陶瓷过滤机新型清洗剂在山西某铜矿的应用

王子涛 杨利平 张 冰 张立峰

（1.中条山有色金属集团有限公司；2.北矿化学科技（沧州）有限公司）

脱水是选矿工艺重要的后续作业［1-2］，陶瓷过滤机是脱水作业中的常用设备。陶瓷过滤机基于毛细微孔的作用原理，采用微孔陶瓷板作为过滤介质，实现低能耗的固液分离［3-4］。用于铜精矿过滤的陶瓷过滤机在经过6～8 h 的运行后，陶瓷板表面及毛细微孔中会积存硫单质、硫酸钙、碳酸钙等化学结垢物和黄铜矿、黄铁矿等微细矿物颗粒［5-6］，为保证过滤效果，必须对陶瓷板进行清洗。

目前，陶瓷过滤机主要采用硝酸配合超声波清洗，洗车时将浓度为98%的浓硝酸稀释为50%左右的稀硝酸，通过计量泵输送至陶瓷过滤机进行清洗［7］；但硝酸具有强腐蚀性，属于易制毒、受国家管控的危化品，其采购、运输、存储、使用各环节均存在较大的安全、环境等隐患［8］；而且选矿厂生产废水一般经处理后会循环利用，硝酸用量大、酸性强，会对后续作业产生一定影响［9］。因此，本着建设绿色安全矿山的原则［10］，有必要在保障生产需求的前提下，寻找一种新型清洗剂代替硝酸清洗陶瓷过滤机，彻底解决硝酸使用过程中存在的各类隐患。

山西某铜矿选矿厂使用4 台陶瓷过滤机进行铜精矿过滤，采用“四班三倒”生产制度，陶瓷过滤机每运行7 h，进行1 h 洗车，全部使用硝酸配合超声波清洗。为解决硝酸使用过程中存在的隐患，开展了新型清洗剂试验研究。

1 陶瓷过滤机工作原理

陶瓷过滤机主要由主轴传动系统、陶瓷板、搅拌系统、槽体以及反冲洗系统组成（图1），工作时搅拌器往复摆动防止固体沉淀；陶瓷板顺时针方向转动，料浆中的固体颗粒借助真空作用，附着在陶瓷板上形成滤饼；滤饼离开液面后，在真空作用下持续脱去水分，滤液透过陶瓷板经滤液管从分配头排出，滤饼在卸料区通过由内向外吹风卸落或刮刀刮落；随后陶瓷板进入反冲洗区进行表面微孔清洗［11］。

2 新型清洗剂性质

新型清洗剂主要成分为多元酸、有机螯合剂、渗透剂等，不含氟离子、氯离子，呈白色固体粉末，易溶于水，水溶液无强腐蚀性，属于非危化品，安全环保性较高。新型清洗剂10%浓度溶液中氨氮含量见表1。

3 试验结果及讨论

3.1 小型试验研究

3.1.1 新型清洗剂用量试验

采用废弃陶瓷板对3 种新型清洗剂最佳用量进行试验研究，试验设备及流程见图2。清洗时间为1 h，称量陶瓷板清洗前后的质量，计算化学结垢物溶解率，试验结果见图3。

由图3可见，3种新型清洗剂对化学结垢物溶解率大小依次为1#＞3#＞2#，其最佳用量均为0.160 kg/（m2/h）。

3.1.2 新型清洗剂反应速率试验

采用废弃陶瓷板对3 种新型清洗剂反应速率进行试验研究，试验设备及流程见图2。3 种清洗剂用量均为0.160 kg/（m2/h），每隔10 min 称量1 次陶瓷板质量，计算化学结垢物溶解率，试验结果见图4。

由图4可见，2#清洗剂初始反应速率最快，40 min即可到达反应终点；1#、3#清洗剂初始反应速率较慢，50 min时到达反应终点，但是1#、3#清洗剂较2#清洗剂反应更为彻底。

