硅藻土物理提纯工艺及擦洗设备应用进展.pdf

2 0 1 7 年增刊有色金属 选矿部分 2 3 1 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 7 ．z 1 ．0 5 2 硅藻土物理提纯工艺及擦洗设备应用进展 孙小旭，何建成，周宏喜，袁树礼，姚建超 北矿机电科技有限责任公司，北京1 0 0 1 6 0 摘 要在介绍硅藻土理化性质和主要特征的基础上，着重分析了擦洗法、干法重力层析分离法、热浮选法、综合提纯法 等多种硅藻土物理提纯工艺，明确了擦洗对于硅藻土物理提纯的重要作用。在此基础上，介绍了G J M 双叶轮式搅拌磨机、棒 式搅拌磨机和多叶轮擦洗机作为擦洗设备在硅藻土物理提纯中的作用，并对其应用进展做了介绍。 关键字硅藻土；擦洗；叶轮式；棒式；搅拌磨机 中图分类号T D 4 5 ；T D 4 5 3 ．9 文献标志码A 文章编号1 6 7 1 - 9 4 9 2 2 0 1 7 S 0 - 0 2 3 1 - 0 4 A p p l i c a t i o nP r o g r e s so fS c r u b b i n gE q u i p m e n ta n dP h y s i c a lP u r i f i c a t i o nP r o c e s so fD i a t o m i t e S U NX i a o x u ，H EJ i a n c h e n g ，Z H O UH o n g x i ，Y U A NS h u l i ，Y A OJ i a n c h a o B G R I M MM a c h i n e r ya n dA u t o m a t i o nT e c h n o l o g yC o ．，L t d ．，B e i j i n g1 0 0 1 6 0 ，C h i n a A b s t r a c t O nt h eb a s i so fi n t r o d u c i n gp h y s i c o c h e m i c a lp r o p e r t i e sa n dm a i nc h a r a c t e r i s t i c so fd i a t o m i t e ， p h y s i c a lp u r i f i c a t i o np r o c e s si sa n a l y z e d e m p h a t i c a l l ys u c ha ss c r u b b i n g ，d r yg r a v i t yc h r o m a t o g r a p h ys e p a r a t i o n ， t h e r m a lf l o t a t i o n ，a n dc o m p r e h e n s i v ep u r i f i c a t i o na n dS Oo n ．T h e nt h ei m p o r t a n te f f e c t o fs c r u b b i n go nt h ep h y s i c a l p u r i f i c a t i o no fd i a t o m i t ei sc l a r i f i e d ．O nt h i sb a s i s ，t h ef u n c t i o no ft h es c r u b b i n ge q u i p m e n t sa r ei n t r o d u c e ds u c ha s G J Md o u b l ei m p e l l e r ss t i r r e dm i l l ，b a rs t i r r e dm i l la n dm u l t i i m p e l l e r ss c r u b b i n gm a c h i n e ．