超細粒級錳礦浸出礦漿絮凝沉降試驗

1、doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2015.06.002超細粒級錳礦浸出礦漿絮凝沉降試驗錢璨1,2，但智鋼2，王輝鋒2，史菲菲2，張海燕2，段寧2（1.中國礦業(yè)大學 化學與環(huán)境工程學院，北京 100083；2.中國環(huán)境科學研究院 重金屬清潔生產(chǎn)工程技術(shù)中心，北京 100012）摘要：采用不同絮凝劑對電解錳錳礦浸出礦漿進行絮凝沉降試驗，考察了絮凝劑電性、離子度、分子量以及添加量對礦漿絮凝沉降效果的影響。結(jié)果表明，礦漿含固率為6%時，添加60 g/t分子量1 400萬1 700萬、離子度30%的陽離子絮凝劑，礦漿沉降速度由自然沉降時的0.04 m/h提高到0.69 m/h，

2、能夠滿足電解錳行業(yè)制液工序生產(chǎn)要求。關(guān)鍵詞：絮凝劑；錳礦；礦漿；沉降速度中圖分類號：TF803.2文獻標志碼：A文章編號：1007-7545（2015）06-0000-00Test of Flocculating Sedimentation for Ultrafine Manganese Ore Leached SlurryQIAN Can1,2, DAN Zhi-gang2, WANG Hui-feng2, SHI Fei-fei2, ZHANG Hai-yan2, DUAN Ning2(1. School of Chemistry and Environmental Technology,

3、 China University of Mining and Technology, Beijing 100083, China;2. Technology Center for Heavy Metal Cleaner Production Engineering, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China)Abstract: Sedimentation experiment for electrolytic manganese ore leached slurry was carrie

4、d out with different flocculants. The effects of electrical property, ion ratio, molecular weight, and dosage of flocculant on sedimentation were investigated. The results show that settling velocity of leached slurry with solid content of 6% drops from 0.04 m/h of free settling to 0.69 m/h under th

5、e optimum conditions including 60 g/t cationic flocculant with molecular weight of 14 million to 17 million, and ion ratio of 30%, meeting the standard of pulp production process in electrolytic manganese industry.Key words: flocculant; manganese ore; slurry; settling velocity我國電解錳生產(chǎn)采用錳礦加硫酸浸出的濕法工藝，其

6、制液工序的礦漿固液分離是生產(chǎn)工藝的重要過程1。目前，國內(nèi)電解錳制液過程中均采用壓濾機進行浸出礦漿的固液分離。由于浸出礦漿量大、礦漿顆粒粒度細，生產(chǎn)過程采用的壓濾機數(shù)量較多，導(dǎo)致設(shè)備投資和運行費用較高，工人勞動強度大，產(chǎn)生大量洗濾布廢水2-3。絮凝沉降在選煤和選礦等行業(yè)得到了廣泛成熟的應(yīng)用4-5，在與電解錳類似的濕法冶金過程如電解鋅和銅礦浸出也有應(yīng)用6-8。由于錳礦浸出礦漿的成分復(fù)雜、顆粒細，有硅膠和除鐵產(chǎn)物氫氧化鐵膠體等因素影響，錳礦浸出礦漿的絮凝沉降還未見報道。篩選出合適絮凝劑（PAM）和工藝參數(shù)，實現(xiàn)錳礦浸出礦漿的絮凝沉降對電解錳行業(yè)采用濃密機進行絮凝沉降有重要意義。本文在分析某電解錳廠浸

7、出礦漿基本性質(zhì)的基礎(chǔ)上，篩選并確定不同類型絮凝劑，研究絮凝劑電性、離子度、分子量對礦漿沉降性能的影響，分析了絮凝劑添加量的影響，以上清液濁度為指標，預(yù)期獲得用于錳礦浸出礦漿絮凝沉降的最佳工藝參數(shù)。1 試驗部分1.1 礦漿制備1.1.1 原料礦漿制備過程涉及的材料主要有：菱錳礦（主要組分MnCO3）、二氧化錳礦還原焙燒粉（主要組分MnO）、電解陽極液（pH 0.61）、質(zhì)量濃度98%的濃硫酸。礦粉和陽極液均取自某電解錳廠。收稿日期：2015-01-11基金項目：國家科技支撐計劃項目（2012BAF03B03）作者簡介：錢璨（1992-），男，安徽合肥人，碩士研究生；通信作者：但智鋼（1979-）

8、，男，江西九江人，副研究員.1.1.2 模擬礦漿的配制方法試驗采用5 L大燒杯模擬電解錳廠錳礦酸浸過程，獲得浸出礦漿。根據(jù)現(xiàn)場工藝條件，浸出過程的液固比為11.5、酸礦比0.756。首先將計量好的陽極液加入燒杯，再加入菱錳礦粉，然后加入98%濃硫酸進行充分反應(yīng)；恒溫浸出7 h后，測浸出液殘酸濃度，再加入適量焙燒粉進行收酸，恒溫反應(yīng)3 h獲得合格浸出礦漿。浸出礦漿含Mn2+ 3640 g/L，H2SO4 01 g/L時達到出液標準。浸出條件：水浴鍋恒溫65 、機械攪拌速度100 r/min。1.2 靜態(tài)沉降試驗1.2.1 絮凝劑選擇及配制已有報道鋅焙砂和氧化銅礦浸出采用絮凝劑進行沉降分離，不同廠

