碱性铀矿浆助滤技术研究

李大炳，康绍辉，樊 兴，宋 艳，李建华

(核工业北京化工冶金研究院，北京 101149)

碱法浸出铀矿石时，为了达到较好的浸出效果，通常需要将矿石破磨成较细小的颗粒。这造成碱性浸出铀矿浆的过滤速度较慢，需要的矿浆过滤设备庞大，投资及运行成本均较高。

目前，矿冶系统为了提高过滤效率，一般采用添加助滤剂、使用高压过滤设备、应用离心力场等方法予以强化。相比而言，添加助滤剂具有简单易行、投资小、效果好且不用大幅变动现有设备和工艺等优点，得到了广泛研究。如邵绪新等人研究了表面活性剂型和絮凝剂型助滤剂对精煤脱水助滤过程的作用机理，吴燕等人研究了表面活性剂类助滤剂对细粉煤脱水的影响[1-5]，饶凤山等人研究了硅藻土等助滤剂对滤液浊度的影响[6-8]，但在碱性铀矿浆过滤方面的研究还未见报道。另外，也有采用高分子絮凝剂提高过滤速度的研究[9]，但采用的絮凝剂多为人工合成的聚丙烯酰胺类有机高分子，其单体或聚合物具有“三致”效应，许多国家已禁止或限量使用。

鉴于上述情况，本研究以典型的碱性铀矿浆为对象，分别对介质型助滤剂和天然化学型助滤剂进行优选，以期通过助滤剂改变过滤介质和滤饼的孔隙结构，从而降低过滤阻力、提高过滤效率，实现对碱性铀矿浆的高效固液分离。

1 试验部分

1.1 试验原料及试剂

试验用碱性浸出铀矿浆制备条件：原矿100 g，粒度-100目；碳酸钠质量浓度30 g/L，碳酸氢钠质量浓度15 g/L；浸出温度90 ℃，液固体积质量比4∶1 mL/g，浸出时间24 h。

试验用试剂：硅藻土，白色固体粉末，工业品，100～200目；珍珠岩，白色固体粉末，工业品， 100～200目；粉煤灰，灰色，工业品，100～200目；壳聚糖，分析纯，使用时配制成0.2%壳聚糖溶液；阳离子淀粉，工业品，使用时配制成2%阳离子淀粉溶液。

1.2 试验方法

采用真空抽滤方式进行过滤试验，过滤真空度为80 kPa，漏斗内径为11.5 cm。洗液为1.0 g/L碳酸钠和1.0 g/L碳酸氢钠的混合溶液，洗涤液固体积质量比0.5∶1 mL/g，共盘洗3次。

助滤剂主要分为两大类，一类是介质型助滤剂，如硅藻土、膨胀珍珠岩、纤维素、石棉等；另一类是化学型助滤剂，包括高分子絮凝剂型助滤剂和表面活性剂型助滤剂[10-13]。

介质型助滤剂有2种使用方法：1)配成悬浮液，先在过滤介质表面滤出一薄层由助滤剂构成的涂层，然后再进行料液过滤，以防止滤布孔道被料液中微细的颗粒堵塞，该法称为预涂法；2)将助滤剂添加到料浆中，利用助滤剂的蓬松多孔特性，在滤饼中起到骨架支撑作用，增加滤饼孔隙率，该法称为掺混法[14-15]。

对于絮凝剂型助滤剂的使用，主要是将其加入矿浆中使矿石颗粒凝聚成团，然后过滤。絮凝剂型助滤剂主要依靠其高分子长链的吸附、桥联作用使矿物颗粒絮凝成团，防止微细颗粒堵塞过滤介质和滤饼孔道，从而形成渗透性好、有利于快速脱水的滤饼[16-17]。絮凝后滤饼结构的变化是絮凝剂影响过滤过程的主要原因。

