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層流離心機分選提純硅藻土的試驗研究 |
來源:中國粉體技術網 更新時間:2013-09-03 20:50:09 瀏覽次數: |
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(中國礦業大學,北京/毛俊,鄭水林,胡志波,張殿潮)1、前言
隨著世界經濟的發展,助濾劑和填料行業對硅藻土的需求量不斷增加,而生產助濾劑和填料所需的原料是Ⅰ級硅藻土(SiO2≥85%,Al2O3≦5%,Fe2O3≦1.5%),我國硅藻土資源雖然豐富,但是大部分為中、低品位的黏土質和含黏土類雜質的硅藻土礦,可以不經提純直接加工成高檔產品的硅藻土資源只占15%左右。
如何將中、低品位的硅藻土提純到Ⅰ級土,變廢為寶,國內外進行了很多提純試驗研究。主要分為物理法和化學法,化學法主要以酸浸法為主,酸浸法產生的廢酸越來越難以滿足環境的要求,而半機械化的重力溝槽沉降法又存在占地面積大,生產效率低的不足;臥式沉降式離心機內產生的高度紊流影響了分選精度和回收率。因此迫切需要開發無污染、提純效率高的物理提純方法并應用于工業生產中。
由于硅藻殼的粒度一般小于50µm,黏土礦物顆粒小于2µm,因此利用重力沉降的方法,顆粒沉降速度差異不明顯,而且微細顆粒容易團聚,導致分離效果不明顯,而在離心力場中產生的較高的慣性力能夠增大硅藻和黏土的沉降速度差異,提高分選精度。從國內對離心重力分選技術的研究來看,離心分選機廣泛應用在微細金屬礦泥的分選之中并取得了較好的分選效果,然而該技術在硅藻土提純方面的研究非常少,本文旨在采用層流離心機對臨江中低品位硅藻土進行選礦物理提純試驗研究,以探尋硅藻土選礦提純的新方法。
2.原礦性質與選礦設備工藝
2.1原礦性質
試驗用硅藻土原礦取自臨江市六道溝硅藻土礦山廢棄的中低品位硅藻土礦。比表面積為20.74m2/g,SiO2含量為82.42%,屬于二級硅藻土,主要雜質為Al2O3和Fe2O3,含量分別為5.54%和2.23%,燒失量為7.20%,還含有CaO、MgO、K2O、Na2O等雜質。硅藻形貌主要以圓盤狀為主,硅藻直徑集中在20~30μm,原礦中主要粘土雜質礦物為白云母、角閃石,碎屑礦物為石英和長石。
2.2 選礦設備與工藝
實驗用分選設備選用臨江萬隆實業公司生產的YX Φ800×600型離心分選機,其結構示意圖如圖1所示。
圖1 層流離心分選機結構示意圖
1-給料管;2-進料機構;3-轉筒;4-底盤;5-進料管;6-給水電磁閥;7-沖洗管;8-軸承;9-主軸;10-支架;11-集液槽;12-電機;13-出料機構;14-電機皮帶輪;15-皮帶;16-主軸皮帶輪;17-軸承座;18-護罩;19-電磁鐵吸引裝置;20-進料管接頭;21-回流管;22-固定槽;23-擺動槽;24-精礦管;25-尾礦管
其工作原理是料漿通過進料機構進入轉股內,在離心力、斜面流膜層間斥力、軸向液流動力的共同作用下,粒度較大的硅藻土顆粒做螺旋式運動逐漸沉積在轉股內壁,高度分散的粘土顆粒則跟隨上層液流流出轉股,成為尾礦,沉積在轉股內壁上的硅藻精土在高壓水沖洗下脫離轉股內壁,成為精礦排出。
選礦工藝為將硅藻土原礦破碎到50mm以下,均勻給料至擦洗機,同時加入分散劑擦洗攪拌一定時間后進行篩分,去除粗砂以及碎屑物,根據離心機入料濃度的要求補充相應的水量,以溢流濃度和精礦品位為評價指標,分別研究入料濃度、離心轉速、給料量、給料時間等工藝條件對選礦效果的影響。
3.結果與討論
3.1入料濃度
固定離心轉速1000 r/min;給料速度12 L/min;給料時間為75s;改變離心入料的濃度,離心入料濃度對離心溢流濃度、精礦品位的影響見圖2。
圖2 濃度對溢流濃度、精礦品位的影響
從圖2可知,離心溢流的濃度隨著入料濃度的升高而逐漸升高,精礦品位先升高而后降低;在高入料濃度時,離心溢流濃度較高,說明離心精礦更多損失在溢流中,導致精礦產率低,這可能是由于礦漿濃度較高時,礦漿粘滯性增大,硅藻顆粒之間的碰撞與摩擦作用增強,礦粒沉降所受的阻力增大,導致沉降速度降低,精礦進入表流層而損失在溢流中;而在較低入料濃度時,精礦品位低、溢流濃度低,這可能是濃度較低時,單位面積所處理的干礦量降減小,顆粒之間相互作用減小,硅藻以及部分粘土受到離心力作用進入精礦,降低了精礦品位。因此選擇最佳入料濃度范圍為22~26%。
3.2離心轉速
固定離心入料濃度24%;給料速度12 L/min;給料時間為75s;改變離心轉速,離心轉速對離心溢流濃度、精礦品位的影響見圖3。