T h e nt h ea p p l i c a t i o n p r o g r e s so ft h e mi si n t r o d u c e d ． K e yw o r d s d i a t o m i t e ；s c r u b b i n g ；i m p e l l e r ；b a r ；s t i r r e dm i l l 1 概述 分以二氧化硅为主，此外，其化学成分组成中还含有 铁、铝、钙、镁、钾、钠等杂质成分，其主要的化学组成 硅藻土，是一种以硅藻壳体遗骸为主的沉积岩。见表1 [ 1 - 2 ] 。 经常与黏土矿物、石英等碎屑脉石共生。其化学成 表1 T a b l e1 硅藻土主要化学成分 M a i nc h e m i c a lc o m p o n e n to fd i a t o m i t e／％ 纯净硅藻土一般情况下呈白色，若含有杂质，其 颜色会比较深。硅藻土中的硅藻有许多不同形状， 如圆盘状、针状、筒状、羽状等。其土状光泽，轻质， 多孔，易碎，但其微粒莫氏硬度可达4 ．5 ～5 。硅藻土 的密度视杂质含量而变，一般纯净干燥的硅藻土的 堆密度0 ．4 ～0 ．5g ／c m 3 ，其孔隙率大，能吸附自身重 量1 ．5 4 ．0 倍的水。 根据矿石中硅藻、黏土、碎屑脉石的相对比例， 可将硅藻土分为硅藻黏土、黏土质硅藻土、含黏土 硅藻土、硅藻土等四种类型。在我国，前两种矿石为 优质矿石，分布有限，第一种和第二种矿石分布普 遍，多数矿床都以这两种矿石为主⋯。 2 典型物理提纯工艺 天然产出的硅藻土常夹杂、包裹着黏土矿物、石 英、长石以及有机质等脉石成分，宏观表现为孔隙率 小、表面酸性弱等缺陷，其吸附能力也无法达到理论 值。因此，选矿提纯是硅藻土深加工的第一步‘3 圳。 硅藻土提纯工艺主要分为物理提纯法和化学提 收稿日期2 0 1 7 - 0 7 - 1 4 作者简介孙小旭 1 9 8 9 ． ，男，河北易县人，工程师，主要从事粉磨设备的研究及推广。 万方数据 2 3 2 有色金属 选矿部分 2 0 1 7 年增刊 纯法两大类。化学提纯法主要包括酸浸、碱溶、煅烧 等方法，成本较高、对环境污染较为严重，故其主要 应用于高品位硅藻土的进一步提纯，而低品位硅藻 土的富集和提纯一般采用物理方法。 物理提纯方法是利用不同矿物的物理性质差 异，采用物理或物理与化学相结合的方法来实现矿 物的分离或提纯。物理提纯过程主要包括分散、除 杂两大过程。其中分散主要为摩擦洗矿，除杂主要 包括除砂、脱泥引。 2 ．1 擦洗法 擦洗法提纯硅藻土，需先将硅藻土用水浸泡数 小时，加入定量分散剂，通过调整水含量将矿浆浓度 控制在4 0 ％左右，然后利用相关设备将矿浆搅拌擦 洗，一般需要3 0m i n 以上的时间，通过擦洗可以使矿 物中的碎屑脉石、硅藻、黏土等物质互相分离，进而 使粗土、黏土、精选硅藻土逐个析出。利用这种方 式，可以使硅藻富集，二氧化硅含量提升，使碎屑脉 石和黏土析出并除去，使其品质得到大幅提升。通 过严格地控制擦洗时间和次数，可有效提升精矿 纯度。 擦洗法技术和工艺比较简单，基建及设备投资 相对较少，但是耗水、耗电，占用场地大，加工周期长 且产品烘干过程缓慢。 2 ．2 干法重力层析分离法 该方法综合了重选方法的优势，同样也利用了 脉石、黏土与硅藻之间的重力差异，但此方法并不是 利用重力差异进行沉淀析出，而是利用风力分级和 超声波振动的方式来实现矿物之间的分离，从而达 到硅藻、杂质之间的分离，进而达到提纯的目的。此 方法对硅藻原土的要求较高，一般需要达到含水量 小于5 ％，粒度小于1 8 0I x m 等要求，但利用该方法使 硅藻土中三氧化二铝和三氧化二铁的降低幅度可以 与某些化学方法相媲美。 2 ．3 热浮选法 根据硅藻在高温中活性较高，可快速与杂质分 离的原理而引申出了热浮选法。