在錳、黃金浸出和稀貴金屬選冶過程中，為有效回收貴液中的有價金屬，需要對物料進行多次過濾洗滌。國內企業(yè)常采用脫水、洗滌作業(yè)分段進行，由于洗滌與過濾分別在不同設備中進行，且在洗滌過濾循環(huán)過程中物料需要重新配漿，存在工藝流程繁冗、設備種類多等問題，除了導致企業(yè)生產運行成本高，更存在物料廢渣中有害金屬超標、堆存排放安全隱患大、環(huán)保壓力增加等一系列問題。
近年來，國家對各行各業(yè)的環(huán)境保護和資源利用要求越來越高，大力提倡節(jié)能減排、清潔生產、綠色制造。針對脫水工藝流程及過濾洗滌現(xiàn)狀，國內相關領域的技術專家在脫水、洗滌工藝及設備上進行了大量優(yōu)化改良工作，但基本上都是單一流程的優(yōu)化，缺乏把兩者高效結合起來的研發(fā)成果。本文研發(fā)了一種新型過濾洗滌一體技術及相關處理配套設施，最終濾渣產品的洗滌率及含水率能達到企業(yè)既定指標，該技術具有良好的使用價值及在相關領域的推廣前景。
1、試驗研究
1.1 原生產工藝存在的問題
四川某錳礦屬大型民營電解錳生產加工企業(yè)，采用酸浸電解工藝，除產出電解錳產品之外，還會有大量碳酸錳渣粉(每生產1t電解金屬錳會產生5～6t錳廢渣)附帶產出。由于錳廢渣產出量大，其中又含有大量硫酸鹽、氨氮、砷、汞、鎘、錳等重金屬離子物質，屬于有害廢渣，長期堆放不但污染環(huán)境，也嚴重浪費有價金屬錳。
現(xiàn)場對浸出錳渣液采用濃密、壓濾兩段工藝處理，即礦漿首先進行濃縮，隨后碳酸錳礦粉浸出液通過傳統(tǒng)的板框式壓濾機進行濾液粗壓，進而再加藥劑沉淀進行第2次甚至是多次壓濾，最終產出電解金屬錳渣產品。由于該工藝采用傳統(tǒng)壓濾設施(普通板框式壓濾機)進行2次(或者多次)脫水作業(yè)，缺少洗滌流程，導致處理后的電解錳渣中硫酸銨、硫酸錳含量偏高。企業(yè)技術人員為了解決存在的問題，嘗試了采用清水洗滌錳渣后再壓濾的方案，但是洗滌效果不佳，洗滌率都在60%以下，不但二價錳流失嚴重，工藝流程還繁瑣，加重了設備負荷。此外，脫水主要工藝指標含水率在22%左右，無法達到要求，不但造成有價金屬浪費，也使企業(yè)運營成本增高，無法從根本上解決環(huán)境污染。
為此，在現(xiàn)場進行了高效過濾洗滌設備的技術研發(fā)及試驗研究，通過技術更新，推出一種既能充分完成洗滌作業(yè)、高效浸出錳渣中的有害金屬離子，在達到同等或更優(yōu)濾餅含水率及洗滌指標的條件下，錳渣能符合環(huán)保標準作為副產品產出，并能在現(xiàn)場有效實施的工藝方案。
1.2 試驗要求及目標
針對現(xiàn)場實際情況，本試驗主要采用具有壓濾、脫水一體化工藝及配套設施替代傳統(tǒng)設備進行脫水洗滌流程的半工業(yè)試驗，通過對碳酸錳礦粉浸出液進行洗滌和脫水處理，將原工藝繁瑣的多次處理流程通過1臺設備1次處理完成，力爭最大限度回收錳渣中硫酸錳、硫酸銨等有用物質，錳、氨回收率目標預計達到98%以上(濾液中Mn2+含量高于25g/L，廢渣中Mn2+含量低于3g/L)，實現(xiàn)錳渣無害化處理。最終驗證該技術設施在實際生產中的應用效果，為企業(yè)提供一種新型高效節(jié)能環(huán)保技術及其配套設備。
