电解金属锰渣滤饼循环逆流洗涤试验研究

刘闺华,潘涔轩,朱克松,汝振广,魏 健

(1. 中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院,北京 100083;2. 中国环境科学研究院清洁生产中心,北京 100012;3. 北京中水长固液分离技术有限公司,北京 100083)

电解金属锰渣滤饼循环逆流洗涤试验研究

刘闺华1,2,潘涔轩2,朱克松3,汝振广1,2,魏 健1,2

(1. 中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院,北京 100083;2. 中国环境科学研究院清洁生产中心,北京 100012;3. 北京中水长固液分离技术有限公司,北京 100083)

在隔膜压滤机中对电解金属锰渣滤饼利用循环逆流洗涤技术进行了生产规模的试验研究。利用11～14g/L低浓度含锰溶液对滤饼进行循环洗涤,并配合40L清水一次性洗涤,可将锰渣中硫酸锰残留由原工艺的1.85%降低至0.8%,下降1.05个百分点,回收率超过56%;统计分析显示洗涤均匀,不存在穿滤等现象。

隔膜压滤机;锰渣;水洗;硫酸锰

我国电解金属锰(以下简称为:电解锰)行业锰矿石品位较低,大部分矿石只有14%～16%,甚至有的仅10%左右[1]。由于压榨过程锰渣中残留了约30%的浸出液,其含锰量32～36g/L,导致锰渣中硫酸锰残留占锰渣干重的1.5%～2.0%(以Mn计),锰损失达9%～13%。

为降低锰渣中硫酸锰残留,许多企业及研究单位对锰渣中回收锰进行了大量的研究:Das等[2]对锰渣回收锰的方法进行了研究;欧阳玉祝等[3]利用超声波辅助浸取手段提取锰渣中的锰的方法进行了研究。许多电解锰企业尝试过对锰渣进行清水洗涤,由于受电解锰生产工艺水平衡的影响,也一直未见生产规模洗涤技术的应用和报道。因此,如何在现有工艺的基础上,研究能有效减少锰渣中硫酸锰残留的洗涤技术,是提高电解锰行业资源利用,减少锰渣产生和排放、降低锰渣对环境污染的关键问题。

隔膜压滤机是板框压滤技术一次质的飞跃,其有效利用隔膜灵活的压滤功能,并配合洗涤设计,可在隔膜压滤机上实现对物料的有效洗涤。该技术在制糖[4]、染料[5]、颜料[6]生产等领域得到了较为广泛的应用。

本实验拟利用带清洗功能的隔膜压滤机,通过对洗涤用水的组合,采用循环逆流洗涤工艺,在控制用水量的前提下,研究清水对锰渣中硫酸锰的洗涤效果。

1 实验材料与方法

1.1 设备与材料

1) 隔膜压滤机:北京中水长固液分离技术有限公司,KM9/1000型快速;

2) 隔膜滤板:德国Lenser,规格1000mm× 1000mm,6块;

3) 电导仪:美国热电奥立龙,320-c系列;

4) 电磁流量计:北京流量计厂,3个;

5) 空气压缩机:北京复盛机械有限公司, VA-65;

6) 铁制水箱:自制,4个;

7) 新鲜硫化液:重庆武陵电解锰厂。

1.2 成分分析方法

1) 硫酸锰的测定

称取3.0000g锰渣烘干样品,在1000mL蒸馏水中搅拌,使硫酸锰充分溶解,然后用滤纸过滤,取25mL滤液采用硝酸铵氧化容量法测定(GB 223.4-1988)。

2) 含水率测定

取样,碾碎,分别称取100.0000g样品,放于滤纸上并标记,放入110℃烘箱,烘烤至衡重,称量测定。

1.3 洗涤工艺流程

本工艺在不影响工艺水平衡,控制清水用量(约锰渣重量的30%)的前提下,利用含锰浓度不超过15g/L的循环水进行洗涤,在保持工艺水平衡的基础上,实现最有效的洗涤。

图1 锰渣循环清洗工艺流程

1.4 实验步骤

1) 开机准备

将滤布对齐、整理、压紧。

2) 进料

打开进料管路阀门,打开进料泵,开始进料,调节流量计和压力表之间的球阀使进料压力达到设定的范围。根据压滤机的容积决定进料时间,完毕后关闭进料泵及进料管路阀门。

3) 预压榨

关闭排空管,打开进气阀和空压机上的阀门,保持预压榨压力2kg(及时补压),保持此压力10min。

4) 循环洗涤

打开循环水池阀门,同时打开进水阀门,启动水泵,调节旁路球阀使水压保持在所需的压力范围0.25～0.35kg之内,直到洗出水和循环水电导率一致。

5) 清水洗涤

打开清水水池阀门,进行清水洗涤,观察流量计的流量,达到清水用量时,关闭水泵。

6) 压榨

打开空压机阀门调节压榨压力至0.8MPa,保持15min,关闭空压机阀门,打开排空阀,3min后准备卸饼。

7) 卸渣

松开滤板,卸渣。取样测试。

2 实验结果

2.1 循环逆流洗涤的效果

为比较锰渣的洗涤效果,对重庆武陵锰业有限公司的锰渣进行了随机取样检测,结果见表1,可见企业锰渣中硫酸锰残留基本在1.5%～2.1%范围之内,平均值为1.85%。

表1 企业锰渣中硫酸锰含量

采用含锰浓度11～14g/L的洗涤水,对锰渣进行循环洗涤,再用40L的清水对锰渣进行一次性洗涤,洗涤效果如表2。

表2 循环水含锰浓度对锰渣中硫酸锰洗涤效果的影响

结果表明:当循环水采用含锰浓度11～14g/L的洗涤水时,锰渣中硫酸锰的残留从工程平均值1.85%降低至0.8%,即下降了1.05个百分点,锰渣中硫酸锰的回收率超过56%,洗涤效果明显。

