聚氨酯筛网化学除垢试验研究.pdf

第3 6 卷第l 期 2 0 1 6 年0 2 月 矿冶 工 程 M I N I N GA N DM E T A L L U R G I C A LE N G 饿E E R D f G V 0 1 ．3 6 №l F e b r u a r y2 0 1 6 聚氨酯筛网化学除垢试验研究① 马崇振 长沙矿冶研究院有限责任公司，湖南长沙4 1 0 0 1 2 摘要在分析鲁中矿业选矿厂聚氨酯筛网结垢成因的基础上，对聚氨酯筛网进行了化学除垢试验研究。单酸化学除垢试验结果 表明，盐酸、乙酸、柠檬酸、磷酸均能有效除去聚氨酯筛网上的污垢。二元混酸化学除垢试验结果表明，常温下，盐酸浓度2 ％，乙酸 浓度2 ．5 ％，除垢时间2 0m i n ，聚氨酯筛网除垢率达9 9 ．4 3 ％。与现场弱酸清洗除垢方法相比，化学除垢方法在降低除垢成本和提高 除垢效率方面都大为改善，达到了筛网高效除垢的目的。 关键词聚氨酯筛网；结垢；化学除垢 中图分类号T D 9 2 1文献标识码A d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．0 2 5 3 - 6 0 9 9 ．2 0 1 6 ．0 1 ．0 1 0 文章编号0 2 5 3 - 6 0 9 9 2 0 1 6 0 1 - 0 0 4 1 0 3 E x p e r i m e n t a lS t u d yo nC h e m i c a lS c a l e - r e m o v a lT e c h n i q u ei n C l e a n i n gP o l y u r e t h a n eS c r e e n M A C h o n g z h e n C h a n g s h aR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n ga n dM e t a l l u r g yC oL t d ，C h a n g s h a4 1 0 0 1 2 ，H u n a n ，C h i n a A b s t r a c t B a s e du p o nt h ea n a l y s i so fs c a l i n gc a u s e sf o rp o l y u r e t h a n e P U s c r e e n si n s t a l l e di nm i n e r a lp r o c e s s i n gp l a n to f M i n m e t a l sL u z h o n gM i n i n gC ol a d 。e x p e r i m e n t a ls t u d yw a sc a r r i e do u to nc l e a n i n gP Us c r e e n 8w i t hc h e m i c a ls c a l e ．r e m o v a l t e c h n i q u e ．r 1 1 l er e s u l t ss h o wt h a t ，t h es c a l et h e r e o nC a nb ee f f e c t i v e l yr e m o v e db ya d d i n ga c i d sa l o n e 。s u c ha sh y d r o c h l o r i c a c i d ，a c e t i ca c i d ，c i t r i ca c i da n dp h o s p h o r i ca c i d ．W i t ht h ec o m b i n e da d d i t i o no f2 ％h y d r o c h l o r i ca c i da n d2 ．