電解金屬錳渣濾餅循環(huán)逆流洗滌試驗(yàn)研究

劉閨華,潘涔軒,朱克松,汝振廣,魏 健

(1. 中國礦業(yè)大學(xué)(北京)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,北京 100083;2. 中國環(huán)境科學(xué)研究院清潔生產(chǎn)中心,北京 100012;3. 北京中水長固液分離技術(shù)有限公司,北京 100083)

電解金屬錳渣濾餅循環(huán)逆流洗滌試驗(yàn)研究

劉閨華1,2,潘涔軒2,朱克松3,汝振廣1,2,魏 健1,2

(1. 中國礦業(yè)大學(xué)(北京)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,北京 100083;2. 中國環(huán)境科學(xué)研究院清潔生產(chǎn)中心,北京 100012;3. 北京中水長固液分離技術(shù)有限公司,北京 100083)

在隔膜壓濾機(jī)中對(duì)電解金屬錳渣濾餅利用循環(huán)逆流洗滌技術(shù)進(jìn)行了生產(chǎn)規(guī)模的試驗(yàn)研究。利用11～14g/L低濃度含錳溶液對(duì)濾餅進(jìn)行循環(huán)洗滌,并配合40L清水一次性洗滌,可將錳渣中硫酸錳殘留由原工藝的1.85%降低至0.8%,下降1.05個(gè)百分點(diǎn),回收率超過56%;統(tǒng)計(jì)分析顯示洗滌均勻,不存在穿濾等現(xiàn)象。

隔膜壓濾機(jī);錳渣;水洗;硫酸錳

我國電解金屬錳(以下簡稱為:電解錳)行業(yè)錳礦石品位較低,大部分礦石只有14%～16%,甚至有的僅10%左右[1]。由于壓榨過程錳渣中殘留了約30%的浸出液,其含錳量32～36g/L,導(dǎo)致錳渣中硫酸錳殘留占錳渣干重的1.5%～2.0%(以Mn計(jì)),錳損失達(dá)9%～13%。

為降低錳渣中硫酸錳殘留,許多企業(yè)及研究單位對(duì)錳渣中回收錳進(jìn)行了大量的研究:Das等[2]對(duì)錳渣回收錳的方法進(jìn)行了研究;歐陽玉祝等[3]利用超聲波輔助浸取手段提取錳渣中的錳的方法進(jìn)行了研究。許多電解錳企業(yè)嘗試過對(duì)錳渣進(jìn)行清水洗滌,由于受電解錳生產(chǎn)工藝水平衡的影響,也一直未見生產(chǎn)規(guī)模洗滌技術(shù)的應(yīng)用和報(bào)道。因此,如何在現(xiàn)有工藝的基礎(chǔ)上,研究能有效減少錳渣中硫酸錳殘留的洗滌技術(shù),是提高電解錳行業(yè)資源利用,減少錳渣產(chǎn)生和排放、降低錳渣對(duì)環(huán)境污染的關(guān)鍵問題。

隔膜壓濾機(jī)是板框壓濾技術(shù)一次質(zhì)的飛躍,其有效利用隔膜靈活的壓濾功能,并配合洗滌設(shè)計(jì),可在隔膜壓濾機(jī)上實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的有效洗滌。該技術(shù)在制糖[4]、染料[5]、顏料[6]生產(chǎn)等領(lǐng)域得到了較為廣泛的應(yīng)用。

本實(shí)驗(yàn)擬利用帶清洗功能的隔膜壓濾機(jī),通過對(duì)洗滌用水的組合,采用循環(huán)逆流洗滌工藝,在控制用水量的前提下,研究清水對(duì)錳渣中硫酸錳的洗滌效果。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 設(shè)備與材料

1) 隔膜壓濾機(jī):北京中水長固液分離技術(shù)有限公司,KM9/1000型快速;

2) 隔膜濾板:德國Lenser,規(guī)格1000mm× 1000mm,6塊;

3) 電導(dǎo)儀:美國熱電奧立龍,320-c系列;

4) 電磁流量計(jì):北京流量計(jì)廠,3個(gè);

5) 空氣壓縮機(jī):北京復(fù)盛機(jī)械有限公司, VA-65;

6) 鐵制水箱:自制,4個(gè);

7) 新鮮硫化液:重慶武陵電解錳廠。

1.2 成分分析方法

1) 硫酸錳的測(cè)定

稱取3.0000g錳渣烘干樣品,在1000mL蒸餾水中攪拌,使硫酸錳充分溶解,然后用濾紙過濾,取25mL濾液采用硝酸銨氧化容量法測(cè)定(GB 223.4-1988)。

2) 含水率測(cè)定

取樣,碾碎,分別稱取100.0000g樣品,放于濾紙上并標(biāo)記,放入110℃烘箱,烘烤至衡重,稱量測(cè)定。

1.3 洗滌工藝流程

本工藝在不影響工藝水平衡,控制清水用量(約錳渣重量的30%)的前提下,利用含錳濃度不超過15g/L的循環(huán)水進(jìn)行洗滌,在保持工藝水平衡的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)最有效的洗滌。

圖1 錳渣循環(huán)清洗工藝流程

1.4 實(shí)驗(yàn)步驟

1) 開機(jī)準(zhǔn)備

將濾布對(duì)齊、整理、壓緊。

2) 進(jìn)料

打開進(jìn)料管路閥門,打開進(jìn)料泵,開始進(jìn)料,調(diào)節(jié)流量計(jì)和壓力表之間的球閥使進(jìn)料壓力達(dá)到設(shè)定的范圍。根據(jù)壓濾機(jī)的容積決定進(jìn)料時(shí)間,完畢后關(guān)閉進(jìn)料泵及進(jìn)料管路閥門。

