鎢渣脫水過(guò)程中加壓過(guò)濾機(jī)的應(yīng)用實(shí)踐

余春榮，黃 亮，徐 雙，李躍海，陸曉暉

（江鎢世泰科鎢品有限公司，江西 贛州 341000）

0 引 言

中國(guó)鎢礦資源儲(chǔ)量居世界首位，各類(lèi)鎢礦物原料經(jīng)濕法提鎢后產(chǎn)生的固體廢渣稱(chēng)為“鎢渣”。以標(biāo)準(zhǔn)鎢精礦（含氧化鎢WO365%）為例，通常每生產(chǎn)1 t鎢初級(jí)制品會(huì)產(chǎn)生約0.8t鎢渣（殘余WO31%～3%），且鎢精礦品位越低，單位產(chǎn)品的鎢渣產(chǎn)生量越高，低度鎢精礦的鎢渣產(chǎn)生量可高達(dá)1～3 t。據(jù)中國(guó)鎢業(yè)協(xié)會(huì)測(cè)算，目前中國(guó)鎢渣年產(chǎn)生量超過(guò)10萬(wàn)t[1-2]。

2016年，原環(huán)境保護(hù)部、發(fā)展和改革委員會(huì)與公安部聯(lián)合發(fā)布的《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄》將“仲鎢酸銨生產(chǎn)過(guò)程中堿分解產(chǎn)生的堿煮渣”（鎢渣）列入其中，導(dǎo)致我國(guó)鎢冶煉行業(yè)面臨空前的環(huán)保壓力和挑戰(zhàn)，鎢渣利用處置問(wèn)題已經(jīng)成為制約鎢工業(yè)發(fā)展的瓶頸[3]。江西贛州、湖南郴州等地歷史遺留數(shù)量龐大的鎢渣，同時(shí)，新的鎢渣還在源源不斷地產(chǎn)生，亟須進(jìn)行合規(guī)化處置，但是處置費(fèi)用高昂。以每噸鎢渣（實(shí)物重）計(jì)算，處置成本在800～2 000元（各省情況不同）。

鎢渣中含有相當(dāng)一部分未壓干的濾液，據(jù)調(diào)研，目前行業(yè)內(nèi)使用常規(guī)壓濾設(shè)備得到的鎢渣含水率一般在30%左右，這些水分也要計(jì)入鎢渣處置費(fèi)用，鎢渣中水分顯然額外增加了處置成本，因此，只要降低鎢渣中的含水率，就可以降低鎢渣處置成本，這是目前鎢冶煉企業(yè)非常關(guān)注的問(wèn)題。

降低鎢渣含水率的關(guān)鍵在于壓濾設(shè)備的脫水能力。加壓過(guò)濾機(jī)是國(guó)際上一種先進(jìn)的固液分離設(shè)備，廣泛適用于煤炭、黑色金屬、有色金屬、化工、環(huán)保、制藥、食品、飼料等行業(yè)的固液分離，該設(shè)備是集機(jī)、電、液、氣等控制于一體的高新技術(shù)產(chǎn)品，是一種高效、節(jié)能、連續(xù)工作、全自動(dòng)化操作、智能化的新型脫水設(shè)備，其主要特點(diǎn)是處理能力大、濾餅水分低、自動(dòng)化程度高、能耗低[4-5]。加壓過(guò)濾機(jī)已經(jīng)成功應(yīng)用于選煤和鐵精礦、銅、鉬等有色金屬冶煉過(guò)程，但未在鎢冶煉行業(yè)得到推廣，因此，在鎢冶煉行業(yè)引入加壓過(guò)濾機(jī)并推廣應(yīng)用，大幅降低鎢渣的含水率，具有非常明顯的實(shí)踐意義。

