陶瓷膜过滤器在红土矿冶炼中的应用

钱均新

（江苏省宜兴非金属化工机械厂有限公司，江苏 宜兴 214221）

红土矿冶炼过程中需对矿浆进行浓缩，浓密机溢流水精密过滤，滤后水可作为冶炼厂生产用水，滤渣排至矿浆储槽。对于缺水地区，将符合要求的滤后水返回生产循环使用具有重要意义。红土矿矿浆中需添加高分子有机絮凝剂PAM，而PAM对过滤有明显的不利影响，PAM的种类和加入量会直接影响过滤效果，严重时会导致过滤不能正常进行，且无法反洗和酸洗［1-7］。江苏宜兴非金属化工机械有限公司生产的外压式陶瓷膜过滤器可彻底防止PAM在矿浆中呈胶状，消除PAM的影响，使液固分离顺利进行。

1 陶瓷膜过滤器简介

陶瓷膜过滤器的核心是陶瓷微滤膜。陶瓷微滤膜是在多孔陶瓷载体表面均匀涂履一层或多层经特殊工艺制成的孔径0．5～1μm的微滤膜。该膜具有极佳的化学稳定性，操作温度范围宽，孔隙均匀，膜平面光滑不易粘连物料，容易再生，特别适合在高温、高压和强腐蚀工况下使用。整个精密过滤装置由陶瓷微滤膜过滤元件、罐体、控制阀、自动控制及气动控制系统等组成。技术参数为：过滤面积220m2，过滤元件168根，过滤压力0．3～0．6 MPa，设备容积40m3，设备自重（不包括配套设备）25t，设备外形尺寸φ3 590mm×7 800mm，装机功率55kW，空气压缩机风压0．5～1．0MPa，风量5．0m3／min，要求给矿浓度≤20%，生产能力250m3／h，滤后液中固体含量≤5mg／L，工作温度≤80℃。

2 过滤原理

过滤时，用料浆泵将物料送入陶瓷膜过滤器，通过陶瓷滤管进行固液分离，液体经过滤部件进入陶瓷膜管内腔并通过聚流管排出，固体（滤渣）被过滤部件隔离，截流在过滤管表面形成滤饼层，同时过滤管内外的压差逐渐增大。过滤一段时间后，随滤管上滤饼层越来越厚，过滤管内外压差也越来越大。当压差达到设定值时，陶瓷膜过滤器自动进入反冲程序，系统通过调整进液阀、出液阀、反冲阀、回流阀等工作状态，使滤渣从过滤管表面脱离并沉降到陶瓷膜过滤器的锥形底部，陶瓷膜过滤器自动进入到下一个过滤周期，往复循环。当陶瓷膜过滤器锥形底部的滤渣达到一定量时，陶瓷膜过滤器自动打开进气阀、排渣阀排出滤渣，然后重新进入下一个循环周期。

3 过滤试验

红土矿矿浆含固量9．31%，矿浆黏度15mPa·s，矿浆pH＝7．31。用PAC调节pH，矿浆ζ电位变化情况见表1，矿浆中颗粒粒径见表2。

表1 矿浆pH对ζ电位的影响

表2 矿浆中颗粒粒度及粒径分布 μm

对不加PAM、加PAM、同时加PAM和PAC3种矿浆进行过滤试验，并测定矿浆中颗粒的ζ电位、颗粒粒径及粒径分布、矿浆pH、矿浆黏度，分析确定最佳过滤方案及最佳药剂投加量。

3．1 试验方法

1）静态沉降试验。根据矿浆特性，在多种絮凝剂中优选2～3种絮凝剂，并进行不同投加量对比试验，选择出不同药剂的最优投加量进行下一步过滤试验。

2）用初选的2～3种絮凝剂通过陶瓷膜过滤试验和投加PAC过滤试验再进一步验证选出的絮凝剂的效果。

3）对投加絮凝剂量和投加PAC量进行静态浴沉降试验和陶瓷膜过滤试验，综合比较，优选1～2种絮凝剂。

4）用优选的1～2种絮凝剂进行较长时间试验，确定药剂的稳定性，并进行较恶劣情况下的试验，最后选出1种絮凝剂。

5）进行常温过滤（温度为20～35℃），且过滤时不进行循环试验（滤后液外排且连续补充矿浆），由此得出的过滤数据比较安全可靠。

3．2 试验结果

红土矿浆中PAM投加量为250g／t，PAC投加量为150g／t，过滤效果非常理想。在反冲洗时间15s、过滤压力0．3MPa、过滤时间3 000s、反冲洗压力0．8MPa条件下，过滤通量在0．92～1．44m3／（m2·h）之间。可以看出：陶瓷膜过滤系统的过滤通量比较稳定，在安全的波动范围内，且过滤能够在0．3MPa左右的较低压力下稳定运行。矿浆中添加PAM及PAC后，膜孔径为0．8μm的陶瓷膜对矿浆中悬浮物的截留效果十分理想，滤后液十分清澈。

4 工业化运行试验

在前期试验基础上，对4台HTQ-220陶瓷膜过滤器进行现场试验，流程中均按试验确定的参数加药，在浓密池中按比例加入PAM，在浓密池溢流水中加入PAC。加药后的矿浆由给料泵输入陶瓷膜过滤器。现场运行结果表明，固液分离效果非常理想，各项指标均可达到要求。

5 结论

针对红土矿冶炼工艺开发的陶瓷膜过滤器克服了化学法、有机膜过滤装置、压滤机等设备的缺点，设备性能稳定，矿浆过滤效果好，且运行成本、投资规模都较低。该过滤装置的成功应用，解决了大型矿山冶炼生产用水循环回用难题，实现了环保治理与可持续发展同步进行。

在运行过程中应注意：控制加药比例，即控制浓密池及循环罐中PAM及PAC在矿浆中的含量；现场给料泵采用的是变频泵，且一台泵同时供二台陶瓷膜过滤器，运行时需及时调节进液阀门的开度，确保过滤器的过滤压力均衡；由于排渣时过滤器中有比较大的压力，需定期对排渣进气阀进行保养，保证阀门开关灵活，确保系统安全。

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