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新型过滤洗涤一体技术在电解锰废渣脱水洗涤中的 应用研究 ① 刘谊兵1， 赵 钺1， 杨高天1， 张星本2 1.兰州有色冶金设计研究院有限公司,甘肃 兰州 730000； 2.成都长杰科技有限公司,四川 成都 610045 摘 要 通过工艺更新、设备升级,开发了一种新型过滤洗涤一体技术,现场取代两段或多段联合洗涤脱水工艺及设施,实现了锰 渣脱水、洗涤、过滤无短路一体化。 结果表明,采用新型过滤洗涤一体技术,不仅大幅缩短工艺流程,还可减少锰渣中有害物质对环 境的污染,提升有价资源的回收率,为企业创造价值。 关键词 电解锰； 锰废渣； 过滤； 洗涤； 脱水； 洗涤率 中图分类号 TD926文献标识码 Adoi10.3969/ j.issn.0253-6099.2019.04.017 文章编号 0253-6099201904-0072-03 Application of a New Technique Integrating Filtration and Washing into Dehydration-Washing of Electrolytic Manganese Residue LIU Yi-bing1, ZHAO Yue1, YANG Gao-tian1, ZHANG Xing-ben2 1.Lanzhou Engineering Research Institute of Nonferrous Metallurgy Co Ltd, Lanzhou 730000, Gansu, China； 2.Chengdu Changjie Technology Co Ltd, Chengdu 610045, Sichuan, China Abstract A new integrated technique of filtration and washing was developed by upgrading previous technique and facilities. The on-site two-stage or multi-stage washing-dewatering processing facilities were reconstructed for adopting this approach, so as to realize the integration of dehydration, washing and filtration of electrolytic manganese residue EMR. It is found that this technique can not only shorten the flowsheet, reduce the pollution of harmful substances in EMR, but also increase the recovery of valuable resources, thus bringing more profits to the enterprise. Key words electrolytic manganese； manganese residue； filtration； washing； dewatering； wash rate 在锰、黄金浸出和稀贵金属选冶过程中,为有效回 收贵液中的有价金属,需要对物料进行多次过滤洗涤。 国内企业常采用脱水、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 等问题,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、环保压力增 加等一系列问题。 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、洗涤工艺及设备上进行了大量 优化改良工作,但基本上都是单一流程的优化,缺乏把 两者高效结合起来的研发成果。 本文研发了一种新型 过滤洗涤一体技术及相关处理配套设施,最终滤渣产 品的洗涤率及含水率能达到企业既定指标,该技术具 有良好的使用价值及在相关领域的推广前景［1-5］。 1 试验研究 1.1 原生产工艺存在的问题 四川某锰矿属大型民营电解锰生产加工企业,采 用酸浸电解工艺,除产出电解锰产品之外,还会有大量 碳酸锰渣粉每生产 1 t 电解金属锰会产生 5～6 t 锰废 渣附带产出。 由于锰废渣产出量大,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,长期堆放不但污染环境,也严重浪费有价金 属锰。 现场对浸出锰渣液采用浓密、压滤两段工艺处理, ①收稿日期 2019-02-12 作者简介 刘谊兵1969-,男,上海人,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工作。 第 39 卷第 4 期 2019 年 08 月 矿矿 冶冶 工工 程程 MINING AND METALLURGICAL ENGINEERING Vol.39 №4 August 2019 ChaoXing 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,进而再加药剂沉淀 进行第 2 次甚至是多次压滤,最终产出电解金属锰渣 产品。 由于该工艺采用传统压滤设施普通板框式压 滤机进行 2 次或者多次脱水作业,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存在的问题,尝试了采用清水 洗涤锰渣后再压滤的方案,但是洗涤效果不佳,洗涤率 都在 60％以下,不但二价锰流失严重,工艺流程还繁 琐,加重了设备负荷。 此外,脱水主要工艺指标含水 率在 22％左右,无法达到要求,不但造成有价金属浪 费,也使企业运营成本增高,无法从根本上解决环境 污染。 为此,在现场进行了高效过滤洗涤设备的技术研 发及试验研究,通过技术更新,推出一种既能充分完成 洗涤作业、高效浸出锰渣中的有害金属离子,在达到同 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［6-7］。 1.2 试验要求及目标 针对现场实际情况,本试验主要采用具有压滤、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 1 台设备 1 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％以上滤液中 Mn 2 含量高于 25 g/ L,废渣中 Mn 2 含量低于 3 g/ L,实现锰渣无害化处理。 最终验证该 技术设施在实际生产中的应用效果,为企业提供一种 新型高效节能环保技术及其配套设备。 试验还对处理后的物料进行了检测,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 艺的二价锰洗涤率相对比,从而得到现场试验数据,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。 1.3 试验物料及试验设备 本次试验主要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。 试样为压滤车间内实际生产的电解锰渣物料,由现 场负责采集。 矿浆温度 32～38 ℃,干矿密度 3.04 g/ cm3, 物料浓度 18％,试样主要矿物组成见表 1。 