堿性鈾礦漿助濾技術(shù)研究

李大炳，康紹輝，樊 興，宋 艷，李建華

(核工業(yè)北京化工冶金研究院，北京 101149)

堿法浸出鈾礦石時(shí)，為了達(dá)到較好的浸出效果，通常需要將礦石破磨成較細(xì)小的顆粒。這造成堿性浸出鈾礦漿的過濾速度較慢，需要的礦漿過濾設(shè)備龐大，投資及運(yùn)行成本均較高。

目前，礦冶系統(tǒng)為了提高過濾效率，一般采用添加助濾劑、使用高壓過濾設(shè)備、應(yīng)用離心力場等方法予以強(qiáng)化。相比而言，添加助濾劑具有簡單易行、投資小、效果好且不用大幅變動(dòng)現(xiàn)有設(shè)備和工藝等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛研究。如邵緒新等人研究了表面活性劑型和絮凝劑型助濾劑對精煤脫水助濾過程的作用機(jī)理，吳燕等人研究了表面活性劑類助濾劑對細(xì)粉煤脫水的影響[1-5]，饒鳳山等人研究了硅藻土等助濾劑對濾液濁度的影響[6-8]，但在堿性鈾礦漿過濾方面的研究還未見報(bào)道。另外，也有采用高分子絮凝劑提高過濾速度的研究[9]，但采用的絮凝劑多為人工合成的聚丙烯酰胺類有機(jī)高分子，其單體或聚合物具有“三致”效應(yīng)，許多國家已禁止或限量使用。

鑒于上述情況，本研究以典型的堿性鈾礦漿為對象，分別對介質(zhì)型助濾劑和天然化學(xué)型助濾劑進(jìn)行優(yōu)選，以期通過助濾劑改變過濾介質(zhì)和濾餅的孔隙結(jié)構(gòu)，從而降低過濾阻力、提高過濾效率，實(shí)現(xiàn)對堿性鈾礦漿的高效固液分離。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原料及試劑

試驗(yàn)用堿性浸出鈾礦漿制備條件：原礦100 g，粒度-100目；碳酸鈉質(zhì)量濃度30 g/L，碳酸氫鈉質(zhì)量濃度15 g/L；浸出溫度90 ℃，液固體積質(zhì)量比4∶1 mL/g，浸出時(shí)間24 h。

試驗(yàn)用試劑：硅藻土，白色固體粉末，工業(yè)品，100～200目；珍珠巖，白色固體粉末，工業(yè)品， 100～200目；粉煤灰，灰色，工業(yè)品，100～200目；殼聚糖，分析純，使用時(shí)配制成0.2%殼聚糖溶液；陽離子淀粉，工業(yè)品，使用時(shí)配制成2%陽離子淀粉溶液。

1.2 試驗(yàn)方法

采用真空抽濾方式進(jìn)行過濾試驗(yàn)，過濾真空度為80 kPa，漏斗內(nèi)徑為11.5 cm。洗液為1.0 g/L碳酸鈉和1.0 g/L碳酸氫鈉的混合溶液，洗滌液固體積質(zhì)量比0.5∶1 mL/g，共盤洗3次。

助濾劑主要分為兩大類，一類是介質(zhì)型助濾劑，如硅藻土、膨脹珍珠巖、纖維素、石棉等；另一類是化學(xué)型助濾劑，包括高分子絮凝劑型助濾劑和表面活性劑型助濾劑[10-13]。

介質(zhì)型助濾劑有2種使用方法：1)配成懸浮液，先在過濾介質(zhì)表面濾出一薄層由助濾劑構(gòu)成的涂層，然后再進(jìn)行料液過濾，以防止濾布孔道被料液中微細(xì)的顆粒堵塞，該法稱為預(yù)涂法；2)將助濾劑添加到料漿中，利用助濾劑的蓬松多孔特性，在濾餅中起到骨架支撐作用，增加濾餅孔隙率，該法稱為摻混法[14-15]。