試驗還對處理后的物料進行了檢測，對最終錳渣產品二價錳含量及其洗滌率指標進行分析，與原有工藝的二價錳洗滌率相對比，從而得到現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)，作為新型一體化工藝的理論數(shù)據(jù)，從而判斷新型壓濾洗滌一體化技術及設備的應用效果，為企業(yè)降本增效提供更優(yōu)的技術升級方案和工藝設備支持，實現(xiàn)企業(yè)的資源化利用和達到環(huán)保要求，真正提高企業(yè)經(jīng)濟效益。
1.3 試驗物料及試驗設備
本次試驗主要是工藝流程技術及其設備性能的研究，因此沒有相關的藥劑及流程選別試驗。
試樣為壓濾車間內實際生產的電解錳渣物料，由現(xiàn)場負責采集。礦漿溫度32～38℃，干礦密度3.04g/cm3，物料濃度18%，試樣主要礦物組成見表1。
試驗所用設備為CJWA-5/4/30型高能壓濾機的工業(yè)實驗模擬機。該機型自身即具備高效過濾性能，并根據(jù)本次試驗的技術要求，在設備整體結構上進行了技術升級，使其兼?zhèn)涓咝礈旌瓦^濾功能，從而能滿足工藝試驗技術要求。
主要試驗設施參數(shù)：濾板過濾面尺寸500mm×500mm;濾餅數(shù)量4塊;濾室深度30mm;采用渣漿泵給料;壓榨、吹干介質為壓縮空氣;攪拌槽規(guī)格Ф800mm×1200mm;儲氣罐容積2m3;洗滌水為生產用清水(采用電加熱器加熱至所需溫度)。
1.4 試驗主要方案及步驟
本次工藝試驗研究主要是進行碳酸錳礦粉浸出液的產品脫水試驗。進行了多級洗滌工藝試驗、洗滌效率指標對比試驗，通過洗滌率的參數(shù)對比確定工藝指標，檢驗新設備使用效果及性能參數(shù)，最終提出合理可靠的脫水洗滌工藝和設備數(shù)據(jù)指標，并判定新型一體化洗滌技術及其相關設備的性能。
2、試驗結果及分析
2.1 多級洗滌試驗
用具備新技術的設備對現(xiàn)場浸出液進行常規(guī)壓濾及洗滌壓濾，并根據(jù)濾液出水情況及渣漿泵壓力情況對給料時間、壓榨風干時間、洗滌時間等參數(shù)進行設定和調整。試驗主要是在設備內部對濾餅進行多次洗滌、循環(huán)，直到整個系統(tǒng)達到平衡。
試驗原料取自現(xiàn)場礦漿高位礦漿桶，原漿溫度30～38℃，為保證較高的洗滌效率，進料時間首次設定為35min，進料原則是沒有壓濾水排出，濾餅厚度約3cm。試驗一級洗滌水用水量約45L，當洗滌水中Mn2+含量高于25g/L時，即達到試驗要求。首先加入15L清水進行第1次洗滌，洗滌液收集后再加入15L清水進行第2次洗滌、第3次洗滌，洗滌液循環(huán)使用，直至達到試驗要求。一級洗滌結束后再進行二級洗滌試驗，程序與一級洗滌一樣。每一級洗滌時間在20min左右，把45L水洗完。從第1組試驗的Mn2+含量達到要求后，再在每一組試驗之后用15L自來水洗滌，再洗滌3次使Mn2+含量又可達到試驗要求，這樣保證試驗過程中加入的水和出來的水達到水平衡，從而達到污水零排放的要求。其中，洗滌效率試驗是本次試驗的關鍵，用洗滌水將原漿中的游離錳和硫酸銨洗出98%，能實現(xiàn)錳渣無害化處理。試驗中主要需要控制的參數(shù)包括進料時間、新加水量、洗滌時間和洗滌效率。