5 ％a c e t i ca c i d 。 t h es c a l er e m o v a lr a t ea t t a i n e d9 9 ．4 3 ％a f t e r2 0 - m i np r o c e s s i n ga tl o o mt e m p e r t u r e ．T h i sn o v e lc h e m i c a ls c a l e ．r e m o v a lm e t h o d i Ss u o e r i o rt ot h ec u r r e n t l ya d o p t e dw e a ka c i dc l e a n i n gm e t h o d ．a st h es c a l e ．r e m o v a lc o s tC a nb er e d u c e da n dt h ee f f i c i e n c y c a nb es i g n i f i c a n t l yi n c r e a s e d ，t h r u s hw h i c ht h ep u r p o s eo fe f f i c i e n ta n dc o m p l e t es c l G , 弛n c l e a n i n gc a nb ea c h i e v e d ． K e yw o r d s p o l y u r e t h a n es c r e e n ；s e a l i n g ；c h e m i c a ls c a l e - r e m o v a lt e c h n i q u e 聚氨酯筛网具有筛分效率高、耐磨耐水解、使用寿 命长、综合效益高等优点屯J ，广泛应用于金属矿山、 金属粉末制取、矿产品深加工等行业的筛分设备上。 目前国内外使用高频振动细筛的选矿厂，普遍存在微 孔聚氨酯筛网的结垢问题。结垢是影响聚氨酯筛网性 能的主要因素之一，造成筛孔严重堵塞，导致筛分效率 降低，使用寿命缩短。 化学除垢p 1 是现阶段国内外主要清洗除垢方法 之一，主要包括酸洗、螯合剂溶剂清洗、大环聚醚化合 物溶液清洗等。化学除垢因其除垢效率高、除垢范围 广等特点而得到广泛应用，但该方法最大的缺点是除 垢过程中产生大量的酸洗废液，需经处理方可排放。 鲁中矿业选矿厂使用德瑞克细筛对弱磁铁精矿进 行分级，细筛使用中聚氨酯筛网结垢问题尤为突出。 目前现场采用弱酸清洗和水冲洗相结合的方法进行除 垢，不仅成本高、周期长、效率低，还会造成环境污染。 本文针对鲁中矿业选矿厂筛网结垢问题和现有除垢方 法的不足，进行了聚氨酯筛网化学除垢试验研究。 l 筛网结垢成因分析 为查明聚氨酯筛网结垢的成因及形成机理，对采 集的筛网结垢样进行了荧光半定量分析和x 射线衍 射分析，结果分别见表1 和图1 。 S 0 ．2 1 l M n 0 ．3 7 3 z r O ．1 0 2 ①收稿日期2 0 1 5 1 0 0 7 基金项目五矿矿业- 长沙矿冶研究院科技协同基金 K X J 2 0 1 3 0 1 作者简介马崇振 1 9 8 3 - ，男，山东菏泽人，工程师，硕士，主要从事电选设备及工艺的研究工作。 。一～一Q一～一n一一 万方数据 矿冶工程 第3 6 卷 图1X 射线衍射分析图谱 由表1 可知，垢样中主要含F e 、O 、C a 元素，F e 、O 、 c a 为碳酸盐垢和铁垢的主要成分。由图1 可知，筛网 结垢物中主要晶相成分为磁铁矿F e ，O 。、赤铁矿F e O ， 和方解石C a C O ，，可初步判定筛网污垢主要为碳酸盐 垢和铁垢的混合垢。 对筛条与垢质界面以及垢质与空气界面进行了X 射线能谱分析 E D S ，结果见图2 和表2 。 口 i n5 0 1 J t t l 垃。