對于絮凝劑型助濾劑的使用，主要是將其加入礦漿中使礦石顆粒凝聚成團(tuán)，然后過濾。絮凝劑型助濾劑主要依靠其高分子長鏈的吸附、橋聯(lián)作用使礦物顆粒絮凝成團(tuán)，防止微細(xì)顆粒堵塞過濾介質(zhì)和濾餅孔道，從而形成滲透性好、有利于快速脫水的濾餅[16-17]。絮凝后濾餅結(jié)構(gòu)的變化是絮凝劑影響過濾過程的主要原因。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 礦漿直接過濾試驗(yàn)

首先對礦漿進(jìn)行了直接過濾試驗(yàn)，測定礦漿過濾速度和濾餅洗滌速度，結(jié)果見表1。

表1 礦漿直接過濾試驗(yàn)結(jié)果

從表1可看出，礦漿過濾速度、洗滌速度均較低，且洗滌速度遠(yuǎn)低于過濾速度。洗滌過程中，速度逐漸下降，這是由于洗滌時(shí)濾餅逐漸壓縮，滲透性下降，其洗滌速度依次降低。

2.2 介質(zhì)型助濾劑助濾試驗(yàn)

以硅藻土、珍珠巖、粉煤灰3種介質(zhì)型助濾劑進(jìn)行研究，考察預(yù)涂法、摻混法及二者結(jié)合起來的助濾效果。

2.2.1硅藻土助濾試驗(yàn)

硅藻土化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，所含成分主要為非結(jié)晶質(zhì)的無定形SiO2。試驗(yàn)中采用的硅藻土粒度為-100目，分別進(jìn)行了預(yù)涂層法、摻混法及二者結(jié)合的助濾方式，試驗(yàn)條件及結(jié)果見表2?？梢钥闯觯煌鸀V方式下的硅藻土對堿性浸出礦漿均有顯著的助濾效果。通常情況下，礦漿在過濾時(shí)，會有一部分細(xì)顆粒礦石先附著在過濾介質(zhì)表面，堵塞過濾介質(zhì)孔隙，增加礦漿過濾阻力；硅藻土預(yù)涂層正是利用硅藻土的多孔特性，分散了這部分細(xì)粒級礦石，從而降低了礦漿過濾阻力，提高了礦漿過濾和洗滌速度。在預(yù)涂2.0%的硅藻土?xí)r，過濾速度最大，繼續(xù)增加硅藻土用量，過濾速度反而下降，這是由于硅藻土預(yù)涂層本身也產(chǎn)生過濾阻力，降低過濾速度，因此預(yù)涂用量不是越多越好，能阻擋礦漿中細(xì)顆粒進(jìn)入過濾介質(zhì)即可。摻混方式主要是借助硅藻土與礦漿混合，以形成相對疏松的濾餅降低過濾阻力，此種方式用量相對較大。硅藻土預(yù)涂層助濾和摻混助濾相結(jié)合的方式，既避免了細(xì)顆粒礦石堵塞過濾介質(zhì)，又可形成相對疏松的濾餅，過濾速度得到進(jìn)一步提高。

表2 硅藻土助濾試驗(yàn)結(jié)果

注：①用量為助濾劑質(zhì)量占原礦質(zhì)量的百分比；②提高率為助濾過濾速度相對于礦漿直接過濾速度提高的百分比。下表同。

2.2.2珍珠巖助濾試驗(yàn)

珍珠巖的化學(xué)成分主要是SiO2和Al2O3，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，只溶于熱的濃堿和氫氟酸。珍珠巖助濾試驗(yàn)條件及結(jié)果見表3。

表3 珍珠巖助濾試驗(yàn)結(jié)果

從表3可看出，珍珠巖對該堿性鈾礦漿的助濾作用和硅藻土基本相似，二者對礦漿過濾速度和洗滌速度的提高幅度相近。相比之下，珍珠巖比硅藻土價(jià)格更低，更具應(yīng)用優(yōu)勢。

2.2.3粉煤灰助濾試驗(yàn)

