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聚氨酯筛网超声波除垢试验研究 ① 张建文 （长沙矿冶研究院有限责任公司，湖南 长沙 ４１００１２） 摘 要 针对鲁中矿业公司德瑞克细筛聚氨酯筛网结垢严重的问题，分析了结垢成因，采用超声波对筛网除垢，总除垢率达到 ９９％ 以上。 超声波除垢方法不仅除垢成本低、除垢彻底、节能环保，而且对恢复聚氨酯筛网筛分性能、延长其使用寿命意义重大，经济效 益和社会效益显著。 关键词 聚氨酯筛网； 结垢； 化学除垢； 超声波除垢 中图分类号 ＴＤ９２１文献标识码 Ａｄｏｉ１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－６０９９．２０１６．０２．００９ 文章编号 ０２５３－６０９９（２０１６）０２－００３５－０３ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ａｐｐｒｏａｃｈ ｆｏｒ Ｉｎｃｒｕｓｔａｔｉｏｎ Ｒｅｍｏｖａｌ ｆｒｏｍ Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ Ｓｃｒｅｅｎｓ ＺＨＡＮＧ Ｊｉａｎ⁃ｗｅｎ （Ｃｈａｎｇｓｈａ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ Ｃｏ Ｌｔｄ， Ｃｈａｎｇｓｈａ， ４１００１２， Ｈｕｎａｎ， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｆｏｒ ｔｈｅ ｉｎｃｒｕｓｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｅｒｒｉｃｋ ｆｉｎｅ ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ （ＰＵ） ｓｃｒｅｅｎｓ ｉｎ Ｍｉｎｍｅｔａｌｓ Ｌｕｚｈｏｎｇ Ｍｉｎｉｎｇ Ｃｏ Ｌｔｄ， ｓｃａｌｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｗａｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ａｎｄ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｗａｖｅ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｆｏｒ ｉｎｃｒｕｓｔａｔｉｏｎ ｒｅｍｏｖａｌ． Ｗｉｔｈ ｔｈｉｓ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ， ｔｈｅ ｉｎｃｒｕｓｔａｔｉｏｎ ｃａｎ ｂｅ ｒｅｍｏｖｅｄ ｔｈｏｒｏｕｇｈｌｙ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｄｅｓｃａｌｉｎｇ ｒａｔｅ ｅｘｃｅｅｄｉｎｇ ９９％． Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ， ｔｈｉｓ ｌｏｗ ｃｏｓｔ ａｐｐｒｏａｃｈ ｉｓ ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｌｙ ｅｎｅｒｇｙ⁃ｓａｖｉｎｇ ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｌｙ⁃ｆｒｉｅｎｄｌｙ． Ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｔｌｙ， ｔｈｅ ＰＵ ｓｃｒｅｅｎｓ ｃａｎ ｇｅｔ ｂａｃｋ ａ ｇｏｏｄ ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ， ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ ｉｎ ａ ｐｒｏｌｏｎｇｅｄ ｓｅｒｖｉｃｅ ｌｉｆｅ． Ｔｈｉｓ ｃａｎ ｂｒｉｎｇ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ａｎｄ ｓｏｃｉａｌ ｂｅｎｅｆｉｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ ｓｃｒｅｅｎ； ｓｃａｌｉｎｇ； ｃｈｅｍｉｃａｌ ｒｅｍｏｖａｌ ｏｆ ｓｃａｌｅｓ； ｉｎｃｒｕｓｔａｔｉｏｎ ｒｅｍｏｖａｌ ｗｉｔｈ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｗａｖｅ ｍｅｔｈｏｄ 聚氨酯筛网具有筛分效率高、耐磨、耐酸碱、抗冲 击、抗撕裂、使用寿命长、承载能力大、噪声低、安装方 便、综合效益高等优点［１－２］，被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聚氨 酯筛网结垢问题。 结垢是影响聚氨酯筛网筛分性能的 主要因素之一，当筛网表面结垢严重时，可导致筛孔全 部堵塞，阻碍细粒物料穿透筛面，造成筛分效率大幅降 低、使用寿命大大缩短。 超声波除垢法是现阶段国内外采用的重要除垢方 法之一。 但利用超声波进行聚氨酯筛网除垢鲜有报 道。 超声技术按照用途可分为检测超声和功率超声两 大类，二者的主要区别在于介质微粒的振动幅度不同。 水垢清除及清洗中应用的是功率超声［３］。 超声波除 垢［４－５］因其除垢效率高、自动化程度高、环保节能等突 出优点而得到越来越广泛的应用。 鲁中矿业本部选矿厂使用德瑞克细筛［６－７］对弱磁 铁精矿进行分级，细筛使用过程中聚氨酯筛网结垢问 题尤为突出。 现场采用弱酸清洗和水冲洗方法进行除 垢，现有除垢方法耗酸大、除垢成本高、时间长而除垢 率低，同时带来厂区环境污染负担。 本文针对鲁中矿 业本部选矿厂筛网结垢问题和现有除垢方法的不足， 创造性地引入超声波对聚氨酯筛网进行除垢研究，取 得了良好的除垢效果。 １ 筛网垢性质 从结垢机制角度可将污垢分为结晶垢、颗粒垢、化 学反应垢、腐蚀垢、微生物垢和凝固垢等，其中以结晶 垢最为常见［８］。 为查明聚氨酯筛网污垢形成过程与 机制，对聚氨酯筛网结垢成分和矿浆水质进行了化学 分析。 首先采集筛网结垢物进行 Ｘ 荧光半定量分析 和 Ｘ 射线衍射分析，结果见表 １ 和图 １。 ①收稿日期 ２０１５－１０－１１ 基金项目 五矿矿业⁃长沙矿冶研究院科技协同基金项目（ＫＸＪ２０１３－０１） 作者简介 张建文（１９８２－），男，内蒙古呼和浩特人，硕士，工程师，主要从事碎磨、磁电选设备及工艺的研究工作。 第 ３６ 卷第 ２ 期 ２０１６ 年 ０４ 月 矿矿 冶冶 工工 程程 ＭＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏｌ．３６ №２ Ａｐｒｉｌ ２０１６ 表 １ 结垢物 Ｘ 荧光半定量分析结果（质量分数） ／ ％ ＯＮａＭｇＡｌＳｉＰＳ ３５０．０６５１．５８０．５７７１．４１０．０１０．２１１ ＣｌＫＣａＴｉＶＣｒＭｎ ０．０１１０．０２５１６．３３０．０６６１０．０３４３０．００７０．３７３ ＦｅＣｏＮｉＣｕＺｎＳｒＺｒ ４３．２４０．０１９９０．０２５２０．０１９９０．０３１３０．０５５３０．１０２ 20103040 V Fe3O4 H Fe2O3 O CaCO3 506070 2 / θ V V O O OOO V V V V V H HH H V 图 １ 结垢物 Ｘ 射线衍射图谱 由表 １ 可知，垢样中主要含 Ｆｅ、Ｏ、Ｃａ 元素，是碳 酸盐垢和铁垢的主要成分。 由图 １ 可知，筛网结垢物 中主要晶相为磁铁矿（Ｆｅ３Ｏ４）、赤铁矿（Ｆｅ２Ｏ３）和方解 石（ＣａＣＯ３），初步断定聚氨酯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（ＥＤＳ），结果见图 ２ 和表 ２。 