， _ P 餐j F o 8M 4 ．． 024681 01 21 4 E ／k e V e o l I 。砦， d I 您j mL ． 图2E D 图谱 a 筛条与垢质界面； b 垢质与空气界面 表2E D S 分析结果 质量分数 ／％ 界面C O M g A lS iPSKC aM nF e a1 ．7 04 ．4 10 ．1 10 ．3 50 ．2 50 ．2 90 ．8 21 ．1 36 4 ．3 9O ．4 72 6 ．0 8 b3 ．4 21 5 ．9 20 ．8 2 0 ．4 60 ．4 5 一一 ～0 ．9 60 ．9 07 7 ．0 7 从图2 和表2 可见，筛条边缘和垢质接触面区域 主要元素为钙，其次为铁，结合图1 ，钙主要以碳酸钙 形式存在，可判定该垢质形成的机理是前期溶液中的 钙离子在碱性条件下，与空气中的二氧化碳形成晶体 碳酸钙沉淀，附着在筛条上，后期随着结晶体增加，垢 质长大，筛孔变小，筛条硬化，浆料中的粗颗粒铁矿物 不能穿透筛孔，开始堵塞筛孔，最后形成大颗粒的垢 质，直接影响筛分效果。 2 研究方法 鲁中矿业选矿厂高频振动细筛分级处理磁铁矿， 矿浆浓度为3 0 ％，p H 9 ，给矿粒度一0 ．0 7 5m m 粒级占 6 0 ％左右，现场共有1 4 台高频振动细筛，筛孔孔径为 0 ．1m mX2m m 。现场筛网结垢问题突出，结垢主要原 因为碱性矿石及循环水中钙镁铁等长期富集。结垢的 筛网筛孔堵塞严重，造成筛网筛分效率低、使用寿命短。 化学清洗除垢是采用化学药剂配制的清洗液通过 浸泡、循环或喷淋等方法清除设备污垢的专用技 术旧。4J ，其原理是利用各种清洗剂 酸、碱、络合物或氧 化还原剂 与污垢发生化学反应，使各种难溶的、硬度 高的污垢转化为易溶的或松散的化学组分，通过清洗 剂的溶解作用和冲刷作用，使其从附着的设备、锅炉、 管道等物体上被除去，从而恢复物体的原貌“ J 。化学 清洗必须具备两个基本条件一是清洗液对积垢有良 好的清洗效果 包括溶垢速度和除垢率 ；二是清洗液 对设备具有较低的腐蚀速率。 本文采用静态浸泡方式，在烧杯中，配置不同种类 和不同浓度的酸清洗液，将结垢筛网分别放入其中，记 录浸泡时间和温度。酸洗后再用水冲洗筛网，烘干冷 却，分别称重并记录数据，计算除垢率 Q Q 坐l O O ％ 1 m 0 式中m 。为垢样原样质量，g ；m i 为处理后垢样质量，g 。 3 试验结果与讨论 3 ．1 单一酸液除垢试验 聚氨酯筛网污垢的主要成分是碳酸盐和铁垢。对 于碳酸盐水垢，可用单一的盐酸、E D T A 、羟基乙酸或羟 基乙酸与柠檬酸的混合酸，并加入适量的缓蚀剂进行 清洗，清洗方式包括静态浸泡和循环清洗；而对于铁 垢，常用的除垢剂有盐酸、柠檬酸、E D T A 、氢氟酸、硫 酸、羟基乙酸、硝酸等”。7J 。一般而言，最经济有效的 化学除垢方法是采用盐酸除垢。盐酸可有效溶解碳酸 盐垢和铁垢，但盐酸对环境污染较大，生产中应控制盐 酸用量。 3 ．1 ．1 酸液种类对筛网除垢的影响为了验证盐酸、 乙酸、磷酸、柠檬酸、草酸等酸对筛网污垢的除垢效果， 常温下，进行了单一酸液的化学除垢试验，除垢时间 3 0m i n ，结果见表3 。 万方数据 第1 期 马崇振聚氨酯筛网化学除垢试验研究4 3 表3 酸液种类对筛网除垢的影响 由表3 可知，不同酸液对筛网除垢效果排序为盐 酸 乙酸 柠檬酸 磷酸 草酸。 盐酸对聚氨酯结垢筛网的除垢效果较好，当浓度 为2 ％时，在常温下，与污垢反应时间3 0m i n ，筛网污 垢的除垢率达到9 6 ．7 1 ％。草酸对聚氨酯筛网的除垢 效果较差，因而，草酸暂不列入考虑范围。 3 ．1 ．2 酸液浓度对筛网除垢的影响为了考察酸液浓 度对筛网除垢效果的影响，常温下，采用上述试验方法 进行了酸液浓度条件试验，除垢反应时间3 0m i n ，结果 如表4 所示。 