精矿滤液水代替清水的研究实践

刘 旭，马纪鑫，王 鑫

鞍钢集团矿业公司大孤山球团厂 辽宁鞍山 114001

目 前多数选矿厂的精矿系统使用陶瓷过滤机对精矿进行脱水，清洗陶瓷片时使用清水作为反冲洗水，产生的精矿滤液水直接排放[1]。在工作过程中，陶瓷片与其他过滤介质一样会发生堵塞，需要在卸矿后对陶瓷片进行反冲洗。冲洗时，将硝酸与清水混合后经分配头打入陶瓷片，从内向外冲洗陶瓷片微孔内的堵塞物。陶瓷片的微孔孔径为 1.5 µm 左右，对反冲洗用水的水质要求较高[2]。目前国内外陶瓷过滤机反冲洗用水为清水，消耗大、成本高[3]。笔者针对某选矿厂利用清水作为反冲洗水成本高的问题，在分析陶瓷过滤机工艺系统的基础上，研究通过精矿滤液水回用装置对精矿滤液水进行回收，来代替清水作为反冲洗水，以达到节约成本的目的[4]。

1 陶瓷过滤机及陶瓷片反冲洗原理

1.1 陶瓷过滤机原理

铁精矿经过选别设备选别后，通过管道输送到陶瓷过滤机进行干燥，干燥后经排矿输送带转运至精矿槽中，陶瓷过滤机产生的溢流通过溢流泵重新回到给矿箱，其工作流程如图 1 所示。

图1 陶瓷过滤机工作流程Fig. 1 Working flow of ceramic filter

1.2 陶瓷片反冲洗原理

反冲洗系统由清水泵、清洗管路、过滤器等组成。反冲洗是陶瓷过滤机正常运转中必不可少的环节，它使陶瓷滤片保持良好的通透性，从而保证过滤机的工作效率[5]。转车时，滤饼经刮刀卸下后，清水泵将清水经反冲洗水管路通过风头打入陶瓷片，从内向外冲洗，洗掉陶瓷片表面残余的滤饼；洗车时，清水泵持续将清水经反冲洗管路通过分配头打入陶瓷片，同时将硝酸经反冲洗管路通过分配头打入陶瓷片，清水与硝酸混合后，从内向外溶解并洗掉滤板表面残留的滤饼[6]。反冲洗过程消耗大量的清水，而滤液水在过滤完成后则直接排放到尾矿浓缩大井，在增大流程量的同时，也造成不必要的浪费[7]。反冲洗过程如图 2 所示。

图2 反冲洗过程Fig. 2 Backwashing process flow

2 滤液水回用装置设计

2.1 陶瓷过滤机技术指标分析

通过现场试验得到数据，陶瓷过滤机综合利用系数η=0.85 t/(h·m2)，每台过滤机的过滤面积S=60 m2，则每小时产量

精矿含水率为 9%，则每小时精矿产量

给矿体积分数为 55%，则每小时产生的精矿滤液水

工作时，陶瓷过滤机正常运转 4 台，每小时精矿滤液水总量

过滤机每小时使用清水量约为 20 m3/h，而陶瓷过滤机产生精矿滤液水量约为 80 m3/h，可见精矿滤液水量可以满足陶瓷过滤机反冲洗水要求[8]。

2.2 滤液水回用装置设计

某选矿厂共有 7 台陶瓷过滤机，每台配有一个滤液箱，从滤液箱中上部开口，连接φ133 mm 钢管，安装 DN125 阀门。通过阀门控制精矿滤液水流入φ219 mm 管道 (1～ 3 号精矿滤液水左侧流入，4～ 6 号精矿滤液水右侧流入)，在φ219 mm 管道两侧各增加一个 DN200 阀门，以便处理临时故障。通过 1 号增压泵 (流量为 143 m3/h，扬程为 8 m，功率为 7.5 kW) 将精矿滤液水输送到初级沉降水箱 (6.0 m×3.0 m×2.5 m)，沉降 30 min 左右，溢流到二次沉降水箱 (6.0 m×2.0 m×2.5 m)，再次沉降 20 min 左右，溢流到清水箱内，通过 2 号增压泵 (流量为 83.6 m3/h，扬程为 41.8 m，功率为 22 kW) 输送供给陶瓷过滤机。在初级沉降箱增加补加水装置，在精矿滤液水水量不足时补加清水，保证陶瓷过滤机的正常运行。在初级沉降箱、二级沉降箱和清水箱底部开口，接φ89 mm 钢管，在排污口安装 DN80 阀门，排出杂质。回用系统的设备布置和工艺流程如图 3 所示。

图3 精矿滤液水回用系统Fig. 3 Concentrate leachate recycling system

工作时，要经常检查滤液箱中精矿滤液水是否有跑黑现象，如发现跑黑现象，关闭此陶瓷过滤机滤液箱出口阀门，滤液水溢流到原泵坑；立刻启动 1 台备用陶瓷过滤机 (启动时间约 10～ 15 min)，而后打开滤液箱出口阀门；将跑黑的陶瓷过滤机停机，查找跑黑原因，并及时处理。

根据滤液水量对滤液水增压泵进行选型。陶瓷过滤机正常运转 4 台，每小时总滤液水量Q总=80.64 t，选择精矿滤液水回收泵流量Q泵≥80.64 m3/h。

设计扬程

式中：K为管路损失系数，约为 1.25；HP为排水高度，HP=10 m；HX为吸水高度，HX=20 m。代入得H=37.5 m。

查阅相关资料，现场实际使用的精矿滤液水增压泵流量Q=83.63 m3/h，扬程H=41.8 m。

2.3 精矿滤液水取样分析

取样分析陶瓷过滤机精矿滤液水悬浮物含量极少，水质清澈，可反复回收利用。精矿滤液水取样成分分析结果如表 1 所列，沉降前后滤液水成分分析结果分别如表 2、3 所列。

表1 清水取样的成分分析结果Tab.1 Composition analysis results of clear water

表2 沉降前滤液水的成分分析结果Tab.2 Composition analysis results of leachate before sedimentation

表3 沉降后滤液水的成分分析结果Tab.3 Composition analysis results of leachate after sedimentation

3 经济效益计算

精矿滤液水代替清水供陶瓷过滤机作为反冲洗水使用后，滤液水回用装置单独成一系统，减少了影响生产的因素，同时使用 1 台管道增压泵对陶瓷过滤机进行供水，节约了能耗。改造前，每台过滤机每小时使用清水约 20 m3，每天平均运转 4 台陶瓷过滤机，每年使用清水 700 800 m3，清水单价为 3.3 元/m3，每年可节约清水费用约为 231 万元。原有陶瓷过滤机使用清水时滤芯使用周期为 5～ 7 d，经对陶瓷过滤机精矿滤液水代替清水反复试验，使用精矿滤液水后滤芯平均使用周期可以达到 10 d 左右。

4 结语

在了解某矿陶瓷过滤机原理及反冲洗原理的基础上，通过分析陶瓷过滤机的技术指标，确定了精矿滤液水量可以满足陶瓷过滤机反冲洗用水量的要求，进而设计了精矿滤液水回用系统。对精矿滤液水回用装置各部元件进行选型，设计了回用系统的总体布局和工艺流程；通过水质取样分析试验，验证了精矿滤液水代替清水的可行性；分析了后续经济效益，每年可节约清水费用约为 231 万元，提高了滤芯平均使用周期，可以达到 10 d。