2.2 循环水含锰浓度对循环洗涤时间的影响

为实现对实验过程溶液含锰量的实时监控,本实验采用对洗出液电导率的实时测定作为参考,见图1,浸出液含锰浓度和电导率呈现较强的规律性,特别在溶液含锰浓度低于20g/L时,对应关系较为明显,能及时反映该洗出液浓度,当洗出液电导率接近循环水电导率时作为循环洗涤终点的判断。

图1 硫酸锰含量和电导率关系

在不同含锰浓度循环水洗涤条件下,当洗出液电导率接近循环水电导率,循环洗涤时间如图2所示。

图2 循环水含锰浓度和洗涤时间的关系

分析结果表明:在循环水含锰浓度在11～14g/L时,含锰浓度对洗涤时间没有显著的影响,最佳洗涤时间为30min。

2.3 洗涤流速对洗涤效果的影响

在循环洗涤30min,清水洗涤用量40L的条件下,洗涤流速对洗涤效果的影响见表3。

表3 洗涤流速和硫酸锰洗涤效果的关系

结果表明低流速的洗涤效果更佳。这有利于对洗涤水用量的控制,即低流速时小流量也可达到对滤饼的有效洗涤。

2.4 洗涤均匀性分析

对压榨滤饼采用“上中下左右”五点法随机取样,分析含水量和硫酸锰残留,检验洗涤的均匀性。结果见表4,滤饼含水率平均偏差最大不超过1.8%,硫酸锰含量平均偏差不超过0.06%,各样品之间含锰量和含水率没有显著性差异,说明洗涤均匀性非常好,洗涤无死角,无穿滤。

3 结 论

1) 在隔膜压滤机中采用清水循环逆流洗涤的工艺,可实现对锰渣中硫酸锰的有效洗涤,可降低锰渣中硫酸锰残留约56%;

表4 锰渣含水率和硫酸锰含量均匀性分析

2) 水平衡是限制锰渣滤饼洗涤的最关键因素,在隔膜压滤机上,采用循环洗涤和清水逆流洗涤的工艺组合,可节约清水用量,在不影响水平衡的前提下,使用不超过渣重30%的清水的情况下,可实现对锰渣中硫酸锰的有效洗涤;

3) 从降低锰渣中锰的残留可提高锰矿石资源的利用率,降低锰矿石的消耗,且可降低锰渣的产生和排放,保护环境。以年产3万t金属锰企业为例,渣锰残留降低1%,可减少锰矿石消耗约1.2万t (以16%品位计),为企业节约原材料成本1000万元以上,大大提升企业的竞争力。

[1] 谭柱中,梅光贵,李伟健,等.锰冶金学[M].长沙:中南大学出版社,2004.

[2] Das N,Jana R K.Adsorption of some bivalent heavey metal ions from aqueous solutions by manganese nodule leached residues[J]. JColloid Interface Sci,2006,293(2):253-262.

[3] 欧阳玉祝,彭小伟,曹建兵,等.助剂作用下超声浸取电解锰渣[J].化工环保,2007,27(3):5-7.

[4] 余斌,王兆强.全自动隔膜压滤机在制糖过滤中的应用[J].甘蔗糖业,2004,(3):28-32.

[5] 朱谦,汪剑萍.隔膜滤板在染料行业的应用与展望[J].上海染料,2001,29(4):33-36.

[6] 张丹.隔膜压滤机在颜料生产中的应用[J].化工进展,2009, 28(1):343-345..

[7] GB/T223.4-1988.硝酸铵氧化容量法测定锰渣中硫酸锰含量[S].

Manganese Extraction from Slag with Membrane Filter Press

LIU Gui-hua1,2,PAN Cen-xuan2,ZHU Ke-song3,RU Zheng-guang1,2,WEI Jian1,2
(1. China University of Mining and Technology,Beijing 100083,China;
2. Chinese Research Academy of Environmental Sciences,Beijing 100012,China;
3. Beijing Zhongshuichang Solid - Liquid Separation Technology Co.,Ltd.,Beijing 100083,China)

This paper has established a process to leach manganese from electrolytic manganese slag based on membrane filter press with recycling water and clean water.The manganese sulfate in the filter cakes has been reduced from original 1.86% to 0.8% with recycling water of 11～14g/l manganese resolution and 40L clean water.Statistic analysis shows a balanced manganese reduction in the cakes is being achieved.

Membrane filter press;Manganese slag;Waterwashing;Manganese sulfate

X757

A

1002-4336(2010)02-0036-03

2010-03-15

中国环境科学研究院中央级公益性科研院所基本科研业务专项(2009KYY209)

刘闺华(1982-),男,湖南娄底人,硕士研究生,研究方向:矿物加工及清洁生产工艺,电话:010-84915040,手机:13811348944,E-mail:liuguihua@gmail.com.