1 加壓過(guò)濾機(jī)的工作原理

加壓過(guò)濾機(jī)最早是由德國(guó)Karsuhe大學(xué)于20世紀(jì)80年代初開(kāi)始研究的，我國(guó)加壓過(guò)濾機(jī)的開(kāi)發(fā)研究始于20世紀(jì)80年代末，被國(guó)家列入“八五”攻關(guān)項(xiàng)目，20世紀(jì)90年代初，我國(guó)開(kāi)始自主研究開(kāi)發(fā)加壓過(guò)濾機(jī)，山東萊蕪煤礦機(jī)械有限公司制造出國(guó)內(nèi)首臺(tái)GPJ6013型加壓過(guò)濾機(jī)工業(yè)樣機(jī)，并成功應(yīng)用于八一煤礦選煤廠。此后，根據(jù)市場(chǎng)的要求和用戶(hù)的反映，對(duì)加壓過(guò)濾機(jī)進(jìn)行了大量的設(shè)計(jì)改進(jìn)，相繼開(kāi)發(fā)出第一代、第二代、第三代、第四代、第五代加壓過(guò)濾機(jī)，已經(jīng)形成系列產(chǎn)品，并頒布了機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《JB/T10409—2004圓盤(pán)加壓過(guò)濾機(jī)》，設(shè)計(jì)制造的加壓過(guò)濾機(jī)結(jié)構(gòu)先進(jìn)、合理、人性化，全自動(dòng)化運(yùn)行，擁有了多項(xiàng)國(guó)家專(zhuān)利，其技術(shù)性能指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。加壓過(guò)濾機(jī)優(yōu)越的脫水效果目前已被越來(lái)越多的選煤廠所重視，認(rèn)為是迄今降低浮選精煤水分和原生煤泥脫水的最理想的設(shè)備，至今已投入使用近400臺(tái)，并已成功推上國(guó)際市場(chǎng)[6-9]。

加壓過(guò)濾機(jī)由加壓倉(cāng)、圓盤(pán)過(guò)濾機(jī)、皮帶輸送機(jī)、排料裝置、液壓及電控系統(tǒng)等部分組成，其結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。加壓過(guò)濾機(jī)將過(guò)濾機(jī)置于一個(gè)封閉的加壓倉(cāng)內(nèi)，圓盤(pán)過(guò)濾機(jī)落料槽下有刮板輸送機(jī)，在機(jī)頭處裝有排料裝置，過(guò)濾的懸濁液由入料泵給入到過(guò)濾機(jī)的槽體中，加壓倉(cāng)內(nèi)充進(jìn)一定壓力的壓縮空氣，在濾盤(pán)上通過(guò)分配閥與通大氣的氣水分離器形成壓差，這樣在加壓倉(cāng)內(nèi)壓力作用下，槽體內(nèi)的液體通過(guò)浸入懸濁液中的過(guò)濾介質(zhì)排出，而固體顆粒被收集到過(guò)濾介質(zhì)上形成濾餅，隨著濾盤(pán)的旋轉(zhuǎn)，濾餅經(jīng)過(guò)干燥降低水分后，到分配閥的卸料區(qū)卸落到刮板輸送機(jī)中，由刮板輸送機(jī)收集到排料裝置中，這樣連續(xù)地運(yùn)行，當(dāng)濾餅達(dá)到一定量后，由排料裝置間歇排出機(jī)外，整個(gè)工作過(guò)程自動(dòng)進(jìn)行[10-11]。

圖1 加壓過(guò)濾機(jī)結(jié)構(gòu)原理示意圖Fig.1 Schematic diagram of pressurized filter structure

2 不同壓濾設(shè)備的鎢渣脫水對(duì)比試驗(yàn)

采用贛南某大型鎢冶煉企業(yè)的經(jīng)堿煮—一次固液分離—鎢渣成漿等工藝環(huán)節(jié)處理后的白鎢渣漿作為試驗(yàn)材料，選用幾種常用的壓濾設(shè)備和加壓過(guò)濾機(jī)進(jìn)行壓渣脫水試驗(yàn)，對(duì)比各種壓濾方式得到的濾餅的含水率情況。

2.1 廂式壓濾機(jī)

廂式壓濾機(jī)是目前鎢冶煉行業(yè)普遍采用的固液分離設(shè)備，具有占地面積小、成本較低、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但廂式壓濾機(jī)自動(dòng)化程度較低，即便現(xiàn)在多家壓濾機(jī)廠家開(kāi)發(fā)了自動(dòng)拉板、自動(dòng)卸渣等配套自動(dòng)化輔助裝置，單臺(tái)設(shè)備處理能力較小，所需操作工時(shí)長(zhǎng)。采用山東某大型壓濾機(jī)生產(chǎn)廠商制造的XAY180/250-UK型廂式壓濾機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)，廂式壓濾機(jī)主要依靠液壓頂板形成物理擠壓擠走渣漿中水分，再用壓縮空氣輔助吹干，這樣處理的鎢渣濾餅含水率在30%～40%。