1 20 E /keV C OP S K Mg Mn Al Si Ca Fe 468101214 20 E /keV C O Fe Ca Mg Mn Al Si Fe 468101214 a b 图 ２ ＥＤＳ 分析图谱 （ａ） 筛条与垢质界面； （ｂ） 垢质与空气界面 表 ２ 界面 ＥＤＳ 分析结果（质量分数） ／ ％ 界面ＣＯＭｇＡｌＳｉＰＳＫＣａＭｎＦｅ ａ１．７０４．４１０．１１０．３５０．２５０．２９０．８２１．１３ ６４．３９ ０．４７ ２６．０８ ｂ３．４２ １５．９２ ０．８２０．４６０．４５０．９６０．９０ ７７．０７ 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 可知，钙主要以碳酸钙 形式存在，可判断该垢质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的晶体碳酸钙沉淀，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，最后形成大颗粒垢质，直接影响筛分效果。 取给矿、筛上、筛下、溢流矿浆及循环水样检测了 矿浆中 Ｃａ、Ｍｇ 等相关元素的含量及硬度，结果见表 ３。 表 ３ 各水样水质分析结果 名称编号 含量／ （ｍｇＬ －１ ） Ｃａ ２＋ Ｍｇ ２＋ 硬度 进筛矿浆水样ＣＸ９３．２４９．０６２０．０５ 循环水水样ＸＨ１１９．１２８．５２１９．６５ 净循环水水样ＪＸ９１．８９４．５９１７．４６ 筛上物水样ＳＳ７１．６２３．７４１７．１９ 溢流矿浆水样ＹＹ１１４．７０７．５４１６．０６ 筛下物水样ＳＸ５７．３５３．７１１５．２０ 由表 ３ 可知，各取样点矿浆和循环水样都含有不 同浓度的 Ｃａ ２＋ 和 Ｍｇ ２＋ ，并以 Ｃａ ２＋ 为主。 除筛下物水样 外，其他各水样硬度都大于 １６，属于硬水，各水样硬度 由大到小顺序为进筛矿浆＞循环水＞净循环水＞筛上＞ 溢流矿浆＞筛下。 由于矿浆和循环水都呈碱性，Ｍｇ ２＋ 和 Ｃａ ２＋ 与过量的 ＣＯ３ ２－ 和 ＯＨ－作用，易产生碳酸盐垢。 ２ 除垢试验结果及分析 ２．１ 化学预处理试验 化学预处理是利用化学药剂与筛网上的污垢发生 化学反应，生成可溶性盐类或使垢质变软变薄而脱落。 聚氨酯筛网污垢的主要成分是碳酸盐垢和铁垢。 对于 混合垢，需在掌握污垢成分及含量基础上，确定相应的 化学除垢配方和除垢工艺［９］。 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。 但为防止环境污染，酸洗废液需在中和、澄清后 再行排放［１０］。 为验证盐酸的化学预除垢效果，同时考 查了在 ２５ ℃下，ＫＹＳ 酸、ＫＹＬ 酸及其所组成的混酸对 聚氨酯结垢筛网的除垢效果，结果见表 ４。 表 ４ 化学预除垢试验结果 溶液种类酸浓度／ ％反应时间／ ｍｉｎ除垢率／ ％ 盐酸２３０８３．６７ 盐酸３３０９６．７１ ＫＹＳ５３０８７．４３ ＫＹＬ５３０７２．５０ ＫＹＬ１０３０８６．５６ 盐酸＋ＫＹＳ１＋５１０９０．７３ 盐酸＋ＫＹＬ１＋５１０８８．２１ 盐酸＋ＫＹＳ＋ＫＹＬ１＋５＋３１０９２．４３ 盐酸＋ＫＹＬ＋ＫＹＳ１＋５＋３１０８７．３８ ６３矿 冶 工 程第 ３６ 卷 由表 ４ 可知，单酸对筛网化学预除垢效果由强到 弱顺序为盐酸＞ＫＹＳ 酸＞ＫＹＬ 酸；在同样浓度配比下 ２ 种酸混合，盐酸与 ＫＹＳ 混合除垢效果优于盐酸与 ＫＹＬ 混合；盐酸与 ＫＹＳ、ＫＹＬ 按 １∶５∶３混合的除垢效果 优于盐酸与 ＫＹＬ、ＫＹＳ 按 １∶５∶３的混合。 ２．２ 超声波除垢试验 超声波除垢试验是将化学预处理后的筛网放入新 型 ２０ ｋＨｚ 超声波清洗机中进行处理。 试验前设定好槽 体水位线、超声功率和超声时间，并记录试验条件，超 声清洗试验结束后，筛网烘干冷却，称量质量并记录数 据，计算超声清洗除垢率。 超声波清洗除垢过程中会 产生热量，使得超声清洗水介质温度升高 １０～２０ ℃， 红外温度仪检测温度均未超过 ４０ ℃。 超声除垢时间 为 １０ ｍｉｎ 时，超声波除垢试验结果见表 ５。 