新型環(huán)保陶瓷過濾機清洗劑研發(fā)與應用

摘要：陶瓷過濾機是選礦廠脫水工藝常用的設(shè)備之一，為了防止孔板堵塞，通常使用硝酸對陶瓷板進行清洗。隨著安全環(huán)保要求的日益提升，開發(fā)危險性較低的新型清洗劑替代硝酸成為主流趨勢。目前沒有一種公認的能夠與硝酸清洗效果及適應性相當?shù)漠a(chǎn)品，新型清洗劑的研發(fā)還處于初級階段。針對內(nèi)蒙古自治區(qū)（簡稱內(nèi)蒙古）某銅礦選廠陶瓷過濾機孔板堵塞物樣品，利用掃描電鏡進行物相分析，深入研究濾板堵塞的原因。根據(jù)堵塞物的構(gòu)成和形態(tài)，結(jié)合當前清洗劑的主流研發(fā)思路，從基礎(chǔ)原料中篩選更為安全的組分，以一定的配比設(shè)計3種陶瓷過濾機清洗劑。經(jīng)實驗室溶浸試驗，作為一種新型陶瓷過濾機清洗劑，BK810性能最優(yōu)?，F(xiàn)場工業(yè)試驗表明，BK810能夠?qū)崿F(xiàn)和硝酸相當?shù)那逑葱Ч?/p>

關(guān)鍵詞：陶瓷過濾機；清洗劑；濾板堵塞；堵塞物

中圖分類號：TD462.2 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）09-00-11

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Research and Application of a New Environmentally Friendly Ceramic Filter Cleaning Agent

LI Chao1，2

（1. BGRIMM Technology Group， Beijing 100160， China;

2. BGRIMM Chemical Technology （Cangzhou） Co.， Ltd.， Cangzhou 061108， China）

Abstract： Ceramic filter is one of the commonly used equipment in the dewatering process of mineral processing plants， in order to prevent blockage of the orifice plate， nitric acid is usually used to clean the ceramic plate. With the increasing demand for safety and environmental protection， the development of new cleaning agents with lower risk to replace nitric acid has become the mainstream trend. At present， there is no recognized product that can match the cleaning effect and adaptability of nitric acid， and the development of new cleaning agents is still in its early stages. The scanning electron microscopy is used to conduct phase analysis on the clogging samples of ceramic filter plates in a copper ore beneficiation plant in Inner Mongolia Autonomous Region （referred to as Inner Mongolia）， the reasons for the clogging of the filter plates are thoroughly studied. Based on the composition and form of the blockage， combined with the current mainstream research and development ideas of cleaning agents， safer components are screened from basic raw materials， and three ceramic filter cleaning agents are designed with a certain ratio. According to the laboratory leaching test， BK810 has the best performance as a new type of ceramic filter cleaning agent. On site industrial tests have shown that BK810 can achieve cleaning effects comparable to nitric acid.

Keywords： ceramic filter machine; cleaning agent; filter plate blockage; blockage

陶瓷過濾機是礦山生產(chǎn)尤其是選礦廠生產(chǎn)過程中常用的過濾設(shè)備，具有節(jié)能環(huán)保、操作簡便、過濾效率高等優(yōu)點[1]。1995年，廣東省仁化縣凡口鉛鋅礦第一次應用進口陶瓷過濾機替代傳統(tǒng)的圓盤式真空過濾機，取得良好的應用效果，這種設(shè)備至今已在國內(nèi)廣泛應用近30年。陶瓷過濾機的基本工作原理是陶瓷板在主驅(qū)動機構(gòu)的帶動下轉(zhuǎn)動，然后浸入礦漿，表面堆積固體濾餅，陶瓷板內(nèi)部形成真空，通過濾板毛細作用將濾餅水分不斷抽離，逐步形成干燥的濾餅，陶瓷板不斷旋轉(zhuǎn)，觸碰刮刀后將濾餅卸下，完成過濾。之后，使用濾液對陶瓷板進行反向沖洗，使過濾效率最大化，并定期通過化學藥劑結(jié)合超聲波清洗的方式清洗陶瓷板，以保障陶瓷板的通過率[2]。

