錸金屬回收系統(tǒng)固液分離工藝設(shè)備的優(yōu)化改進(jìn)

徐元博，符新科，孫 瑋，陸 陽

（金堆城鉬業(yè)股份有限公司，陜西渭南714101）

在錸金屬回收系統(tǒng)中，粗高錸酸銨溶液含錸量高、雜質(zhì)多且粒度細(xì)，并且常溫下溶液一般處于過飽和狀態(tài)。粗高錸酸銨溶液過濾過程中溫度降低將會導(dǎo)致結(jié)晶體出現(xiàn)，不利于固液分離。經(jīng)了解，目前行業(yè)內(nèi)粗高錸酸銨主要過濾方式集中在傳統(tǒng)的死端過濾、濾餅過濾等方式，均不適用于粗高錸酸銨過飽和溶液的固液分離過濾[1-2]。部分企業(yè)在傳統(tǒng)過濾方式的基礎(chǔ)上提出改良方案，采用高溫負(fù)壓熱濾的方式，固液分離效率有所提高，但仍無法滿足粗高錸酸銨溶液的固液徹底分離[3]。金堆城鉬業(yè)股份有限公司（以下簡稱金鉬股份）針對粗高錸酸銨溶液的特點(diǎn)，開發(fā)了強(qiáng)制循環(huán)錯流過濾方式處理粗高錸酸銨溶液中的雜質(zhì)，并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

1 常規(guī)過濾方式優(yōu)缺點(diǎn)

1.1 濾布常壓過濾

濾布常壓過濾方式設(shè)備簡單、操作簡便，一般設(shè)置過濾槽，采用過濾精度為0.075～0.150 mm（100～200目）的濾布。濾布常壓過濾完全依靠靜置自流過濾，耗時長、過濾精度低，且溶液過濾過程中易結(jié)晶堵塞濾布，造成過濾困難，濾布頻繁清洗，錸金屬回收率降低。

1.2 濾袋負(fù)壓抽濾

濾袋負(fù)壓抽濾方式采用特制濾袋，過濾精度一般為 13～23 μm（600～1 000 目），設(shè)置負(fù)壓罐及抽濾槽，負(fù)壓抽濾一般能達(dá)到-70～-90 kPa。對高錸酸銨溶液溶解時加熱，過濾過程保持常溫，目前大多數(shù)企業(yè)高錸酸銨固液分離采用此方法。該方法存在缺點(diǎn)為：過濾精度不夠高，分離不夠徹底，過濾過程中易發(fā)生結(jié)晶堵塞，固體雜質(zhì)易在抽濾的過程中附著在濾袋上，降低了過濾效率。

1.3 機(jī)械板框壓濾

機(jī)械板框壓濾的方式采用小型板框壓濾機(jī)作為主要過濾設(shè)備，過濾過程保持常溫，優(yōu)點(diǎn)是壓榨壓力大，板框?yàn)V布選型精度接近13 μm（1 000目），過濾精度較高。缺點(diǎn)是過濾后液仍有雜質(zhì)透濾，過濾過程結(jié)晶易堵塞濾布；另外，由于一般粗高錸酸銨溶液固含量不高，濾餅不易形成，過濾效果不夠穩(wěn)定。

2 原有過濾工藝存在問題

金鉬股份鉬爐料產(chǎn)品部錸回收生產(chǎn)線冷凍結(jié)晶生產(chǎn)出粗高錸酸銨產(chǎn)品，其中固體雜質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在40%～50%，現(xiàn)場需對粗高錸酸銨進(jìn)行升溫溶解重過濾，以去除溶液中固體雜質(zhì)，過濾后對高濃清液低溫結(jié)晶，制得高錸酸銨成品。

金鉬股份原采用常規(guī)的濾袋負(fù)壓抽濾工藝，在原有工藝中，粗高錸酸銨80 ℃進(jìn)行重溶后，發(fā)現(xiàn)其中所含雜質(zhì)成分復(fù)雜，較難進(jìn)行除雜。除雜不徹底導(dǎo)致后續(xù)冷凍結(jié)晶溶液雜質(zhì)含量高，需要多次循環(huán)蒸發(fā)分離才能達(dá)到合格產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。濾袋負(fù)壓抽濾操作過程中溶液易降溫結(jié)晶堵塞濾布，且過濾精度受選材影響僅能達(dá)到13 μm（1 000目）。過濾后溶液雜質(zhì)含量較高，給后續(xù)提純造成較大負(fù)擔(dān)，并且造成錸金屬的不必要浪費(fèi)。

3 新型過濾工藝

經(jīng)對粗高錸酸銨物化性質(zhì)分析，結(jié)合現(xiàn)場工藝，金鉬股份開發(fā)一種新型過濾工藝，并提出過濾設(shè)備需滿足以下條件：①必須保證溶液升溫過濾，分離過程實(shí)現(xiàn)恒溫；②采用加壓過濾方式，且過濾膜不易堵塞；③過濾精度需比原有13 μm（1 000目）有提高。

金鉬股份開發(fā)的新型過濾工藝基于強(qiáng)制循環(huán)錯流過濾原理[4]，采用在高溫的前提條件下進(jìn)行壓力過濾，過濾精度可以由常規(guī)過濾的微米級上升為納米級。由于設(shè)置有循環(huán)壓力泵，過濾在壓力條件下進(jìn)行，過濾的效率得到進(jìn)一步提升。