本次試驗對每一組洗滌水(水溫35℃左右)和直接壓濾水進行取樣分析，檢測最終物料的Mn2+、硫酸銨、全錳含量及水分等。試驗流程見圖1，結果如圖2～3所示。由圖2～3可知，一級洗滌在經(jīng)過9次洗滌后Mn2+含量為29.13g/L，達到試驗要求，二級洗滌在10次洗滌后Mn2+含量為29.25g/L，達到試驗要求。
2.2 洗滌率試驗
通過泵將浸出液從壓濾攪拌槽泵入實驗機攪拌槽進行過濾及洗滌流程試驗。最后采用高錳酸鉀滴定法測定濾液及洗滌液中二價錳含量。通過測定浸出液和經(jīng)過過濾洗滌之后的洗滌液中二價錳含量，計算新工藝條件下的洗滌率，與原有工藝條件下的洗滌率進行對比，以此判定新工藝流程的洗滌質量。
原有脫水工藝和新脫水、洗滌工藝在壓濾、洗滌質量上不僅存在差別，在單位浸出液的處理能力上也存在差別，試驗通過對同樣數(shù)量的浸出液進行處理，以處理后的濾餅密度作為共同目標，通過測定新工藝的用電量和功耗，進而對新舊兩種工藝的處理能力進行對比。
本次試驗對過濾的礦樣進行試驗，并對每一組洗滌水和直接壓濾水進行取樣分析，試驗目標是將濾餅過濾至統(tǒng)一的密度，在達到同一標準的情況下，檢測設備在各個過程中需要的參數(shù)和時間，通過過濾、洗滌工藝和之前只有過濾工藝的流程進行對比，進而得到兩個工藝流程的工藝參數(shù)差別。其次，對兩個流程的處理效率進行對比，測定壓濾液和尾渣中二價錳含量，通過對比壓濾液和尾渣中二價錳含量，計算洗滌率。試驗數(shù)據(jù)及試驗工藝參數(shù)見表2。
由表2可以看出，新工藝洗滌效果比較穩(wěn)定，平均洗滌率高達94.44%。根據(jù)圖表數(shù)據(jù)可知，經(jīng)過洗滌后，濾液中Mn2+含量為25.12～29.12g/L，本次試驗已完成既定目標要求。
通過試驗結果分析，得出以下結論：
1)對過濾洗滌參數(shù)及最終二價錳含量分析發(fā)現(xiàn)，該浸出液屬于易過濾、易洗滌物料，通過實施新工藝路線，洗滌率能達到符合要求的高指標，精簡了工藝流程，降低了能耗。
2)試驗洗滌率平均值為94.22%(按洗滌水量為0.7～0.85倍濾餅質量)。在工業(yè)生產中，洗滌率可以保證在90%以上。
3)經(jīng)過洗滌后的溶液游離錳含量達到25g/L以上，可滿足現(xiàn)場試驗要求。
4)新工藝充分利用了物料性質，新設備采用了全自動控制系統(tǒng)，并應用了新介質和特殊設計結構的濾板，在內部注入了高壓空氣，使其兼?zhèn)涓咝�、�?jié)能的壓濾技術，既能將碳酸錳礦粉中的二價錳充分洗滌出來，又提高了脫水率指標。新工藝流程最終錳渣含水在16%左右，比原工藝降低了6個百分點，可大大降低尾渣下一步對外運輸成本。
3、結語
采用新工藝及相關設施，在原有生產條件下，將壓濾、洗滌流程一體化集成，取代了兩段或多段聯(lián)合洗滌脫水工藝，使得脫水流程更加精簡、效率更高、設備臺數(shù)更少。經(jīng)過對比，新工藝不但工藝環(huán)節(jié)少、自動化水平高，平均洗滌率和脫水率比原工藝大幅度提升。此外，在設備成本增加不多的情況下，壓濾洗滌一體化工藝能降低廢渣錳含量，將之前無法排放和利用的廢渣變成可利用、能外排的有用物質，提升了有價資源的回收，產生良好的社會、經(jīng)濟效益。(來源：蘭州有色冶金設計研究院有限公司，成都長杰科技有限公司)
