影响过滤过程的诸因素及机理研究.pdf

3 一 ； 7 ④ 影响过滤过程 的诸 盛 忠杰 陶 因素及机理研究 TpI S - I I 敏 郭长阁 1 一 p q 中国有色 金属 工 业长抄 公司 ． 长抄 ． 4 1 0 0 0 7 湖南省 科委 ， 长沙 ， 4 1 0 0 0 1 长抄矿 冶研 究院 ， 长沙 ． 4 1 0 0 1 2 摘要对 影 响赤铁 矿过 滤过程 的物理 因 素和 化学圈 紊进 行 了研 究 。物理 因素主要 是通过 降低液 体 的枯 度和 表 面张 力 ， 增大 压强差 ， 改善颗 粒的 堆积形 式而 强 化过 滤过 程的 化学 因素对滤过 程的 影响鞍 为复杂 ， 无机 电解质主要是通过压缩矿物表面双 电层而强化过滤过程， 在矿物表面 }一 电位 等 于零 时 ， 过 滤效 果最好 ； 有 机药剂 塔 尔 油及 其 4种 馏 分 对 赤 铁 矿过 滤 过 程 的影 响与 其 相互 作 用 机理 密切 相关 ， 当药剂在 矿 物表 面发生单 层吸 附时 ， 过 滤效果 鞍 好 。 关键词赤铁矿 真空过滤 物理因素 化学因素 ， 警z } 一一 一一k 之 1 矿样 、 药剂及研究方法 I ． 1 矿 样性 质 原矿 样取 自东鞍 山红矿攻关 大样 ， 经多段 破 碎、 磨矿 后 ， 进 行 多次摇床重选 ， 摇床精 矿再 经 磁选除去强 磁性 矿物 ， 最终得到 赤铁矿 精矿 样 纯矿物试样的化学分析结果见表 1 。 表 1纯矿 物化 学分析结果 矿 样的平均 粒径 为 5 0 ． 5 7 p m， 比表面 积为 0 ． 1 5 m I c m ， 密 度 4 ． 6 0 g ／ c m 。矿样及不同磨 矿 时间下物 料的粒度分析结果列于表 2 。 I ． 2药 剂 所 用盐酸 、 硫酸 、 氯 化钠、 氯 化钙和三 氯化 铝 等无机试 剂均 为分析纯试剂 ， 塔尔 油取 自东 鞍 山选 矿 厂， 经实验室分馏 后得到 4个馏 分 ， 分 别 称为 1号 、 2号、 3号、 4号 塔尔油 。使用 时先 用 1 O 碳酸钠溶液皂化 ， 再配成 1 水溶液 表 2 不伺磨矿 时间下物料 的粒度 组成 ／ 收稿 日期 ． 9 9 5 1 o l O 第 1作者男工程 师硬士 维普资讯 矿怕工程 第 1 6 卷 1 ． 3 研究方法 ． 过滤 实验均在 自制 的 自动化 真空过滤模拟 实验系统L A F系统【 上完成。 该系统 由计 算 机控 制 ， 并可 随机采样 。 首 先称取 1 0 0 g矿样 ， 在瓷球 磨机 磨矿浓 度5 0 ， 充填率4 5 中磨到规定的时间。 矿浆 充分 沉淀后 ， 抽去部分 上清液 ， 再酉 己 成所 需的矿 浆浓 度进 行调浆 。 至给 定时间后 ， 经 S T 电磁 自 流器 进入过滤盘过滤 。 过滤结束后 ， 取下滤饼 称 重， 在l 1 0℃温度下烘干4 h ， 再称重， 计算过滤 后 的滤饼 水分。 过 滤实 验用水为一次蒸馏 水 。 试 验所用各 种药剂均 配成水溶 液加入搅拌器 。 f 一 电位采用 X Y Z 一 1 型微电泳仪测定， 矿浆 和 滤液 的 p H 值采用 日本 HORJ B A p H Me t e r L 一 7 L CE p H 仪 测 定 ； 滤 渡 的 表 面 张 力 采 用 J Z HY一 1 8 0 型 界 面 张力 仪 测 定 ， 温 度控 制 在 3 0 ℃ ； 矿 样 的粒 度 组成 采 用 美 国 MI C ROTR AC 激光粒 度分析仪 测定。 2 实验结果与讨论 2 ． 1 物理 因素对过滤过程的影响 2 ． 1 ． 1 矿物粒度组成 随着磨矿时间的增加 ， 矿 物粒 度变细 ， 过滤速率减 小 ， 滤饼 水分 增大 ， 其变化 规律见图1 、 图2 。 图2 中曲线2 是 以作者 提 出的粒 度特 征参 数 H 值 为横坐标表示的滤饼 水分变化 曲线 。 可 见曲线2 与 曲线1 的变化规律基本一致 ■ 砸 嗤 摧 糟 过 罅时 间／ t 图1 不 同磨矿 时间下滤液累积质量 与 过滤时问的关系 磨 矿时 间 1 5 rai n；2 一 l 0 mi n；3 一 l 5 mi n； 4 2 0 ml n{5 25 m i n 求 * 盎 静 瞎矿 时间／ mi lx 古 _ 广了 南 f 莉 ， 粒度特征值 H 1 0 图2滤饼永分 与磨矿 时间及 粒度特征值 H 的关系 l 一滤饼 水分与磨矿时 间的关系 2 一 滤饼 水分 与 H 的关 系 比滤阻的太小可以反映物料过滤的难易程 度 。 