2 试验结果与讨论

2.1 矿浆直接过滤试验

首先对矿浆进行了直接过滤试验，测定矿浆过滤速度和滤饼洗涤速度，结果见表1。

表1 矿浆直接过滤试验结果

从表1可看出，矿浆过滤速度、洗涤速度均较低，且洗涤速度远低于过滤速度。洗涤过程中，速度逐渐下降，这是由于洗涤时滤饼逐渐压缩，渗透性下降，其洗涤速度依次降低。

2.2 介质型助滤剂助滤试验

以硅藻土、珍珠岩、粉煤灰3种介质型助滤剂进行研究，考察预涂法、掺混法及二者结合起来的助滤效果。

2.2.1硅藻土助滤试验

硅藻土化学性质稳定，所含成分主要为非结晶质的无定形SiO2。试验中采用的硅藻土粒度为-100目，分别进行了预涂层法、掺混法及二者结合的助滤方式，试验条件及结果见表2。可以看出，不同助滤方式下的硅藻土对碱性浸出矿浆均有显著的助滤效果。通常情况下，矿浆在过滤时，会有一部分细颗粒矿石先附着在过滤介质表面，堵塞过滤介质孔隙，增加矿浆过滤阻力；硅藻土预涂层正是利用硅藻土的多孔特性，分散了这部分细粒级矿石，从而降低了矿浆过滤阻力，提高了矿浆过滤和洗涤速度。在预涂2.0%的硅藻土时，过滤速度最大，继续增加硅藻土用量，过滤速度反而下降，这是由于硅藻土预涂层本身也产生过滤阻力，降低过滤速度，因此预涂用量不是越多越好，能阻挡矿浆中细颗粒进入过滤介质即可。掺混方式主要是借助硅藻土与矿浆混合，以形成相对疏松的滤饼降低过滤阻力，此种方式用量相对较大。硅藻土预涂层助滤和掺混助滤相结合的方式，既避免了细颗粒矿石堵塞过滤介质，又可形成相对疏松的滤饼，过滤速度得到进一步提高。

表2 硅藻土助滤试验结果

注：①用量为助滤剂质量占原矿质量的百分比；②提高率为助滤过滤速度相对于矿浆直接过滤速度提高的百分比。下表同。

2.2.2珍珠岩助滤试验

珍珠岩的化学成分主要是SiO2和Al2O3，化学性质稳定，只溶于热的浓碱和氢氟酸。珍珠岩助滤试验条件及结果见表3。

表3 珍珠岩助滤试验结果

从表3可看出，珍珠岩对该碱性铀矿浆的助滤作用和硅藻土基本相似，二者对矿浆过滤速度和洗涤速度的提高幅度相近。相比之下，珍珠岩比硅藻土价格更低，更具应用优势。

2.2.3粉煤灰助滤试验

粉煤灰主要组成为二氧化硅、氧化铝、氧化铁、氧化钙等。粉煤灰颗粒呈多孔型蜂窝状组织，比表面积较大，具有一定的助滤能力。粉煤灰助滤试验条件及结果见表4。

表4 粉煤灰助滤试验结果

从表4可看出：粉煤灰对矿浆具有一定的助滤作用，其助滤效果较珍珠岩和硅藻土差；掺混后矿浆的助滤效果不明显；预涂和掺混相结合方式和预涂层方式的助滤效果基本相当，提高幅度有限。粉煤灰助滤是通过粉煤灰预涂层分散过滤初期和过滤介质接触的细颗粒矿石，避免细颗粒矿石对过滤介质的堵塞，从而起到提高矿浆过滤速度和洗涤速度的效果。

2.3 化学型助滤剂助滤试验

化学型助滤剂包括天然高分子和人工合成两大类，由于人工合成的高分子絮凝剂难降解、毒性大、不利于环境保护，因此，研究中主要考察天然高分子絮凝剂的助滤效果。采用对碱性铀矿浆絮凝效果较好的壳聚糖和阳离子淀粉2种天然高分子絮凝剂进行助滤试验，试验条件及结果见表5。

表5 化学型助滤剂助滤试验结果

从表5可看出，矿浆加絮凝剂后，矿浆过滤及洗涤速度均得到提高，尤其洗水洗涤过程速度提高较明显。阳离子淀粉絮凝剂和壳聚糖絮凝剂相比，壳聚糖效果明显，加入0.02%壳聚糖即能显著提高过滤速度，继续增加用量对过滤速度影响不大。

2.4 介质型助滤剂与化学型助滤剂联合助滤试验

从2.2、2.3节研究结果看出，通过介质型助滤剂预涂层法可提高矿浆的过滤及洗涤速度，采用化学型助滤剂将矿浆絮凝后再过滤也能明显提高过滤及洗涤速度。为此将二者结合，开展了珍珠岩助滤剂及壳聚糖絮凝剂联合助滤试验，试验条件及结果见表6。

表6 介质型和化学型助滤剂联合助滤试验结果

从表6可看出，碱性矿浆采用珍珠岩预涂过滤介质—壳聚糖絮凝后过滤的联合助滤方式，过滤及洗涤速度得到大幅度提高。预涂2.0%珍珠岩，加入0.02%壳聚糖絮凝，矿浆的过滤速度提高128.7%，滤饼的洗涤速度提高249.1%。

3 结论

1)珍珠岩预涂过滤介质—壳聚糖絮凝后再过滤的联合助滤工艺效果显著。当珍珠岩用量为2.0%、壳聚糖用量为0.02%时，矿浆过滤速度提高128.7%，滤饼的洗涤速度提高249.1%。

2)硅藻土、珍珠岩及粉煤灰3种介质型助滤剂均能提高矿浆的过滤及洗涤速度，其中硅藻土及珍珠岩效果较明显；采用预涂法，仅需矿石质量1.0%～2.0%的珍珠岩，即能将矿浆过滤速度提高50%以上。

3)壳聚糖、阳离子淀粉化学型助滤剂具有一定的助滤作用；壳聚糖助滤效果较好，加入0.02%壳聚糖将矿浆絮凝后过滤，能显著提高矿浆的过滤及洗涤速度。