9、家和不同浸出液體系采用的適合絮凝劑類型有陰離子和陽離子，也有非離子。錳礦浸出液與這類浸出液性質(zhì)有相似之處，但采用何種類型絮凝劑能有效沉降浸出液，與浸出液的成分、pH及其他成分密切相關(guān)。本試驗先對陰離子、陽離子和非離子三種類型絮凝劑的沉降效果進行試驗，確定絮凝劑類型；再設(shè)計分子量、離子度和絮凝劑用量試驗，獲得絮凝劑最佳使用參數(shù)。設(shè)計的絮凝劑見表1。絮凝劑使用時，常溫用純水配制成質(zhì)量濃度為0.1%的溶液。表1 絮凝劑種類及性質(zhì)Table 1 Type and property of flocculants絮凝劑代號電荷性質(zhì)分子量/萬離子度/%PHP陰離子1 4001 70015NPAM非離子1 4

10、001 7000CPAM-1陽離子1 1001 30015CPAM-2陽離子1 4001 70015CPAM-3陽離子1 8002 00015CPAM-4陽離子1 4001 70030CPAM-5陽離子1 4001 700501.2.2 靜態(tài)沉降試驗方法固定試驗條件：礦漿質(zhì)量濃度6%、密度1.26 g/cm3、pH=2.16、初始絮凝劑用量每噸干礦30 g、室溫。絮凝性能表征：取500 mL礦漿加入500 mL量筒中，用封口膜緊密封住量筒，顛倒混合10次；取下封口膜，向量筒中加入設(shè)定量的絮凝劑，再封上封口膜，顛倒混合10次；接著將量筒放置在平臺上，靜置，秒表開始計時，觀察到上清液和絮團清晰的界

11、面，記錄界面通過量筒每50 mL刻度值的時間，并測量量筒50 mL刻度值間距為23 mm。通過沉降曲線自由沉降階段斜率計算沉降速度v。使用2100AN臺式濁度儀測量上清液濁度，以沉降速度和上清液濁度來表征絮凝沉降效果。2 試驗結(jié)果及分析2.1 礦漿基本性質(zhì)浸出渣的主要化學組成（以氧化物計，%）：MnO 30.057、SO3 27.314、SiO2 15.259、CaO 9.513、MgO 5.918、Fe2O3 4.544、Al2O3 3.099、P2O5 2.637。圖1是浸出渣烘干后的XRD譜，表明其主要成分為石英（SiO2）和石膏（CaSO42H2O），還有未反應(yīng)完全的碳酸錳（MnCO3

12、），主要為親水性礦物。圖1 浸出渣的XRD譜Fig.1 XRD spectrum of leached residue圖2為浸出礦漿的粒度分布圖，可以看出，顆粒主要分布于0.20.4 m及15 m，平均粒徑為1.502 m，說明礦漿的顆粒是微細級。圖 2浸出渣粒度分布圖Fig.2 Particle size distribution of leached residue2.2 絮凝劑性質(zhì)對礦漿沉降影響2.2.1 電性對沉降的影響圖3為不同電性絮凝劑作用下礦漿的沉降曲線。圖 3絮凝劑電性對絮凝沉降的影響Fig.3 Effect of electrical property of floccula

13、nt on sedimentation從圖3可知，自然沉降時，礦漿2 h只沉降了80 mm，沉降速度為0.04 m/h。錳礦漿的自然沉降緩慢，其原因是浸出礦漿顆粒細，且礦粒主要組分為石英等親水性礦物，表面易形成水化膜，當兩個礦?；ハ嗫拷鼤r，礦粒表面水化膜重疊產(chǎn)生水化作用力。這種強烈的排斥力能在很大程度上阻止顆粒間的相互接觸，使分散體系保持高度穩(wěn)定性9-10。陽離子、陰離子和非離子絮凝劑加入后，均不同程度加速了礦漿的沉降，其中陽離子沉降速度為0.14 m/h、非離子的為0.08 m/h、陰離子的為0.07 m/h。陽離子的絮凝沉降效果最好，其沉降速度是自然沉降的3.5倍。研究認為，pH對陰離子P

14、AM吸附性能有顯著影響，H+能使酰胺基質(zhì)子化，使聚合物的羧基離子的電斥力受到抑制，分子線團發(fā)生卷曲，降低吸附性能。而pH也會對礦物表面的電極電位造成影響，本礦漿的主要礦物顆粒石英的等電點為pH=2，試驗礦漿pH為2.16，使顆粒表面帶負電。在這種條件下，陽離子PAM不僅有對顆粒表面的架橋吸附作用，還有一定程度的電荷中和作用11-14，使得陽離子沉降效果更好。2.2.2 分子量對沉降的影響圖4為陽離子PAM分子量對礦漿沉降的影響。圖4 陽離子PAM分子量對絮凝沉降的影響Fig.4 Effect of molecular weight of CPAM on sedimentationPAM分子量對