比滤阻 可以实测 ， 也 可根据滤液累积质量 或 体 积 曲线按达西 Da r c y 基本过滤 方程作 图计 算 获得 。 本文的 比滤阻数据是按达西公式 ， 用回 归分析方法计算 而得。 表3 列出了不同磨矿时间下滤饼 的比滤阻 。 随着磨矿 时间的增 加 ， 滤饼 的 比滤 阻也相 应增 大 。 因为细粒级含量的增加 ， 形成滤饼的毛细孔 孔径变小 ， 这使滤饼阻力增大 ， 导致过滤速率下 降 ， 滤饼 水分 上升 。 表3 不 同磨矿 时闻对应 的滤饼 比滤阻 磨矿时 间 ／ r a i n 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 比滤阻 0 ． 4 4 4 。． 68 9 1 ． 5 5 5 2 1 7 2 3 ．4 88 6 ．1 5 6 ／ 1 0 。 m kg一 2 ． 1 ． 2 矿浆温度图 3示出了矿浆温度对滤 饼水分的影响。 随着矿浆温度升高， 滤饼水分相 应降低 ， 并逐渐趋缓 。 图 4是不 同温度下滤液累 积质量随过滤时间的变化 曲线 可 阻看出 ， 过滤 速率是随矿浆温度升高而增大的。 表 4列出了不 同矿浆温度时滤饼的比滤 维普资讯 第 l 期 盛 忠杰等 影响 过穗 过程的 诸因素 及机理 研究 隶 * 蓝 静 图 3 矿浆 温度对滤饼水 分的影响 图 4不 同温度下滤液 累积质量 变化 曲线 1 -- 5 0℃ ；2 4 O ℃ ；3 30℃ ；{ 一 2 O ℃ F 5 -- l 0 ℃ 阻、 滤液表 面张力和粘 度。可以看出 ， 比滤阻随 着温度升高而减小 。 这 是因为矿浆温度的升高， 降低了液体粘 度和表 面张力 ， 从而使 过 滤速率 加快 ， 滤饼 水分 降低 。 表 4 不 同矿浆温度 下滤饼 的比滤阻、 滤液 的表面 张力和牯度 2 ． 1 ． 3真空度过滤 时加 在滤饼 两面 的压强 差△ P一般用真 空度 表示 。试 验结 果表 明 ， 随 着 真空度 的增大 ， 滤饼水分显著降低 ， 过滤速率 增 大 ， 但 在不同真空度 下滤饼 的 比滤阻却 变化 很 小 表 5 。 表 5 不同真空度下拣饼的比滤阻 2 ． 1 ． 4矿 浆浓度提高矿 浆浓度 ， 必然使单位 时间、 单位面积的过滤生产率提高 。 在保持 一定 滤饼厚 度的条件 下 ， 随着矿浆浓度 的增加 ， 滤饼 水分明显下降 ， 但逐渐趋于定值 。 表 6列 出了 不同矿 浆浓 度下 滤饼 的 比滤 阻。可见 ， 随着矿浆浓度的提 高 ， 滤饼 比滤阻略 有 降低 。可以认为 ， 矿浆浓度较高 时， 形成一定 厚 度 的滤饼 所需 的时 间较 短， 固体颗 粒之 间不 能充分相互 充填 ， 滤饼较 为松散 ， 从而有利于液 体 流 动 。 表 6 不同矿浆浓度下摅饼 的比滤阻 2 ． 1 ． 5 过滤 时间在相 同条 件下 ， 延长过滤时 间 成饼时间不变 ， 相对延长脱水时间 ， 滤饼 水 分 明显下降， 达到某一限度 后， 水分基本保持恒 定 。这表 明， 在一定条 件下 ， 滤饼有一最终残余 平 衡水分 。 2 ． 2 化学因素对过滤过 程的影响 2 ． 2 ． 1 矿 浆p H值矿浆 p H值影响着矿 物表 面的双 电层 ， 从而也影响着滤饼 的水分 。 对 所试 验 的 铁 矿 物 ， 用 HC I Na OH 和 H S O。Na OH 调 整 p H 值时 ， 滤饼水分随着 p H 值的增大 有较 大 变化 图 5 。在酸性介 质 中， 滤饼水分较 低 ， 且变化不大 。在 p H 为 5 ， 5时 ， 滤饼水分最 低 。 随着 p H值的继续增大 ， 滤饼水分急剧上升。 赤铁矿表面 f一 电位测定结果 图 6 表明 ， _ 、 ■蛙畦 摧嚣 维普资讯 矿抬工程 第1 6 卷 士 * ， 格 螬 图 5 p H值 对滤饼水分 的影响 1 一H⋯ S O Na OH调整 p H{2 一 HcI Na OI- I 调整 p H p H≤ 5 ． 5时 ， 赤铁矿表面荷 正 电， p H 5 ． 5时 ， 表面荷负 电。H S O 或 HC I 的加入 ， H 离子压 缩了矿物表面双 电层 ， 使矿物颗粒互相凝 聚 ， 有 利于滤饼 水分的降低 ； Na OH 的加入 ， 在赤铁矿 表面形 成 F e OH ， F e OH 亲 水性 表 面膜 ， 不利于滤饼水分 的降低 。不 同 p H值下滤饼 的 比滤阻 表 7 也说 明了物料过 滤 的难 易程度 在 p H 值 为 4 ． 9 ～ 6 ． 