陶瓷過濾機孔板堵塞是制約設(shè)備效率的主要因素，定期清洗陶瓷板至關(guān)重要。除使用超聲波清洗方式之外，還必須結(jié)合化學藥劑清洗。最常見的化學清洗劑為硝酸，其既有氧化作用，又有酸洗作用，清洗效果好，價格低廉，因而長期作為陶瓷過濾機主要的清洗劑。但是，硝酸屬于危險化學品，運輸、使用和存儲都面臨較大的安全風險，企業(yè)泄漏、燒傷等事故頻發(fā)。同時，一些使用場景存在濾餅水分高、過濾困難等問題難以解決。因此，研發(fā)更加安全環(huán)保、高效的新型清洗劑，有較大的市場需求。近年來，許多科研人員投身于研發(fā)新型陶瓷過濾機清洗劑，已經(jīng)有部分產(chǎn)品上市并進行替代硝酸應用。張霆等[3]使用新型清洗劑KY-320T替代硝酸，將其應用于選礦廠，濾餅水分含量由12%降至8%左右，取得良好的效果。倪瀟[4]將新型清洗劑TA20應用于選礦廠陶瓷過濾機清洗并進行對比試驗，其清洗效果能夠與硝酸持平，藥劑pH只有6左右，在保證清洗效果的同時，大大提高藥劑的安全性。王子濤等[5]將新型清洗劑應用在銅礦選礦廠，過濾機濾餅厚度增加17%～20%，處理能力提高20%～22%，它能夠替代硝酸。黃雯等[6]使用新型清洗劑YHGR859替代硝酸，濾餅水分含量由8.8%降低至8.2%，每年節(jié)約成本295.88萬元。鄭銀珠等[7]采用新型清洗劑FD-602在湖北省大冶市銅綠山選礦廠開展替代硝酸的試驗，取得理想的清洗效果，而且對選礦回水影響不大。

目前，部分新型清洗劑工業(yè)試驗取得較好的效果，但市面上還沒有一種公認的能夠和硝酸效果和適應性相當?shù)漠a(chǎn)品。新型清洗劑的研發(fā)還處在較為初級的階段，清洗機理研究尚不多見。根據(jù)新的清洗劑研發(fā)思路，對內(nèi)蒙古自治區(qū)（簡稱內(nèi)蒙古）某銅礦選廠陶瓷過濾機孔板堵塞物進行物相分析，深入研究濾板堵塞的原因，嘗試研發(fā)一種新型陶瓷過濾機清洗劑，并進行實驗室溶浸試驗和工業(yè)試驗驗證。

1 陶瓷過濾機孔板堵塞物分析

1.1 未堵塞陶瓷過濾板形貌及成分

在該銅礦選廠取得生產(chǎn)使用過的陶瓷板進行研究，選取過濾板中白色區(qū)域（近似于未堵塞陶瓷過濾板）做掃描電鏡形貌分析。分析結(jié)果顯示，用于過濾的陶瓷板孔徑主要集中在20～100 μm，孔徑大小不規(guī)則，其成分絕大部分為氧化鋁，微量成分為鋁硅酸鹽，如圖1（a）所示。作為未堵塞陶瓷過濾板的基本成分，氧化鋁和鋁硅酸鹽的能譜如圖1（b）、圖1（c）所示。此外，對未堵塞陶瓷過濾板進行微區(qū)分析。其中，掃描電鏡形貌分析結(jié)果如圖2（a）所示，能譜半定量分析結(jié)果如圖2（b）所示。Al含量為65.67%，Si含量為1.36%，O含量為32.97%。

1.2 堵塞陶瓷過濾板形貌及成分

1.2.1 堵塞陶瓷過濾板形貌

對堵塞陶瓷過濾板內(nèi)部進行掃描電鏡形貌分析和能譜半定量分析，結(jié)果如圖3、圖4和圖5所示。分析結(jié)果顯示，過濾板孔洞中充填大量的堵塞物，這些堵塞物大多呈條帶狀交叉組合，形成復雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，充填在過濾板孔洞中。同時，部分堵塞物呈團簇狀充填在孔洞中。

