗。改造前，每臺過濾機每小時使用清水約 20 m3，每天平均運轉 4 臺陶瓷過濾機，每年使用清水 700 800 m3，清水單價為 3.3 元/m3，每年可節約清水費用約為 231 萬元。原有陶瓷過濾機使用清水時濾芯使用周期為 5～ 7 d，經對陶瓷過濾機精礦濾液水代替清水反復試驗，使用精礦濾液水后濾芯平均使用周期可以達到 10 d 左右。

4 結語

在了解某礦陶瓷過濾機原理及反沖洗原理的基礎上，通過分析陶瓷過濾機的技術指標，確定了精礦濾液水量可以滿足陶瓷過濾機反沖洗用水量的要求，進而設計了精礦濾液水回用系統。對精礦濾液水回用裝置各部元件進行選型，設計了回用系統的總體布局和工藝流程；通過水質取樣分析試驗，驗證了精礦濾液水代替清水的可行性；分析了后續經濟效益，每年可節約清水費用約為 231 萬元，提高了濾芯平均使用周期，可以達到 10 d。