0之 间， 比滤 阻有 一 最 小 值 ， 此 时滤饼的水分为最低 。 图 6 p H 值对赤铁矿 f一 电位 的影响 1 一Hcl Na OH 调整 p HI 2 一 S O‘ 一 Na OI- I 调整 p H 袁 7 不 同 p H 值 下滤饼 的比滤 阻 p H 值2 0 3 ． 1 4 ． 2 4 ． 9 6 D 7 ． 1 8 ． 2 9 8 1 0 ． 0 比滤阻’1 ． 2 0 1 ． 1 5 1 ． 1 2 1 ． 0 1 1 6 6 5 ． 8 6 7 ． 7 O 9 2 0 9 ． 7 1 T 单 位为 1 0 ”m k g 一 2 ． 2 ． 2无 机 盐Na C I ， Ca C I ， F e C1 和 AI C I 3 对滤饼 水分 的影 响见 图 7 。随着 电解质浓度的 增 加， 滤饼 水分先降低后升高 。 电解质 的金属阳 离子价数越高 ， 这一水分的晟低值就越先达到 ． 这 与电解质离子压缩双 电层 及水化膜 的理论相 吻合。 图 7 电解质 浓度 对滤饼 水分 的影响 】 -- Na C] ；2 一 C F 3 一 F e cI ；4 一 Al cI 3 从 电解质浓度对 f 电位的影响 图 8 也可 看 出， 在 f一 电位等于 零 附近 ， 所对 应 的滤饼 水 分最低， 因为此 时矿 物细颗粒晟 易发生凝聚 ， 使 滤 饼 的 透 气性 压 缩性 增 加。计 算 结 果 表 明 ， 在 f 一 电位 为零 时 ， 滤饼 的 比滤 阻晟 小 ． 可 压缩 性 指数略有增加 。 电解质 A1 s O ， F e S O。 对滤饼 水分 的影响也有类似的变化规律 。 E g 药 荆浓 度／l O r r ．o ] L 图 8 电解质浓度对 }一 电位 的影响 1 一 Na C] ；2 -- Ca CI }3一 Fe C】 z ；4 -- A J CI 2 ． 2 ． 3有机 药 剂塔 尔油原 样及其 4种 馏分 对滤饼水分 的影响见图 9 。随着药剂 用量 的增 加 ， 滤饼 水分均为先降低后升高 。 在药剂用量为 维普资讯 第l 期 盛忠杰等 影响过螅过程的诸因素及机理研究 1 0 0 g ／ t左右 时 ， 滤饼 水分最 低 ， 其 中以 2号 馏 分的滤饼 水分最低 ， 为 9 7 。研 究表明 ， 在 塔 尔油及其各馏分 的作 用下 ， 赤铁 矿表面的 f 一 电 位 均为负值 。 因此可 以认为 ， 过滤特性 的改变 与 f一 电位 的大 小无 直接联 系。 粗 塔尔油的主要成分为不饱和脂肪酸和树 脂酸 ， 各馏分 的脂肪酸 与树脂 酸的 含量不 尽相 同 。 研究表 明， 它们在赤铁矿表面发生化学 吸附 和物理 吸附 ， 比例约 为 1 3 ～4 口 ] ， 紧靠矿物 表 面多为化 学吸附 由此 可以认为 ， 当药剂在 矿粒 表面的吸附为单层时， 过滤效果最好。 随着吸附 量的增加 ， 滤饼水分上升， 过滤速率下降。 图 9 塔 尔油原样及其各馏分 对滤饼水分 的影响 l l 号馏分{ 2 2 号馏分； 3 3 号馏分 { 4 4 号馏分{ 5 塔尔油原样 4 结 论 1 物 理因素主要是通过 降低液体粘 度和 表 面张力 ， 增大 压强差 ， 改善颗粒 的堆 积形式使 之更为松散而强化过滤 过程的 。物料 的粒度越 细 ， 滤饼的水分越高 ； 随着矿浆温 度 ， 矿浆浓度 、 过滤 真空 度的升高 以及脱 水时间 延长 ， 滤饼 的 水分 降低 ， 但逐渐趋于一定值 。 这些 物理 因素对 滤饼水分影响的关 系曲线呈指数形 式递 减 2 无 机 药 剂 ， 如 Na C I ， Ca C 1 2 ， F e C l ， A1 C 1 等 ， 主要 是通 过 压缩 矿物 表 面双 电层而 影响过滤过程 当 f一 电位为零时 ， 过 滤效果最 好 。 有机药剂的影响较为复杂 ， 随着药剂用量的 增大 ， 滤饼水分呈先降低后升高的变化规律 。 根 据药剂 与赤铁矿 的作用 机理 ， 可 以认 为当药剂 在矿粒 表面发生单 层吸附时 ， 过 滤效果较 好； 随 着多层吸附的发生 ， 过 滤效果逐 渐变 差。 参考文献 l 盛 忠杰 ．有色 金属 选矿 部分 ， 1 9 8 9 ， 4 3 9 ～4 1 2盛 忠杰 ．朝南有 色金属 ， 1 9 8 9 ， 3 1 4 ～1 5 3王淀 佐浮 选 剂 作 用原理 及 应用北 京 冶 金 工业 出 版 社 ． 1 9 8 2 ．