表 1 试样主要矿物化学组成质量分数 / SiO2Al2O3SO3CaOFe2O3MnONH42SO4烧失 35.4311.4819.358.445.403.797.921.0 试验所用设备为 CJWA-5/4/30 型高能压滤机的 工业实验模拟机。 该机型自身即具备高效过滤性能, 并根据本次试验的技术要求,在设备整体结构上进行 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 mm 500 mm； 滤饼数量 4 块；滤室深度 30 mm；采用渣浆泵 给料；压榨、吹干介质为压缩空气；搅拌槽规格 Ф800 mm 1 200 mm； 储气罐容积 2 m3；洗涤水为生产用清 水采用电加热器加热至所需温度。 1.4 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。 进行了多级洗涤工艺试验、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。 2 试验结果及分析 2.1 多级洗涤试验 用具备新技术的设备对现场浸出液进行常规压滤 及洗涤压滤,并根据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 30～ 38 ℃,为保证较高的洗涤效率,进料时间首次设定为 35 min,进料原则是没有压滤水排出,滤饼厚度约 3 cm。 试验一级洗涤水用水量约 45 L,当洗涤水中 Mn 2 含量高于 25 g/ L 时,即达到试验要求。 首先加入 15 L 清水进行第 1 次洗涤,洗涤液收集后再加入 15 L 清水进行第 2 次洗涤、第 3 次洗涤,洗涤液循环使用, 直至达到试验要求。 一级洗涤结束后再进行二级洗涤 试验,程序与一级洗涤一样。 每一级洗涤时间在 20 min 左右,把 45 L 水洗完。 从第 1 组试验的 Mn 2 含量 达到要求后,再在每一组试验之后用 15 L 自来水洗 涤,再洗涤 3 次使 Mn 2 含量又可达到试验要求,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、洗涤时间和洗涤效率。 37第 4 期刘谊兵等 新型过滤洗涤一体技术在电解锰废渣脱水洗涤中的应用研究 ChaoXing 本次试验对每一组洗涤水水温 35 ℃左右和直 接压滤水进行取样分析,检测最终物料的 Mn 2 、硫酸 铵、全锰含量及水分等。 试验流程见图 1,结果如 图 2～3 所示。 由图 2～3 可知,一级洗涤在经过 9 次洗 涤后 Mn 2 含量为 29.13 g/ L,达到试验要求,二级洗涤 在 10 次洗涤后 Mn 2 含量为 29.25 g/ L,达到试验要求。 原浆 C 3 ... 4 2 4 3 3 4 21 3 4 21 B A 系统 清水 图 1 试验流程简图 水洗次数 35 30 25 20 15 10 5 0 21436587910 Mn2含量/ g L-1 ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● 6.89 14.54 18.0418.76 19.1621.27 22.94 26.04 29.1331.04 图 2 一级洗涤锰含量变化 水洗次数 35 30 25 20 15 10 5 0 2143658791011 Mn2含量/ g L-1 ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● 6.80 11.0212.13 14.78 17.01 19.14 21.36 23.35 29.25 3.22 图 3 二级洗涤锰含量变化 2.2 洗涤率试验 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含量,计算新工 艺条件下的洗涤率,与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。 原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。 本次试验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,试验目标是将滤饼 过滤至统一的密度,在达到同一标准的情况下,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二价锰含量,通 过对比压滤液和尾渣中二价锰含量,计算洗涤率。 试 验数据及试验工艺参数见表 2。 表 2 压滤洗涤试验结果 序 号 温度 / ℃ Mn 2 含量/ gL -1 尾渣含量/ gL -1 一次 洗涤 二次 洗涤 三次 洗涤 洗后 吹出 MnMn 2 洗涤率 / ％ 3226.66 10.365.601.821.981.7293.55 13525.548.966.302.202.111.9092.56 3826.388.955.882.082.321.7693.33 3227.788.264.821.841.761.5394.49 23529.12 13.725.041.541.491.3795.30 3825.12 12.187.222.702.581.2994.86 3225.41 12.348.792.262.461.3394.76 33525.82 11.988.682.852.441.2395.24 3828.90 10.125.532.261.901.7693.91 由表 2 可以看出,新工艺洗涤效果比较稳定,平均 洗涤率高达 94.44％。 根据图表数据可知,经过洗涤 后,滤液中 Mn 2 含量为 25.12～29.12 g/ L,本次试验已 完成既定目标要求。 通过试验结果分析,得出以下结论 1 对过滤洗涤参数及最终二价锰含量分析发现, 该浸出液属于易过滤、易洗涤物料,通过实施新工艺路 线,洗涤率能达到符合要求的高指标,精简了工艺流 程,降低了能耗。 2 试验洗涤率平均值为 94.22％按洗涤水量为 0.7～0.85 倍滤饼质量。 在工业生产中,洗涤率可以 保证在 90％以上。 3 经过洗涤后的溶液游离锰含量达到 25 g/ L 以 上,可满足现场试验要求。 下转第 78 页 47矿 冶 工 程第 39 卷 ChaoXing 固结材料一般采用干粉直接添加的方式加入到尾 矿浆中进行混合,它吸收了尾矿浆中的部分水分,提高 了充填料浓度,它的加入也使尾矿的细粒级占比提高。 对没有达到膏体形成条件的尾矿,固结材料的添加可 使其满足要求。 如该矿山铁尾矿,尾矿浓度为 65％ 时,除泌水率值较大外,其它指标符合尾矿膏体特征, 在添加了 5％的胶固粉后,泌水率下降至 1.16％,满足 了要求。 尾矿浓度为 60％时,各项指标还处于高浓度 浆体范畴,但在添加了 10％以上含 10％的胶固粉 后,达到了尾矿膏体的基本条件。 因此,尾矿膏体可以采用浓缩工艺直接制取,也可 以通过后续工艺调配得到。 这对膏体浓缩-充填工艺 来说,在生产上具有了可调控的空间。 当然,合适的尾矿膏体制备工艺需要通过技术经 济比较来最终确定。 4 结 语 1 尾矿膏体的形成与尾矿性质、絮凝工艺、沉降 高度、耙架搅拌等因素有关。 2 该矿山尾矿可以采用单一浓缩方式直接制取 尾矿膏体,也可以通过添加合适的固结材料来使其形 成尾矿膏体。 参考文献 ［1］ 长沙矿冶研究院有限责任公司. 全尾充填膏体制备输送关键技术 及装备研究报告［R］. 2015. ［2］ Fall M, Celestin J, Sen H F. 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