山东某选矿厂采用 热浮选法提纯硅藻土取得了很好的效果，该选厂利 用硅藻、黏土及有机质的不同结构，在大于6 5 。C 以上 的温度中，进行浮选，使有用物质与脉石物质快速分 离，分离后利用沉淀方法使其中的杂质彻底析出除 去，在压滤机脱水、干燥，便能得到二氧化硅含量较 高的精土。 2 ．4 综合提纯法 考虑到各种提纯方法的特点，加之对提纯目的 和经济因素的考虑，往往采用多种提纯方法相结合 的方式来实现硅藻土提纯，以便降低成本，取长补 短，实现较好的提纯。 上述几种方法，大体上概括了我国现行的硅藻 土选矿提纯方法，但不同选矿厂的矿物性质并不完 全相同，且对最终产品的要求也不尽相同，因而选矿 提纯方法也不能一概而论，需要针对特殊的性质和 用途有针对性的考虑。总之，要实现在满足要求的 前提下，以最少的投资获得最大的产出，从而谋求最 高的经济收益。6 j 。 3 典型擦洗设备 由硅藻土典型物理提纯工艺可知，中低品位硅 藻土的主要杂质为黏土，其中蒙脱石是最主要的，而 去除该类杂质以擦洗、酸浸等方法最为有效和快速。 因而，擦洗对于硅藻土物理提纯来说是十分重 要的工艺，利用擦洗可实现矿物单体分离；既可消除 矿物颗粒表面黏附物，又可防止不必要的粉碎或过 粉碎。特别的，对于圆盘状等特殊结构的硅藻土，为 保护其原始结构要尽量不采用磨矿工艺，故擦洗十 分重要。 硅藻土物理提纯选厂中，其擦洗工艺主要由再 磨或擦洗设备来承担，其主要包括搅拌磨机、擦洗机 等设备。 3 ．1 双叶轮式搅拌磨机 G J M 双叶轮式搅拌磨机最早应用于高岭土、石 墨、云母等非金属矿领域的细磨、擦洗作业流程中， 但研究表明其对硅藻土的擦洗也具有较为显著的 效果。 1 典型结构 G J M 双叶轮式搅拌磨机主要包括单槽型和双槽 型两种典型结构，如图l 所示。 G J M 双叶轮式搅拌磨机主要由电机、传动装置、 单／双槽体、双叶轮式搅拌器、排料装置、耐磨衬等组 成。除此之外，各种规格的磨机槽体底部均设有卸 料口。 2 工作原理 G J M 双叶轮式搅拌磨机具有单槽型和双槽型两 种结构对于单槽型，利用渣浆泵将矿浆从槽体底部 泵入磨机槽体内，在双叶轮式搅拌器的作用下，矿浆 和研磨介质在槽体内做高速紊流运动而进行磨矿， 细磨后的矿浆经排料装置排出磨机；对于双槽型，利 用渣浆泵或矿浆自流至槽体上部，其给料端槽体起 到预研磨作用，排料端槽体起到细磨作用，矿浆在预 万方数据 2 0 1 7 年增刊孙小旭等硅藻土物理提纯工艺及擦洗设备应用进展2 3 3 研磨、细磨槽中与研磨介质相互作用从而进行磨矿，细磨后的矿浆经排料装置排出磨机川。 a 单槽结构 b 双槽结构 图1G J M 双叶轮式搅拌磨机典型结构 F i g ．1T y p i c Ms t r u c t u r eo fG J Md o u b l ei m p e l l e rs t i r r e dm i l l 3 基本工艺流程 G J M 双叶轮式搅拌磨机在非金属矿行业的工艺 流程较为简单，一般每台单独为一磨矿单元，但某些 特殊的场合也会采用两台串联、三台串联或一台和 多台其它类型搅拌磨机串联的工艺流程，其两台双 槽型G J M 双叶轮式搅拌磨机串联的湿法磨矿工艺如 图2 所示。 2 图2 双槽搅拌磨机串联湿法磨矿工艺 F i g ．2 S e r i e sw e tg r i n d i n gp r o c e s so fd o u b l ec e H ss t i r r e dm i l l 1 一调浆槽；2 ，4 ，6 一泵；3 一中间桶；5 ，7 一双槽搅拌磨机；8 一贮将桶 3 ．2 棒式搅拌磨机 针对某些矿物领域，G J M 棒式搅拌磨机作用效 果十分显著。其为一种立式布置的搅拌磨机，通过 搅拌装置的旋转带动研磨介质和矿浆进行有效运 动，从而使介质与颗粒间、颗粒与颗粒间产生挤压、 摩擦作用，形成理想的擦洗环境。其在诸如石墨、钼 矿等矿物的再磨中应用较为广泛。