1 9 FACTORS I NFLUENCI NG FI LTERI NG PROCES S AND TH EI R I NTERACTI ON M ECH AN I SM S h e ng Zh o ng j i e Ch a n g s h a Co m pa n y o f Ch i n a No n 一 ． D Me t a l s I n d u s t r i a l Co m pa n y，Ch a n gs h a，4 1 0 0 0 7 Ta o n i n H u n a n Co mmi s i o n of Sc i e n c e a n d Te c h n o l o g y，Ch a n gs h a，4 1 0 0 0 1 Gt t o Ch a ngg e Ch a n gs h a Re s e a r c h I n s t i t u t e o f Mi n i n g a n d Mt a l l u r g y，Ch a n gs h a．4 1 0 0 1 2 ABS TRACT A s t u d y wa s ma d e o f p h y s i c a l a n d c h e mi c a l f a c t o r s i n f l u e n c i n g t h e f i l t e r i n g p r oc e s s o f h e ma t i t i e ．Ph y s i c a l f a c t o r s i n t e ns i f y t h e f i l t e r i n g p r o c e s s ma i n l y h y r e d u c i n g t h e v i s c o s i t y a nd s u r f a c t t e n s i o n o f l i q u i d，i n c r e a s i n g p r e s s u r e d i f f e r e n c e a n d i mp r o v i n g t h e a c c u mu l a t i o n f o r m o f m i n e r a l p a r t i c l e s ，Th e i n f l u e n c e o f c h e mi c a l f a c t o r s o n t h e f i l t e r i n g p r o c e s s i s r a t h e r c o mp l i c a t e d ， I n o r g a n i c e l e c t r o l y t e i n t e n s i f i e s t he f i l t e r i n g pr o c e s s ma i n l y b y c o mp r e s s i n g d o u b l e e l e c t r i c l a y e r o n t h e s u r f a c e s o f mi n e r a l s ． W h e n 一 p o t e n t i a l o n t h e S H Ha t e s o f mi n e r a l s i s g e r o，t h e f i l t e r i n g e f f e c t i s b e s t ．Th e i n f l u e n c e o f o r g a n i c r e a g e n t s Ta l l o i l a n d i t s f r a c t i o n s o n t h e f i l t e r i n g p r o c e s s o f h e ma t i t e r e s u l t s ma i nl y f r o m t h e i r i n t e r a c t i o n me c h a n i s m．Si n g l e l a y e r a d s o r p t i o n o f r e a g e n t O i l t h e s u r f a c e s o f mi n e r a l c a n l e a d t O g o o d f i l t e r i n g r e s u l t s ． KEY W oRDS He ma t i t e， Va c u u m f i l t r a t i o n，P h y s i c a l f a c t o r ， Ch e mi c a l f a c t o r 维普资讯