圖3 轉速對溢流濃度、精礦品位的影響
從圖3知,離心轉速對精礦品位和溢流濃度的影響比較明顯,隨著離心轉速增大,溢流濃度逐漸降低,而精礦品位逐漸升高。這是由于低轉速時,產生的離心力不足以將硅藻沉積到離心機壁上,使硅藻分散在流膜的上層隨著溢流而損失,從而增大了溢流濃度;而在較高濃度時,離心力較大,大部分硅藻以及少部分粘土會沉積在內壁成為精礦,從而提高了精礦品位,降低了溢流濃度。由于在較高轉速時需要消耗更大的能量,故不宜選擇高轉速,為了得到較高離心精礦品位,離心轉速合理的參數范圍為800~1000r/min。
3.3 給料速度
固定離心入料濃度24%;離心轉速1000r/min;給料時間為75s;改變給料速度,給料速度對離心溢流濃度、精礦品位的影響見圖4。
圖4 給料速度對溢流濃度、精礦品位的影響
從圖4可知,隨著給料速度的增大,精礦品位先增大后減小,溢流濃度一直增大。在較高給料速度下,對于相同的入料濃度,礦漿在離心機內的軸向速度增大,礦粒在轉股內的分選時間縮短,不能沉積成為精礦,所以精礦品位會降低。而在較低給料速度時,礦漿的軸向速度不大,位于流膜表層的粘土顆粒來不及排除溢流口就被沉積在轉股內成為精礦,從而降低精礦品位,同時使溢流濃度降低。故選擇合適的給料速度為12~14L/min。
3.4給料時間
固定離心入料濃度24%;離心轉速1000r/min;給料速度12 L/min;改變給料時間,給料時間對離心溢流濃度、精礦品位的影響見圖5。
圖5 給料時間對溢流濃度、精礦品位的影響
給料時間的長短會影響離心機的處理量,給料時間過短,則離心機的處理量小,給料時間過長,硅藻在離心機轉股壁上沉積過多時,離心機會由于轉動不平衡而產生震動。從圖5可知,給料時間在60~90s范圍時,精礦品位相差不大。
4.連續性試驗
連續重復性試驗是在條件試驗的基礎上,觀察層流離心機選礦的穩定性,試驗條件控制為:入料濃度在22%左右,離心轉速1000r/min,給料速度為12L/min,給料時間為75s,給料時間間隔6s,沖洗時間根據掛壁情況確定,其連續試驗結果見下表。
表1 重復性試驗結果
編 號 |
樣 品 |
化學成分(%) |
產率(%) |
SiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
1 |
離心入料 |
83.48 |
4.39 |
2.15 |
100.00 |
離心溢流 |
69.74 |
7.51 |
3.99 |
21.41 |
硅藻精土 |
86.56 |
3.58 |
1.64 |
78.61 |
2 |
離心入料 |
83.29 |
4.62 |
2.23 |
100.00 |
離心溢流 |
70.02 |
7.57 |
4.06 |
20.94 |
硅藻精土 |
86.64 |
3.91 |
1.66 |
79.06 |
3 |
離心入料 |
82.57 |
4.61 |
2.17 |
100.00 |
離心溢流 |
68.80 |
8.02 |
4.11 |
23.84 |
硅藻精土 |
86.56 |
3.88 |
1.74 |
76.16 |
平均 |
離心入料 |
83.11 |
4.54 |
2.18 |
100.00 |
離心溢流 |
69.52 |
7.70 |
4.05 |
22.06 |
硅藻精土 |
86.59 |
3.79 |
1.68 |
77.94 |
從表1可知,層流離心機分選硅藻土較為穩定,最終精礦SiO2含量平均為86.59%,Al2O3含量為3.79%,Fe2O3含量為1.68%,中低品位硅藻土礦的純度得到了顯著提高,品位從82.42%提高至86.59%,達到了Ⅰ級硅藻土的要求。
5.結論
(1)離心提純是一種硅藻土分選提純的新方法,能顯著提高中低品位硅藻土的純度,層流離心機是一種有效的硅藻土選礦設備。
(2)試驗結果表明,適宜的層流離心機選礦的較優試驗參數為:入料濃度為22~26%,離心轉速為800~1000r/min,給料速度為12~14L/min,給料時間為60~90s。
(3)重復試驗表明,層流離心機選礦指標穩定,重復性好,所得硅藻精礦的SiO2含量達到86%以上,Al2O3和Fe2O3含量分別降到4%和2%以下,達到了Ⅰ級硅藻土的要求。
(桂林非金屬礦加工與應用技術交流會,發表于中國粉體技術雜志) |
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