石英尾泥陶瓷过滤性能研究

李 佳，吴建新，李佩悦

（蚌埠玻璃工业设计研究院，蚌埠 233018）

石英尾泥是石英矿石在破碎、磨矿、选矿等过程中产生的细粒级固体废弃物，其D50一般在－20μm（600目）以下，在水中呈悬浮状态。若不及时处理，将严重恶化选矿环境，降低选矿效率，并随选矿废水外排后逐渐沉淀，淤积河道，造成严重的环境污染。因此，研究尾泥沉淀及固液分离技术对石英选矿工程水循环和尾泥综合利用具有重要的现实意义。

陶瓷过滤机作为新型过滤设备，将真空过滤原理与毛细作用完美结合，通过微孔陶瓷材料代替滤布作为过滤介质，过滤板透水不透气，使得过滤过程在较高的真空度下进行（最大可达0.098MPa）。滤饼水分低、滤液清澈透明，具有生产效率高、节能降耗、清洁环保等方面的特点，在尾矿过滤方面更具有其它以滤布为过滤介质的过滤机无法比拟的技术优势。

1 石英尾泥陶瓷过滤性能研究

试验前期选取四种不同选矿现场石英尾泥，编号分别为尾泥A、B、C、D，采用LS－POP（6）型激光粒度仪对石英尾泥进行粒度测试。将四种石英尾矿配成质量浓度为40%的矿浆，采用NDJ－8S旋转粘度计矿浆测试其粘度，石英尾泥的性质见表1。

表1 选矿现场石英尾泥性质

对4种矿浆进行陶瓷滤板过滤试验，滤饼水分及过滤效果见图1。

从过滤结果可以看出影响矿浆固液分离的主要因素包括固相性质及液相性质。矿浆粘度对固液分离影响尤为重要，矿浆粘度越高，滤饼比阻越大，过滤速度则越低；矿浆尾泥中固体颗粒粒度也是决定固液两相间相对运动速度的因素之一，沉降速度与颗粒粒度成正比，粒度越细，沉降速度越慢，固液分离越困难。

为进一步探索固液两相对石英尾泥陶瓷过滤的影响，提高石英尾泥陶瓷过滤产能，以尾泥C为例进行详细的因素对比试验。

1.1 矿浆浓度试验

对石英尾泥C采用不同矿浆浓度进行陶瓷过滤试验，试验结果见图2。

矿浆浓度的变化对陶瓷过滤处理能力和滤饼含水率有很大的影响。给料浓度提高，矿浆单位体积固体含量增多则过滤产能增大。当矿浆给料浓度达到50%时，石英尾泥过滤产能提高近一倍。生产中若继续提高给料矿浆浓度较为困难且成本太高。滤饼含水率随矿浆浓度的增大有一定程度的减小。

1.2 絮凝试验

生产过程中过滤前矿浆浓度通常较低，需经过浓缩预处理以提高固液分离效率降低成本。当悬浮液中的颗粒达到胶体级别时，胶体粒子在溶液中作布朗运动，普通的沉降效果不好，此时在矿浆中添加一定量的药剂，如絮凝剂或助滤剂，可增大矿浆沉降速度从而提高陶瓷过滤性能。因此，试验配制浓度为20%的矿浆并加入药剂一、二、三，探索絮凝浓缩过程对陶瓷过滤的影响，试验结果见表2。

表2 加药絮凝对比试验

固体表面的亲水性越好，越不利于固液分离，而加入适当的表面活性物质可改善颗粒的亲水性；同时絮凝作用可使微细粒颗粒聚合成大的凝聚体，以加速细粒沉降和过滤，提高澄清能力，从而达到固液分离的目的。因此，生产中加入一定量的絮凝剂或混凝剂后沉降时间明显加快，有利于浓缩时间的缩短，同时可减小浓缩面积。在尾泥C矿浆中同时加入药剂一、三絮凝后陶瓷过滤产能可达到193.9kg/（m2·h）。

1.3 pH试验

pH值影响颗粒的电势因而影响其流动性，根据物料性质调节尾泥C矿浆pH值后进行陶瓷过滤试验，试验结果见图3。

由于水溶液是一种极性介质，当固体物料在水中分散时，其表面与极性水分子相互作用，发生溶解、吸附、表面电离等现象，从而使颗粒表面荷电。荷电的颗粒表面对液相中的反号离子进行静电吸引，对同号离子进行静电排斥，即在固/液相界面两侧形成一种双电层结构，双电层斥力作用能为Zeta电位（ξ电位）。ξ电位是表征胶体分散系稳定性的重要指标，因此通过改变矿浆pH可降低ξ电位使得颗粒凝聚从而提高过滤性能。试验结果表明，改变石英尾泥矿浆pH值呈弱酸或弱碱后，过滤性能均有一定程度提高，但为避免滤液对环境造成二次污染需对调节后的矿浆进行中和处理后排放。

1.4 改变粒度组成试验

在矿浆中混入一定量的细砂，改变矿浆中颗粒粒度组成，探索其对陶瓷过滤性能的影响。细砂粒级分布见表3。

表3 细砂粒级分布

将混入细砂的尾泥制成浓度为40%的泥浆，测试不同泥砂配比制备矿浆的粘度及沉降速度，并进行陶瓷过滤试验，具体过滤试验结果见表4。

表4 改变粒度组成试验

试验结果表明，尾泥中混入少量的细砂可以降低泥浆的粘度，但细砂由于自重大，沉降速度较快，当细砂比例逐渐增大后，在陶瓷过滤过程中堆积在底部无法实现分离处理，矿浆单位体积固体含量逐渐减少，从而降低了陶瓷过滤性能。

2 结 论

a.石英尾泥矿浆粘度对陶瓷过滤影响尤为重要，矿浆粘度越大，滤饼比阻越大，过滤速度则越低。石英尾泥固体颗粒粒度也是影响陶瓷过滤的因素之一，固体颗粒越细，分离越难。

b.陶瓷过滤产能随给料浓度的提高而增大，且滤饼含水率随矿浆浓度的增大有一定程度的减小。当矿浆中加入一定量的絮凝剂或混凝剂后沉降速度明显加快，有利于降低浓缩设备成本。改变矿浆pH值呈弱酸或弱碱后，过滤性能均有一定程度提高，但过滤出的液体需进行中和处理后排放。尾泥中混入少量的细砂可以降低泥浆的粘度，但细砂含量过高泥质沉降速度过快反而降低陶瓷过滤性能。

［1］ 赵德平，贾 彪.陶瓷过滤机在选矿尾矿及其它工业废渣处理的应用［J］.现代矿业，2009，48（7）：23－26.

［2］ 杨守志，孙德堃，何方箴，等.固液分离［M］.北京：冶金工业出版社，2010.

［3］ 罗 茜.固液分离［M］.北京：冶金工业出版社，1997.

［4］ 夏 清，陈常贵.化工原理［M］.天津：天津大学出版社，2005.