3.2 工业试验

3.2.1 新型清洗剂配制流程

选矿厂采购浓度98%的硝酸，即发烟硝酸，使用时需要分步稀释［12］，即先将浓度98%硝酸稀释至50%，由计量泵送入反冲洗管路，再与反冲洗水混合稀释至0.5%～1.0%。新型清洗剂按照规定用量配制成水溶液，代替稀硝酸接入过滤机酸泵，配置过程中罐体温度无明显变化，操作无危险性。新型清洗剂配制流程见图5。

3.2.2 试验方法

试验前标记并计算陶瓷过滤机槽体某一特定高度的体积，试验期间固定过滤机每次给矿的矿浆液位，即固定每次给矿矿浆体积Q矿浆；记录每班给矿次数n、开车时间T，检测每次给矿矿浆浓度c矿浆。矿浆浓度可由式（1）、式（2）表示［13］，矿浆密度ρ矿浆可由式（3）表示。

已知矿浆中铜精矿密度为3.6 t/m3，联立（1）（2）（3）式可得过滤机处理量为

则陶瓷过滤机平均每小时处理能力为

式中，M矿浆为每次给矿矿浆质量，t；M铜精矿（1，2，···，n）为每次给矿矿浆中铜精矿质量，t。

3.2.3 试验结果

分别使用3 种新型清洗剂与硝酸进行工业对比试验，新型清洗剂用量0.160 kg/（m2/h），硝酸采用现场平均用量0.577 kg/（m2/h）。试验过程中保持陶瓷过滤机各项运行参数基本稳定，并按照上述试验方法计算陶瓷过滤机平均小时处理能力，每2 h 记录1 次滤饼厚度（从右往左分别记录第2、4、6、8圈陶瓷板，共4个取样点的滤饼厚度，取平均值），每8 h 检测1 次滤饼水分。陶瓷过滤机运行参数见表2，试验结果见表3。

由表3可知，3种新型清洗剂与硝酸相比，平均滤饼厚度和平均处理能力均为1#＞3#＞2#＞硝酸；使用新型清洗剂过滤机滤饼厚度增加17%～20%，处理能力提高20%～22%；平均滤饼水分含量依次为硝酸＜2#＜3#＜1#，由于滤饼厚度增加，滤饼层阻力增加［14］，水分运动阻力增大，平均滤饼水分增加0.65～0.75 个百分点，但仍然符合YS/T 318-2007铜精矿标准要求。

4 经济效益分析

（1）使用新型清洗剂成本增加。4 台陶瓷过滤机总面积198 m2，按全年生产350 d，每天清洗3次，使用硝酸和新型清洗剂的成本分析结果见表4。

由表4 可知，使用新型清洗剂需多投入成本70.8万元/a。

（2）经济效益。使用硝酸4台陶瓷过滤机累计运行29 400 h/a，使用新型清洗剂陶瓷过滤机处理能力提高20%～22%，按21%计算，运行时间减少6 174 h/a。陶瓷过滤机合计装机功率约345 kW，可节约电费87.3 万元/a。

（3）使用新型清洗剂合计可节约成本16.5 万元/a。

5 结论

（1）山西某铜矿选矿厂使用新型清洗剂清洗陶瓷过滤机，过滤机滤饼厚度增加17%～20%，处理能力提高20%～22%；由于滤饼层阻力增加，滤饼水分增加0.65～0.75个百分点，但仍符合要求。新型清洗剂代替硝酸清洗陶瓷过滤机在技术上可行且略有优势。

（2）新型清洗剂用量为硝酸用量的28%，可减小酸性回水对后续作业及设备的影响。

（3）使用新型清洗剂，药剂成本增加70.8 万元/a，减少能源消耗可节约成本87.3 万元/a，合计可节约成本16.5 万元/a。

（4）新型清洗剂可以彻底解决硝酸使用过程中存在的人员伤害及环境污染隐患，减轻对设备、管路的腐蚀，对其他陶瓷过滤机使用厂家具有参考意义。