粉煤灰主要組成為二氧化硅、氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣等。粉煤灰顆粒呈多孔型蜂窩狀組織，比表面積較大，具有一定的助濾能力。粉煤灰助濾試驗(yàn)條件及結(jié)果見表4。

表4 粉煤灰助濾試驗(yàn)結(jié)果

從表4可看出：粉煤灰對礦漿具有一定的助濾作用，其助濾效果較珍珠巖和硅藻土差；摻混后礦漿的助濾效果不明顯；預(yù)涂和摻混相結(jié)合方式和預(yù)涂層方式的助濾效果基本相當(dāng)，提高幅度有限。粉煤灰助濾是通過粉煤灰預(yù)涂層分散過濾初期和過濾介質(zhì)接觸的細(xì)顆粒礦石，避免細(xì)顆粒礦石對過濾介質(zhì)的堵塞，從而起到提高礦漿過濾速度和洗滌速度的效果。

2.3 化學(xué)型助濾劑助濾試驗(yàn)

化學(xué)型助濾劑包括天然高分子和人工合成兩大類，由于人工合成的高分子絮凝劑難降解、毒性大、不利于環(huán)境保護(hù)，因此，研究中主要考察天然高分子絮凝劑的助濾效果。采用對堿性鈾礦漿絮凝效果較好的殼聚糖和陽離子淀粉2種天然高分子絮凝劑進(jìn)行助濾試驗(yàn)，試驗(yàn)條件及結(jié)果見表5。

表5 化學(xué)型助濾劑助濾試驗(yàn)結(jié)果

從表5可看出，礦漿加絮凝劑后，礦漿過濾及洗滌速度均得到提高，尤其洗水洗滌過程速度提高較明顯。陽離子淀粉絮凝劑和殼聚糖絮凝劑相比，殼聚糖效果明顯，加入0.02%殼聚糖即能顯著提高過濾速度，繼續(xù)增加用量對過濾速度影響不大。

2.4 介質(zhì)型助濾劑與化學(xué)型助濾劑聯(lián)合助濾試驗(yàn)

從2.2、2.3節(jié)研究結(jié)果看出，通過介質(zhì)型助濾劑預(yù)涂層法可提高礦漿的過濾及洗滌速度，采用化學(xué)型助濾劑將礦漿絮凝后再過濾也能明顯提高過濾及洗滌速度。為此將二者結(jié)合，開展了珍珠巖助濾劑及殼聚糖絮凝劑聯(lián)合助濾試驗(yàn)，試驗(yàn)條件及結(jié)果見表6。

表6 介質(zhì)型和化學(xué)型助濾劑聯(lián)合助濾試驗(yàn)結(jié)果

從表6可看出，堿性礦漿采用珍珠巖預(yù)涂過濾介質(zhì)—?dú)ぞ厶切跄筮^濾的聯(lián)合助濾方式，過濾及洗滌速度得到大幅度提高。預(yù)涂2.0%珍珠巖，加入0.02%殼聚糖絮凝，礦漿的過濾速度提高128.7%，濾餅的洗滌速度提高249.1%。

3 結(jié)論

1)珍珠巖預(yù)涂過濾介質(zhì)—?dú)ぞ厶切跄笤龠^濾的聯(lián)合助濾工藝效果顯著。當(dāng)珍珠巖用量為2.0%、殼聚糖用量為0.02%時(shí)，礦漿過濾速度提高128.7%，濾餅的洗滌速度提高249.1%。

2)硅藻土、珍珠巖及粉煤灰3種介質(zhì)型助濾劑均能提高礦漿的過濾及洗滌速度，其中硅藻土及珍珠巖效果較明顯；采用預(yù)涂法，僅需礦石質(zhì)量1.0%～2.0%的珍珠巖，即能將礦漿過濾速度提高50%以上。

3)殼聚糖、陽離子淀粉化學(xué)型助濾劑具有一定的助濾作用；殼聚糖助濾效果較好，加入0.02%殼聚糖將礦漿絮凝后過濾，能顯著提高礦漿的過濾及洗滌速度。