3.1 新型過濾工藝流程

粗高錸酸銨溶液新型過濾工藝流程見圖1[5]。

圖1 粗高錸酸銨溶液新型過濾工藝流程

在原料罐內(nèi)進(jìn)行粗料溶解，開啟加熱裝置并觀測溫度計(jì)，待溫度達(dá)到85 ℃左右停止溶料。檢查后端膜閥門開啟狀態(tài)，依次打開進(jìn)液閥、回流閥及回流調(diào)節(jié)閥，確保溶液循環(huán)回路正常后開啟循環(huán)泵，物料經(jīng)過膜進(jìn)行循環(huán)過濾。同時開啟清液回流閥、手動回流閥，觀測有清液流入清液罐。清液排出采用手動閥門控制，濃液排出采用手動閥門控制。當(dāng)膜內(nèi)壓力超過0.6 MPa時，控制閥開啟百分比超過80%時，設(shè)備自動停機(jī)，操作人員開始對濃液殘?jiān)M(jìn)行清理，完成固液分離過濾。

系統(tǒng)運(yùn)行過程中，膜內(nèi)壓力、清液流量、溶液流速均與循環(huán)泵聯(lián)鎖，運(yùn)行參數(shù)超過合理范圍系統(tǒng)報(bào)警停機(jī)。

3.2 過濾設(shè)備改進(jìn)

經(jīng)過現(xiàn)場優(yōu)化，金鉬股份采用強(qiáng)制循環(huán)錯流過濾方式回收錸酸銨，對過濾設(shè)備優(yōu)化改進(jìn)主要有以下幾方面：

1）溶液過濾過程持續(xù)加熱，解決了溫度降低導(dǎo)致的結(jié)晶堵塞問題。

2）溶液采用錯流過濾的形式，采用獨(dú)特的壓力調(diào)節(jié)技術(shù)，保證膜系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運(yùn)行。

3）過濾膜芯選用耐高溫抗腐蝕的二氧化鈦為載體，設(shè)備材質(zhì)均選用不銹鋼316L，保證了膜系統(tǒng)長周期的可靠運(yùn)行[6]。

4）濾膜過濾精度最高可達(dá)到1 nm，濾膜可更換及拆卸清洗。

5）采用聯(lián)鎖自控系統(tǒng)，當(dāng)過濾罐液位過低、膜堵塞壓力過高、溶液溫度過低時系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警信號，聯(lián)鎖的循環(huán)泵將自動跳停。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

金鉬股份鉬爐料產(chǎn)品部首先在實(shí)驗(yàn)室摸索強(qiáng)制循環(huán)錯流過濾系統(tǒng)最優(yōu)工藝參數(shù)，先后對溶液加熱溫度、過濾流量與壓力、過濾精度等進(jìn)行對比試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1～3。

表1 溶液加熱溫度試驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表1可見：加熱溫度從70至85 ℃時，隨溫度升高結(jié)晶減少，過濾速率加快，從85 ℃升到90℃過濾后結(jié)晶高錸酸銨純度提升已經(jīng)不明顯，因此操作溫度優(yōu)選85 ℃。

由表2可見：過濾壓力在0.3 MPa，出液量達(dá)到3.7～4.5 m3/h，流速較為適中，因此過濾壓力優(yōu)選不低于 0.3 MPa。

表2 過濾流量與壓力試驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表3可見：用精度1 nm的過濾膜過濾后結(jié)晶高錸酸銨純度雖然最高，但過濾膜易堵塞、綜合效率低，因此過濾精度優(yōu)選10 nm[2]。

表3 高錸酸銨過濾精度試驗(yàn)數(shù)據(jù)

5 生產(chǎn)實(shí)踐

金鉬股份現(xiàn)場生產(chǎn)出的粗高錸酸銨產(chǎn)品，在100 L溶解桶用純水溶解后，保持85 ℃恒定，開啟循環(huán)泵，選用過濾精度10 nm過濾膜進(jìn)行過濾。溶液在循環(huán)泵強(qiáng)制循環(huán)及恒溫加熱下，過濾膜未發(fā)生堵塞現(xiàn)象，過濾后清液目視清澈，達(dá)到固液分離的效果。經(jīng)初步估算，過濾效率提高至原有過濾裝置的3～5倍，過濾后清液雜質(zhì)含量較以前明顯減少。一次冷凍結(jié)晶高錸酸銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到96.3%以上，較原有循環(huán)三次冷凍結(jié)晶高錸酸銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)95.6%以上效率和純度均有明顯提高。一次冷凍結(jié)晶率的提高也降低了多次重溶錸金屬的損失率，經(jīng)濟(jì)效益顯著。由于裝置自動化聯(lián)鎖的投用，降低了人工操作強(qiáng)度，同時提高了操作的安全性。

6 結(jié)語

金鉬股份在錸回收系統(tǒng)粗高錸酸銨除雜過濾中采用強(qiáng)制循環(huán)錯流過濾工藝，將過濾精度由原來的微米級提升到納米級，采取升溫錯流過濾方式既能消除結(jié)晶、提高過濾效率，又能實(shí)現(xiàn)過濾壓力可控、工藝聯(lián)鎖自動控制。