表4 酸液浓度对筛网除垢的影响 从表4 可以看出，酸液浓度对筛网除垢率有一定 影响。随着酸液浓度增加，除垢率也在逐渐增加，但呈 现先急增后平缓的趋势。因酸量增加会对环境带来污 染，应合理控制酸液用量。 3 ．2 二元混酸除垢试验 众所周知，采用组合酸除垢，一是能发挥不同种类 酸液各自的优势，取长补短；- - 是可节约化学除垢酸液 用量和降低处理化学除垢废液成本。此外根据污垢的 类型，在化学清洗实践中应充分发挥化学除垢机理中 的化学溶解、电化学腐蚀、氧化还原、冲刷剥离、表面活 性及热力作用等。为了进一步考察组合药剂的协同效 果，在单一酸液条件试验的基础上，进行了二元混酸除 垢试验。 本次混合酸试验以盐酸为主酸，分别与对聚氨酯 结垢筛网有除垢效果的乙酸、磷酸、柠檬酸中的一种进 行混合，常温下，除垢反应时间2 0m i n ，考察了二元混 酸对聚氨酯结垢筛网的除垢效果，结果见表5 。 表5 二元混酸化学清洗除垢试验结果 由表5 可知，与单一酸液相比，二元酸液对结垢筛 网的除垢效果更佳，不仅可提高除垢率，还可缩短化学 除垢时间，提高除垢效率。 二元混酸除垢试验表明，盐酸浓度1 ％，随着辅酸 浓度增加，除垢率均有增加。当乙酸浓度为5 ％时，聚 氨酯结垢筛网污垢除垢率高达9 2 ．7 3 ％，效果较佳。 提高盐酸浓度至2 ％，分别加入2 ．5 ％和5 ％的乙 酸、柠檬酸和磷酸，混合酸清洗效果均很好。从经济和 环保上考虑，乙酸或柠檬酸浓度控制在2 ．5 ％以内。 4 结语 通过聚氨酯筛网结垢成因分析和对聚氨酯筛网化 学除垢试验研究，可以得到以下结论 1 聚氨酯筛网结垢成因分析表明，垢样中主要含 F e 、0 、C a 元素，聚氨酯筛网污垢主要为碳酸盐垢和铁 垢的混合垢。该垢质形成的机理是前期溶液中的钙离 子在碱性条件下与空气中的二氧化碳形成晶体碳酸钙 沉淀附着在筛条上，后期随着结晶体增加，浆料中的粗 颗粒铁矿物附着于筛条上，最后形成大颗粒的垢质。 2 聚氨酯结垢筛网单酸化学除垢试验结果表明， 酸液对筛网除垢效果由强到弱顺序为盐酸 乙酸 柠 檬酸 磷酸 草酸。在其他条件相同情况下，在一定浓 度范围内，酸浓度越高，化学除垢效果越好。 3 聚氨酯结垢筛网混酸化学除垢试验结果表明， 与单一酸相比，二元酸液的除垢效果更加明显，不仅可 降低除垢成本，还可缩短化学除垢时间，提高除垢效 率。二元混酸化学除垢试验还表明，在盐酸浓度2 ％、 乙酸浓度2 ．5 ％、浸泡2 0m i n 条件下，聚氨酯结垢筛网 污垢除垢率高达9 9 ．4 3 ％。 下转第4 8 页 万方数据 矿冶工程 第3 6 卷 3 工艺流程改进推荐方案 查明了工艺流程中有用矿物、脉石矿物及金属流 失的走向，结合国内外铁矿选矿技术进展，推荐出工艺 流程改进方案。 1 提高二次磨矿分级效率并优化其产品粒度组 成。对二次磨矿分级改成串联分级，通过串联分级提高 分级效率和返砂比，进而提高二段磨矿利用系数，优化 磨矿产品粒度组成，最终达到减少欠磨及过磨的目的。 2 旋流器 细筛配制用于粗细分级，完善并执行 重、磁、浮作业窄粒级入选原则。 3 提高中矿再磨分级效率。 4 强化微细粒级铁矿物回收。①关键从连续磨 矿分级作业人手，尽量减少微细粒铁矿物产生，避免泥 化；②提高强磁选的分选场强和梯度或采用高磁场强 度的强磁选机，以强化对微细粒级的铁矿物回收； ③采用自生载体浮选工艺，从改变人选物料组成人 手，由于重选精矿无论从品位还是粒度的均匀度上，都 可以用作优良载体，通过自生载体的“载体效应”和 “助凝作用”来强化微细粒浮选效果，最终达到改善微 细粒级铁矿物回收效率H J 。 5 对菱铁矿富集与回收。 6 研制新型浮选捕收剂，加强对绿泥石等含铁硅 酸盐矿物的捕集，以提高反浮选铁精矿的质量。 7 降低浮选尾矿品位。可以通过对尾矿采用弱 磁与强磁预先富集再采用C P T 型浮选柱加强细粒级 铁矿物的回收J 。 