1.2.2 堵塞陶瓷過濾板成分

利用X射線衍射儀，分析堵塞陶瓷過濾板粉末樣品。分析結(jié)果顯示，堵塞陶瓷過濾板的組分主要為氧化鋁，少量為單質(zhì)硫。對堵塞陶瓷過濾板表面微區(qū)成分進行能譜半定量分析，結(jié)果如圖6所示。堵塞陶瓷過濾板表面的Al含量為55.45%，Si含量為1.82%，S含量為5.78%，K含量為0.78%，Na含量為1.04%，Mg含量為1.16%，F(xiàn)e含量為0.94%，Sb含量為2.36%，O含量為30.67%。與未堵塞陶瓷過濾板相比，堵塞陶瓷過濾板有明顯的硫富集現(xiàn)象。其中，Al、Si為陶瓷過濾板固有成分；Sb為過濾物料的成分，其粒徑極?。ㄐ∮? μm），易鉆入陶瓷過濾板孔道內(nèi)而將孔堵塞；含量高的硫為堵塞物的主要成分。此外，不同元素譜線下，對堵塞陶瓷過濾板進行元素面分布研究，如圖7所示。結(jié)果顯示，堵塞物（圖中黑色區(qū)域）絕大部分為單質(zhì)硫。

造成陶瓷過濾板堵塞的物質(zhì)絕大部分為單質(zhì)硫，微量為硫酸鈣。為了確定這兩部分的相對含量，處理并分析堵塞陶瓷過濾板，獲得硫品位為3.77%的粉末狀樣品。將此樣品進行硫的化學物相分析，結(jié)果如表1

所示。其中，單質(zhì)硫相和硫酸鹽相為堵塞物的相別，而硫化物相為附著在過濾板表面的金屬硫化物，因此計算時將這部分硫剔除。通過計算可知，堵塞物中硫絕大部分賦存在單質(zhì)硫中，其占有率為97.49%；微量賦存在硫酸鹽中，其占有率為2.51%。

研究結(jié)果表明，造成該陶瓷過濾板堵塞的物質(zhì)絕大部分為單質(zhì)硫，其占有率為97.49%；少量為硫酸鈣，僅占2.51%。堵塞物大部分呈條帶狀和網(wǎng)狀，錯綜交織，充填在孔洞中，造成過濾板孔道堵塞，少量呈團絮狀富集在孔道中，導致堵孔。

2 新型陶瓷過濾機清洗劑試驗

2.1 新型陶瓷過濾機清洗劑的實驗室溶浸試驗

根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，性能優(yōu)良的陶瓷過濾機清洗劑需要具備良好的滲透作用、氧化作用和溶解作用。通常，其需要含有滲透劑、有機溶劑、有機鹽類（或無機鹽類）及其他表面活性劑等組分。結(jié)合陶瓷過濾板堵塞物成分及形態(tài)的分析結(jié)果，選取氨基磺酸、氟化氫銨、十二烷基酚聚氧乙烯醚等作為清洗劑研發(fā)的主體原料，根據(jù)不同成分在清洗劑中所起的作用，進行不同組分的組合篩選，尋找適合陶瓷過濾板的高效清洗劑。

針對硫精礦過濾板堵塞物以硫單質(zhì)為主的特點，從篩選的基礎(chǔ)原料中選取合適的組分，以適當?shù)呐浔仍O(shè)計出3種陶瓷過濾機清洗劑，編號依次為1#、2#、3#，將上述清洗劑配制成濃度為10%的溶液。在實驗室開展溶浸試驗。采用廢棄陶瓷過濾板對3種新型清洗劑反應速率進行試驗研究。3種清洗劑用量均為0.160 kg/（m2·h），每隔10 min稱量1次陶瓷板質(zhì)量，計算化學結(jié)垢物溶解率，試驗結(jié)果如圖8所示。

通過試驗可知，1#清洗劑溶解反應速率更快，40 min左右即可達到溶解終點，溶解率能達到8.7%。顯然，2#清洗劑和3#清洗劑無論在溶解率還是在清洗速率方面均與1#清洗劑有明顯差距。因此，1#清洗劑效果更佳。將該藥劑編號為BK810，投入工業(yè)試驗。