表 ５ 超声波除垢试验结果 溶液种类溶液浓度／ ％超声波除垢率／ ％总除垢率／ ％ 盐酸２１６．１３９９．９０ 盐酸＋ＫＹＳ１＋５７．１８９９．９１ 盐酸＋ＫＹＳ＋ＫＹＬ１＋５＋３７．３７９９．８０ 由表 ５ 可知，无论前期用单一酸液化学预除垢，还 是选用 ２ 种或 ３ 种混合酸液对结垢筛网化学预除垢， 再采用超声波清洗机进行筛网除垢效果明显，可达到 彻底除垢的目的。 化学预除垢与超声波除垢相结合的除垢工艺在工 业上是完全可行的，但要在除垢过程中控制好试验条 件和工艺参数。 采用超声波除垢不仅可有效降低酸耗、人工等除 垢成本，改善工作环境，提高除垢效率，而且具有节能、 环保无污染、经济效益和社会效益显著等突出优点。 ３ 结 语 １） 聚氨酯筛网结垢成因分析证明，污垢中主要含 Ｆｅ、Ｏ、Ｃａ 元素，聚氨酯筛网污垢主要为碳酸盐垢和铁 垢的混合垢。 各取样点矿浆和循环水都呈碱性，基本 属于硬水以及矿浆为磁铁矿矿浆，是产生碳酸盐垢和 铁垢的主要原因。 ２） 由化学预除垢试验可知，酸的种类对聚氨酯结 垢筛网的化学预除垢效果由强到弱顺序为盐酸＞ＫＹＳ ＞ＫＹＬ。 以盐酸为主酸，与 ＫＹＳ 酸、ＫＹＬ 酸其中的 １ 种 或 ２ 种混合，优化浓度配比，能有效节约酸耗成本，化 学预除垢效果显著，除垢率达 ７０％以上。 ３） 超声波除垢试验结果表明，化学预除垢与超声 波除垢相结合进行聚氨酯筛网除垢，可达到彻底除垢 的目的。 不仅缩短了整个除垢时间，降低了酸耗及人 工等除垢成本，且节能环保，显著地提高了除垢效率。 ４） 聚氨酯筛网超声波除垢方法不仅除垢成本低、 除垢彻底、节能环保，而且对恢复聚氨酯筛网筛分性 能、延长其使用寿命意义重大，具有显著的经济效益和 社会效益。 新型超声波除垢工艺为开发低成本化学预 除垢配方和新型低损伤、高自动化超声除垢设备提供 了技术依据。 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），２００４（４）３９－４１． ［２］ 程 尧． 国内外聚氨酯筛网的现状与发展趋势［Ｊ］． 现代矿业， ２０１０（７）１１９－１２０． ［３］ 黄 帅． 超声波除钙盐水垢试验研究［Ｄ］． 成都西南交通大学地 球科学与环境工程学院，２００９． ［４］ 佟 帅． 超声波防垢除垢机理及提高效率的方法研究［Ｄ］． 大连 大连理工大学电子信息与电气工程学部，２００８． ［５］ 李虹霞． 超声空化防除垢与水力空化防除垢和强化传热实验研究 ［Ｄ］． 北京中国科学院工程热物理研究所，２００９． ［６］ 王凯金，林增常，曹仲新，等． 德瑞克高频振动细筛在选矿厂的应 用［Ｊ］． 中国矿业，２００７，１６（８）５６－５９． ［７］ 周洪林． 德瑞克高频振动细筛在矿物分级和脱水中的应用［Ｊ］． 金属矿山，２００２（７）４４－４７． ［８］ 刘中良，施明恒，戴锅生． 结晶垢结垢过程的传热传质模型［Ｊ］． 化工学报，１９９７（４）４０１－４０７． ［９］ 李长海． 锅炉清洗酸洗剂的选择及其应用［Ｊ］． 清洗世界，２００８， ２４（１）２２－２７． ［１０］ 曹 军． 化学清洗过程中的环境保护［Ｊ］． 杭州化工，２００７，３７ （４）１８－２１． 􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎 （上接第 ３４ 页） 参考文献 ［１］ 吴 辑． 北方低品位磷铁矿资源［Ｊ］． 河北地质，２００６（１）２７－２７． ［２］ 丁晓姜． 北方某低品位铁磷矿综合回收选矿试验［Ｊ］． 武汉工程 大学学报，２０１１（３）６５－６８． ［３］ 刘长淼，卫 敏，吴东印，等． 青海低品位磷灰石型磷矿浮选试验 研究［Ｊ］． 矿冶工程，２０１４（３）２９－３２． ［４］ 朱德庆，李静华，杜永强，等． 强化鲕状赤铁矿还原磁选脱磷机理 研究［Ｊ］． 矿冶工程，２０１４（５）７４－７６． ［５］ 杨用龙，苏秋凤，杨 康． 含磷磁铁精矿湿法深度脱磷工艺［Ｊ］． 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