4 结语 1 流程考查期间的主要技术指标与同期生产指 标基本一致，表明生产过程中各作业处于正常运行状 况。考查数据表明，目前选厂原矿处理量7 8 0 ．4 2t ／h ， 原矿品位T F e3 0 ．2 3 ％，最终磨矿细度一0 ．0 7 5l n n l 粒级占 8 6 ．5 0 ％ 其中一0 ．0 4 5m i l l 粒级占7 1 ．1 8 ％ ，铁精矿产率 2 7 ．4 5 ％，综合精矿品位T F e6 4 ．8 2 ％ S i 0 2 占6 ．5 0 ％ 、 回收率为5 8 ．8 5 ％。可知选矿厂已基本达产，达产率为 9 3 ．8 5 ％。对比2 0 0 4 年原矿品位3 2 ．2 6 ％、精矿品位 6 4 ．8 0 ％、尾矿品位1 6 ．0 6 ％、铁回收率6 6 ．7 6 ％的生产指 标，可知目前生产流程铁回收率明显偏低。 2 影响重选精矿品位的主要原因是有机械混入 的单体脉石，但含量甚少，其中绿泥石多与铁矿物连生 进入精矿；影响浮选精矿品位的主要原因是存在菱铁 矿及石英、绿泥石等矿物。 3 影响中磁尾矿、强磁尾矿及浮尾矿铁回收率的 主要原因中磁尾矿样品中铁矿物解离度低，呈单体产 出者仅为4 0 ．3 0 ％，铁矿物流失的主要原因是与石英、 绿泥石等脉石矿物构成连生体；强磁尾矿产品铁矿物 单体解离度为8 0 ．8 0 ％，这部分产品粒度微细且多以赤 铁矿为主的单体形式损失在尾矿中；浮选尾矿产品多 以细粒级铁矿物 磁铁矿及赤铁矿 及菱铁矿为主的 形式损失在尾矿中，说明部分微细粒铁矿物回收效果 差，有待进一步强化回收。 参考文献 [ 1 ] 马自飞，陈国荣，栾玲，等．B F - T 型浮选机在赤铁矿反浮选作 业中的应用[ J ] ．金属矿山，2 0 0 6 1 8 3 8 5 ． [ 2 ]张国旺，周岳远，辛业薇，等．微细粒铁矿选矿关键装备技术和展 望[ J ] ．矿山机械，2 0 1 2 1 1 l 一7 ． [ 3 ] 李传曾，李松奕，刘树玉，等．细粒物料筛分技术和设备述评[ J ] ． 金属矿山，2 0 0 5 增 6 3 6 8 ． [ 4 ]周丽，文书明．细粒矿物浮选分选技术现状[ J ] ．国外金属选 矿，2 0 0 3 2 1 卜1 4 ． [ 5 ] 张兴昌．C P T 浮选柱工作原理及应用[ J ] ．有色金属 选矿部分 ， 2 0 0 3 2 2 2 - 2 4 ． 上接第4 3 页 4 与现场弱酸清洗除垢方法相比，新的化学除垢 方法在降低除垢成本和提高除垢效率方面都得到改 善，达到了高效除垢的目的。新方法对筛网除垢彻底， 筛网清洗损伤小，对恢复筛网筛分性能、延长其使用寿 命具有重要意义。 参考文献 [ 1 ]包尽忠，杨国强，梁四海．聚氨酯筛网在乌龙泉矿筛分工艺中的应 用[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 0 4 4 3 9 4 1 ． [ 2 ] 程尧．国内外聚氨酯筛网的现状及发展趋势[ J ] ．现代矿业， 2 0 1 0 7 1 1 9 - 1 2 0 ． [ 3 ] 余存烨．工业设备化学清洗中的腐蚀与控制[ J ] ．腐蚀与防护， 2 0 0 2 1 0 4 5 4 4 5 7 ． [ 4 ]王兵，李长俊，朱伟，等．结垢及除垢技术在管道中的应用研 究[ J ] ．石油化工腐蚀与保护，2 0 0 8 ，2 5 1 2 8 3 0 ． [ 5 ] 曹军．化学清洗过程中的环境保护[ J ] ．杭州化工，2 0 0 7 4 1 8 - 2 1 ． [ 6 ]焦庆祝，何荣桓，王建华．工业设备化学清洗技术[ 1 V 1 ] ．北京石 油工业出版社．1 9 9 5 ． [ 7 ] 窦照英．实用化学清洗技术 第2 版 [ 1 V 1 ] ．北京化学工业出版 社．2 0 0 1 ． 万方数据