2.2 帶式輥壓脫水機(jī)

帶式輥壓脫水機(jī)是利用濾布的張力和壓力在濾布上對(duì)污泥施加壓力使其脫水，并不需要真空或加壓設(shè)備，動(dòng)力消耗少，可以連續(xù)操作，主要部件由濾帶、輥壓筒、濾帶張緊系統(tǒng)、濾帶調(diào)偏系統(tǒng)、濾帶驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和濾帶沖洗系統(tǒng)等組成[12]。

采用廣州市某環(huán)保機(jī)械公司制造的2DYQ2500L型帶式輥壓脫水機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，該機(jī)型濾餅產(chǎn)量為10～15 m3/h，即處理能力約為10～15 t/h，經(jīng)過(guò)測(cè)試，一次輥壓得到的鎢渣濾餅含水率為26.4%，二次輥壓得到的鎢渣濾餅含水率為22.6%。

與普通廂式壓濾機(jī)對(duì)比，帶式輥壓脫水機(jī)具有操作簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度較高、可實(shí)現(xiàn)連續(xù)作業(yè)減少臺(tái)班數(shù)等優(yōu)勢(shì)，但從試驗(yàn)結(jié)果看來(lái)，鎢渣濾餅含水率仍然還有20%～30%，效果不是十分顯著，而且，為達(dá)到更好的過(guò)濾效果，使用前還需在渣漿中加入定量絮凝劑，另外，帶式輥壓脫水機(jī)的濾帶更換較復(fù)雜。

2.3 隔膜壓濾機(jī)

隔膜壓濾機(jī)也屬于廂式壓濾機(jī)，與普通廂式壓濾機(jī)相比，隔膜壓濾機(jī)在濾板與濾布之間加裝了一層彈性膜隔膜板，在常規(guī)壓濾過(guò)程結(jié)束后，可將高壓流體介質(zhì)（水、油或者壓縮空氣等）注入濾板與隔膜之間，這時(shí)整張隔膜就會(huì)鼓起壓迫濾餅，對(duì)濾餅進(jìn)行再次壓榨，實(shí)現(xiàn)對(duì)濾餅的進(jìn)一步壓榨脫水，并且還可以通過(guò)壓縮空氣對(duì)濾餅進(jìn)行反吹，帶走濾餅中的部分水分，使水分進(jìn)一步減少。

使用山東某大型壓濾機(jī)生產(chǎn)廠商制造的XMZG型隔膜壓濾機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，進(jìn)料壓力為6 kg，鼓膜壓力16 kg，再用壓縮空氣吹干，兩次試驗(yàn)得到鎢渣濾餅水分分別22.56%和23.23%。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，隔膜壓濾機(jī)的壓榨效果與帶式輥壓脫水機(jī)相差不大，但不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)作業(yè)，處理能力較小。

2.4 加壓過(guò)濾機(jī)

加壓過(guò)濾機(jī)的工作原理如前所述，使用河北某壓濾設(shè)備生產(chǎn)廠商制造的0.5 m2加壓過(guò)濾試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，加壓過(guò)濾機(jī)配套的濾布有多種，如有不銹鋼濾布、單絲濾布、復(fù)絲濾布等，可根據(jù)物料特性選擇不同材質(zhì)的濾布，試驗(yàn)中采用單絲濾布過(guò)濾，得到的鎢渣濾餅水分為9.86%，采用不銹鋼304濾布過(guò)濾，得到的鎢渣濾餅水分為11.52%。

對(duì)比上述幾種壓濾設(shè)備，采用加壓過(guò)濾機(jī)得到鎢渣濾餅水分明顯降低，壓濾效果更好，加壓過(guò)濾機(jī)自動(dòng)化程度高，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)作業(yè)，處理能力大，而且經(jīng)過(guò)特殊的設(shè)計(jì)改造，更換加壓過(guò)濾機(jī)的濾袋更方便。

綜合不同壓濾設(shè)備的鎢渣脫水試驗(yàn)結(jié)果，可以看出，加壓過(guò)濾機(jī)在鎢渣脫水過(guò)程中的使用效果非常明顯，可投入實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用。