根据其结构和工 作原理分析，其在硅藻土领域应该也具有一定的应 用前景‘8 1 。 G J M 棒式搅拌磨机由电动机、减速机、支架、筒 体、搅拌装置、控制系统等部分组成，基本结构如图3 所不。 G J M 型棒式搅拌磨机具有如下显著优势 1 立式布置，基建和平台简单，占地少，初次投 资小。 2 层级布置的棒式搅拌装置，可降低筒体内的 输入功率强度，强化层间作用效果，从机理上保护片 形的矿物结构。 3 节能高效，与常规筒式球磨机相比可节能 2 0 ％以上。 4 操作安全，易于实现优化控制。 3 ．3 多层叶轮式擦洗机 万方数据 有色金属 选矿部分 2 0 1 7 年增刊 多层叶轮式擦洗机的搅拌装置结构型式与双层 叶轮式相似，只是搅拌装置上有3 ～6 层叶轮；磨机 槽体为圆筒状、矩形或多边形等⋯。 啊 图3G J M 型棒式搅拌磨机结构简图 F i g ．3 S t r u c t u r ed i a g r a mo fG J Mb a rs t i r r e dm i l l 多叶轮式擦洗机在硅藻土擦洗中应用较为广 泛，主要应用设备为单槽4 层叶轮式擦洗机，用于擦 除附着在硅藻土表面的细泥、杂质等无用矿物，对于 某些类型的硅藻土效果较为显著，但是由于其内部 不添加研磨介质，紧靠矿物颗粒间的相互作用进行 擦洗，故对某些嵌布粒度较细、杂质与有用矿物结合 较为紧密的硅藻土其擦洗能力略显不足，此种情况 下，G J M 型双叶轮式或棒式搅拌磨机无疑是更具优 势的选择。 4结论 硅藻土物理选矿提纯工艺主要包括擦洗法、干 法重力层析分离法、热浮选法、综合提纯法等。在这 几种方法中，擦洗是绝大部分工艺中都会涉及到的 作业流程，且其效果优劣在物理提纯工艺中的作用 十分重要，同时有效地擦洗可以使硅藻土与黏土等 杂质充分解离，在后续流程中可以最大限度地降低 选矿难度，提升硅藻土含量。 同时，通过擦洗设备的分析可知，G J M 双叶轮式 搅拌磨机和多叶轮式擦洗机在硅藻土擦洗设备中占 有十分重要的地位，此外，随着硅藻土中杂质嵌布粒 度变细、杂质黏附力增加，G J M 型叶轮式或棒式搅拌 磨机的优势会越来越明显。 ；～。流通口L ⋯一嚣⋯JIL ～誊一⋯一流通口l～g 曾 ＼＼一／／ 曾 l 曾 ＼、／ 咭 图4多层叶轮式擦洗机原理示意 F i g ．4 S c h e m a t i cd i a g r a mo fm u l t i - i m p e l l e r ss c r u b b i n gm a c h i n e 参考文献 [ 1 ] 孔伟．硅藻土基调湿材料的制备与性能研究[ D ] ．北 京北京工业大学，2 0 1 1 ． [ 2 ] 艾显盛．低品位硅藻土提纯及应用研究[ D ] ．沈阳东北 大学，2 0 0 2 ． [ 3 ] 金洋，王春贺，黄帮蕊，等．硅藻土的特点及其应用进 展[ J ] ．硅酸盐通报，2 0 1 6 3 8 1 0 8 1 4 ． [ 4 ] 杜玉成，张红．某低品位硅藻土提纯及作为污水处理 剂的改性研究[ J ] ．非金属矿，2 0 0 1 1 4 4 4 5 ． [ 5 ] 于滟，于艾琳，焦维定，等．中国非金属矿一硅藻土提 纯研究[ J ] ．中国矿业，1 9 9 8 4 6 - 9 ． [ 6 ] 董保生．中品位硅藻土物理选矿新工艺探讨[ J ] ．矿产保 护与利用，1 9 9 5 3 2 5 2 6 ，5 5 ． [ 7 ] 孙小旭，卢世杰，杨俊平，等．G J M 型搅拌磨机在非金属 矿细磨中的应用[ J ] ．矿山机械，2 0 1 4 1 1 8 0 8 2 ． [ 8 ] 孙小旭，卢世杰，何建成，等．G J M 型棒式搅拌磨机的研 发与应用[ J ] ．中国矿业，2 0 1 6 7 1 3 0 1 3 3 ． [ 9 ] 刘之能．典型石墨再磨设备的应用进展[ J ] ．现代矿业， 2 0 1 5 6 1 7 3 1 7 5 ． 鹞㈡南滟 泳 一通l 毹 ● 粪。趋，志 万方数据