2.2 新型陶瓷過濾機清洗劑BK810工業(yè)試驗

使用BK810在取得試驗用陶瓷板的選礦廠開展新型陶瓷過濾機清洗劑現(xiàn)場工業(yè)試驗。試驗地點為該選廠精尾工段，試驗設(shè)備為編號1#和2#的2臺硫精礦陶瓷過濾機（同一規(guī)格型號）。為了對比硝酸和BK810的清洗效果，1#過濾機使用硝酸清洗，2#過濾機使用BK810清洗，其他工礦條件保持一致。試驗周期為7 d，按照實際生產(chǎn)經(jīng)驗，以開機0.5 h后的濾餅平均厚度以及當天過濾后的精礦水分統(tǒng)計數(shù)據(jù)為參數(shù)，考察工業(yè)試驗期間BK810和硝酸清洗陶瓷板的效果。

工業(yè)試驗期間，2臺陶瓷過濾機分別使用BK810和硝酸作為清洗劑，其濾餅平均厚度和硫精礦水分數(shù)據(jù)如圖9和圖10所示。數(shù)據(jù)顯示，使用BK810清洗的2#過濾機與使用硝酸清洗的1#過濾機濾餅平均厚度和硫精礦水分基本持平，可以說BK810清洗效果已經(jīng)與硝酸相當。

3 結(jié)論

選取該銅礦選礦廠使用過的陶瓷過濾機，針對陶瓷過濾板開展掃描電鏡形貌分析和能譜半定量分析。結(jié)果表明，未堵塞陶瓷過濾板成分絕大部分為氧化鋁，Al含量為65.67%，Si含量為1.36%，O含量為32.97%。堵塞陶瓷過濾板Al含量為55.45%，Si含量為1.82%，S含量為5.78%，K含量為0.78%，Na含量為1.04%，Mg含量為1.16%，F(xiàn)e含量為0.94%，Sb含量為2.36%，O含量為30.67%，有明顯的硫富集現(xiàn)象，主要組分為單質(zhì)硫，堵塞物呈條帶狀交叉組合，形成復雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，充填在過濾板孔洞中，部分堵塞物呈團簇狀充填在孔洞中。針對陶瓷過濾板堵塞物的成分及形態(tài)，以氨基磺酸、氟化氫銨和十二烷基酚聚氧乙烯醚等為清洗劑主體原料，根據(jù)各組分的滲透作用、氧化作用和溶解作用，配制3種試驗用新型清洗劑。實驗室溶浸試驗表明，1#清洗劑在溶解率和溶解速率方面性能更優(yōu)，按照此配方形成BK810產(chǎn)品投入工業(yè)試驗。使用BK810作為陶瓷過濾機清洗劑，與硝酸對比，進行現(xiàn)場工業(yè)試驗。試驗結(jié)果表明，使用BK810清洗的陶瓷過濾機與使用硝酸清洗的陶瓷過濾機濾餅平均厚度和硫精礦水分含量基本持平，BK810清洗效果與硝酸相當，可以在生產(chǎn)實踐中替代硝酸。

市場對可替代硝酸的陶瓷過濾機清洗劑需求較為旺盛，越來越多的科研人員和機構(gòu)開始開展新型綠色清洗劑的研發(fā)，當前，新型清洗劑在工況適應性方面相比硝酸還有差距。根據(jù)新的研發(fā)思路，可針對不同礦種和特定工況條件來開展清洗劑的研發(fā)。研究成果只涉及單一工況條件，后續(xù)還需要針對更多不同的礦種和堵塞物形態(tài)展開研究，更深入地了解多種條件下清洗劑工作機理。此外，要尋找更多安全環(huán)保的化學品作為清洗劑研發(fā)的基礎(chǔ)原料，給清洗劑的研發(fā)提供更多的選擇。在達到硝酸清洗效果的前提下，進行更多的降低產(chǎn)品成本的研究，加速新型清洗劑在市場的推廣應用。

參考文獻

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7 鄭銀珠，楊哲輝，崔 瑞.FD-602清洗劑清洗陶瓷過濾機生產(chǎn)試驗及清洗水回用浮選試驗[J].礦業(yè)工程，2023（5）：85-88.