3 加壓過(guò)濾機(jī)在鎢冶煉過(guò)程的應(yīng)用

經(jīng)過(guò)在河北、山東等地多次考察試驗(yàn)，同時(shí)結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，選購(gòu)了山東某煤礦機(jī)械設(shè)備廠家制造的PYNTK-15m2型號(hào)加壓過(guò)濾機(jī)投入生產(chǎn)應(yīng)用，該設(shè)備主要技術(shù)指標(biāo)及參數(shù)如表1所示。另外，配備高壓風(fēng)機(jī)（流量0.8 m3/min，壓力1.5 MPa）和低壓風(fēng)機(jī)（流量20 m3/min，壓力0.7 MPa）各1臺(tái)。

表1 加壓過(guò)濾機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)及參數(shù)Tab.1 Main technical indexes and parameters of pressurized filter

將該加壓過(guò)濾機(jī)用于經(jīng)堿煮—一次固液分離—鎢渣成漿等工藝環(huán)節(jié)處理后的白鎢渣漿進(jìn)行固液分離，白鎢渣漿的物料特性為比重1.1～1.3 g/cm3、堿度pH10～12、濃度40%～50%。加壓過(guò)濾機(jī)投入使用后，對(duì)生產(chǎn)情況進(jìn)行了半年的跟蹤，實(shí)際使用效果如圖2所示。

圖2 2019年1～6月鎢渣含水率分析結(jié)果Fig.2 Analysis results of water content of tungsten slag

根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況統(tǒng)計(jì)，使用加壓過(guò)濾機(jī)得到的鎢渣含水率可以控制在20%以?xún)?nèi)，工況好的情況還可以達(dá)到10%以?xún)?nèi)，統(tǒng)計(jì)期間鎢渣含水率平均值為13.79%，雖然未達(dá)到表1中規(guī)定的產(chǎn)品水分12%以?xún)?nèi)，但與廂式壓濾機(jī)相比，脫水效果非常明顯。經(jīng)加壓過(guò)濾機(jī)脫水處理后，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)卸渣，同時(shí)由于鎢渣含水率很低，便于直接裝包，生產(chǎn)環(huán)境清潔。

表2為根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況在投入不同原料條件下，使用加壓過(guò)濾機(jī)與使用廂式壓濾機(jī)的運(yùn)行情況對(duì)比，從表中可以看出，當(dāng)投入原料為低度白鎢礦時(shí)，由于使用加壓過(guò)濾機(jī)可以大幅降低鎢渣含水率，顯著降低日產(chǎn)鎢渣重量（含水），可以大大節(jié)約鎢渣處置成本。以投資一臺(tái)PYNTK-15m2型號(hào)加壓過(guò)濾機(jī)及配套設(shè)施為例，一次性投資需約200萬(wàn)元，與使用普通廂式壓濾機(jī)相比，尤其是當(dāng)投入原料為低度白鎢礦時(shí)，使用加壓過(guò)濾機(jī)可節(jié)約成本7130元/天，投資回收期約280天（投資回收期=一次性投資額/日節(jié)約成本），因此，雖然選用加壓過(guò)濾機(jī)一次性投資較高，但投資回收期很短，較適合用于以低鎢原料為投入的冶煉工藝的鎢渣脫水過(guò)程。

表2 不同原料條件下加壓過(guò)濾機(jī)與廂式壓濾機(jī)的運(yùn)行參數(shù)及成本分析Tab.2 Operation parameters and cost analysis of pressure filter and wing filter under different raw material conditions

4 結(jié) 論

（1）在鎢冶煉行業(yè)引入加壓過(guò)濾機(jī)應(yīng)用于鎢渣脫水過(guò)程，通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐證明，加壓過(guò)濾機(jī)在鎢渣壓濾過(guò)程脫水效果明顯，為鎢冶煉行業(yè)固液分離過(guò)程提供設(shè)備選型參考。

（2）通過(guò)分析，雖然加壓過(guò)濾機(jī)的一次性投資成本較高，但投資回收期較短，尤其適用于以低鎢原料為投入的冶煉工藝的鎢渣脫水過(guò)程。

（3）與廂式壓濾機(jī)、帶式輥壓脫水機(jī)等常用壓濾設(shè)備相比，加壓過(guò)濾機(jī)可將鎢渣含水率控制在15%（平均值）以下，通過(guò)大幅降低鎢渣含水率，可顯著降低鎢渣重量（含水），從而可大大節(jié)約鎢渣處置成本。另外，加壓過(guò)濾機(jī)處理能力大，自動(dòng)化程度較高，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)作業(yè)，同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)卸渣和方便裝包，生產(chǎn)環(huán)境清潔。