15、礦漿沉降速度影響顯著，PAM分子量為1 100萬1 300萬時，礦漿沉降速度為0.08 m/h；PAM分子量增加到1 400萬1 700萬時，礦漿沉降速度進一步增大，達到0.14 m/h；但當其進一步增加時，礦漿沉降速度開始減小，為0.09 m/h。絮凝劑分子量越大，分子鏈越長，所帶電荷和活性吸附點位就越多，電荷中和及橋聯(lián)能力就越強，越易形成較大絮體。對特定礦漿，受礦漿顆粒和電性影響，存在一個較合適的分子量15-17。本試驗錳礦漿在PAM分子量為1 400萬1 700萬時絮凝沉降效果最好，分子量過大或過小，都不利于沉降。2.2.3 離子度對沉降的影響圖5為添加PAM分子量1 400萬1 700

16、萬，不同離子度（CPAM-2，CPAM-4，CPAM-5）條件下礦漿的沉降曲線。圖 5陽離子PAM離子度對絮凝沉降的影響Fig.5 Effect of ion degree of CPAM on sedimentation由圖5可知，離子度為15%、30%和50%時，礦漿的沉降速度分別為0.14 m/h，0.21 m/h，0.08 m/h。隨著離子度的增大，礦漿沉降速度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，離子度為30%時，沉降速度最快。隨著離子度的增大，陽離子PAM分子鏈之間靜電斥力增強，有利于架橋吸附，形成大尺寸絮團。但若分子鏈上陽離子基團過多，會造成絮凝劑分子在顆粒表面的吸附過多，使能夠橋連的結(jié)構(gòu)減少

17、，且顆粒表面會因絮凝劑分子的過度吸附而帶正電荷，顆粒間斥力增大，不利于形成絮團，從而降低沉降速度18-19。2.3 CPAM-4用量對沉降的影響圖6為添加不同用量CPAM-4時礦漿的沉降曲線。圖6 CPAM-4添加量對絮凝沉降的影響Fig.6 Effect of dosage of CPAM-4 on sedimentationCPAM-4投加量為分別30、60、90、120 g/t干礦時，礦漿沉降速度分別為0.22、0.69、0.71、0.72 m/h。加藥量從30 g/t增加到60 g/t時，沉降速度顯著增加，但藥量再增加時，沉降速度增加不明顯?？紤]到電解錳廠的經(jīng)濟效益，選擇相似沉降速度下

18、的最小加藥量，對該礦漿CPAM-4的最佳投藥量為60 g/t。濁度測試結(jié)果顯示，此時上清液濁度為10.85NTU，與電解錳廠壓濾機濾液4.05NTU的濁度相比，二者相差不大，達到電解錳制液工序出液要求。3 結(jié)論1）錳礦浸出礦漿pH為2.16，顆粒平均粒度僅為1.502 m，礦漿中親水性礦物石英和石膏含量高，屬于酸性超細粒級極難沉降礦漿，自然沉降速度僅為0.04 m/h。2）陽離子PAM對本礦漿有較好的絮凝沉降效果，優(yōu)于陰離子和非離子PAM。絮凝最佳工藝條件為：PAM分子量1 400萬1 700萬、離子度30%、用量60 g/t，此時礦漿的沉降速度提高到0.69 m/h，絮凝沉降的上清液濁度為1

19、0.85NTU，能夠滿足電解錳行業(yè)制液工序生產(chǎn)要求。參考文獻1 楊守志，孫徳堃，何方箴. 固液分離M. 2版. 北京：冶金工業(yè)出版社，2008：1-2.2 唐謨堂，曹劌. 濕法冶金設(shè)備M. 4版. 長沙：中南大學出版社，2011：129-1303 Bodu R，高立. 鈾礦石加工中的固液分離濃密與過濾孰好?J. 濕法冶金，1982，1(1)：43-48，74.4 張學英，常虎成. 絮凝沉降技術(shù)在鋁土礦選礦尾礦處理過程中的應(yīng)用J. 世界有色金屬，2004(5)：42-45.5 王雷，李宏亮，彭陳亮，等. 我國煤泥水沉降澄清處理技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢J. 選煤技術(shù)，2013，40(2)：82-86.6 蔣明華. 濕法煉鋅固液分離理論分析與應(yīng)用D. 昆明：昆明理工大學，2002.7 郭艷華，戴惠新，楊俊龍. 不同絮凝劑對高泥氧化銅浸出液沉降的影響J. 過程工程學報，2013，13(5)：812-816.8 肖超，吳海國，李婕. 細粒級氧化銅礦浸出礦漿絮凝沉降試驗J. 有色金屬(冶煉部分)，2013(4)：20-