3) 預(yù)壓榨

關(guān)閉排空管,打開進(jìn)氣閥和空壓機(jī)上的閥門,保持預(yù)壓榨壓力2kg(及時(shí)補(bǔ)壓),保持此壓力10min。

4) 循環(huán)洗滌

打開循環(huán)水池閥門,同時(shí)打開進(jìn)水閥門,啟動(dòng)水泵,調(diào)節(jié)旁路球閥使水壓保持在所需的壓力范圍0.25～0.35kg之內(nèi),直到洗出水和循環(huán)水電導(dǎo)率一致。

5) 清水洗滌

打開清水水池閥門,進(jìn)行清水洗滌,觀察流量計(jì)的流量,達(dá)到清水用量時(shí),關(guān)閉水泵。

6) 壓榨

打開空壓機(jī)閥門調(diào)節(jié)壓榨壓力至0.8MPa,保持15min,關(guān)閉空壓機(jī)閥門,打開排空閥,3min后準(zhǔn)備卸餅。

7) 卸渣

松開濾板,卸渣。取樣測(cè)試。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 循環(huán)逆流洗滌的效果

為比較錳渣的洗滌效果,對(duì)重慶武陵錳業(yè)有限公司的錳渣進(jìn)行了隨機(jī)取樣檢測(cè),結(jié)果見表1,可見企業(yè)錳渣中硫酸錳殘留基本在1.5%～2.1%范圍之內(nèi),平均值為1.85%。

表1 企業(yè)錳渣中硫酸錳含量

采用含錳濃度11～14g/L的洗滌水,對(duì)錳渣進(jìn)行循環(huán)洗滌,再用40L的清水對(duì)錳渣進(jìn)行一次性洗滌,洗滌效果如表2。

表2 循環(huán)水含錳濃度對(duì)錳渣中硫酸錳洗滌效果的影響

結(jié)果表明:當(dāng)循環(huán)水采用含錳濃度11～14g/L的洗滌水時(shí),錳渣中硫酸錳的殘留從工程平均值1.85%降低至0.8%,即下降了1.05個(gè)百分點(diǎn),錳渣中硫酸錳的回收率超過56%,洗滌效果明顯。

2.2 循環(huán)水含錳濃度對(duì)循環(huán)洗滌時(shí)間的影響

為實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)過程溶液含錳量的實(shí)時(shí)監(jiān)控,本實(shí)驗(yàn)采用對(duì)洗出液電導(dǎo)率的實(shí)時(shí)測(cè)定作為參考,見圖1,浸出液含錳濃度和電導(dǎo)率呈現(xiàn)較強(qiáng)的規(guī)律性,特別在溶液含錳濃度低于20g/L時(shí),對(duì)應(yīng)關(guān)系較為明顯,能及時(shí)反映該洗出液濃度,當(dāng)洗出液電導(dǎo)率接近循環(huán)水電導(dǎo)率時(shí)作為循環(huán)洗滌終點(diǎn)的判斷。

圖1 硫酸錳含量和電導(dǎo)率關(guān)系

在不同含錳濃度循環(huán)水洗滌條件下,當(dāng)洗出液電導(dǎo)率接近循環(huán)水電導(dǎo)率,循環(huán)洗滌時(shí)間如圖2所示。

圖2 循環(huán)水含錳濃度和洗滌時(shí)間的關(guān)系

分析結(jié)果表明:在循環(huán)水含錳濃度在11～14g/L時(shí),含錳濃度對(duì)洗滌時(shí)間沒有顯著的影響,最佳洗滌時(shí)間為30min。

2.3 洗滌流速對(duì)洗滌效果的影響

在循環(huán)洗滌30min,清水洗滌用量40L的條件下,洗滌流速對(duì)洗滌效果的影響見表3。

表3 洗滌流速和硫酸錳洗滌效果的關(guān)系

結(jié)果表明低流速的洗滌效果更佳。這有利于對(duì)洗滌水用量的控制,即低流速時(shí)小流量也可達(dá)到對(duì)濾餅的有效洗滌。

2.4 洗滌均勻性分析

對(duì)壓榨濾餅采用“上中下左右”五點(diǎn)法隨機(jī)取樣,分析含水量和硫酸錳殘留,檢驗(yàn)洗滌的均勻性。結(jié)果見表4,濾餅含水率平均偏差最大不超過1.8%,硫酸錳含量平均偏差不超過0.06%,各樣品之間含錳量和含水率沒有顯著性差異,說明洗滌均勻性非常好,洗滌無死角,無穿濾。

3 結(jié) 論

1) 在隔膜壓濾機(jī)中采用清水循環(huán)逆流洗滌的工藝,可實(shí)現(xiàn)對(duì)錳渣中硫酸錳的有效洗滌,可降低錳渣中硫酸錳殘留約56%;

表4 錳渣含水率和硫酸錳含量均勻性分析

2) 水平衡是限制錳渣濾餅洗滌的最關(guān)鍵因素,在隔膜壓濾機(jī)上,采用循環(huán)洗滌和清水逆流洗滌的工藝組合,可節(jié)約清水用量,在不影響水平衡的前提下,使用不超過渣重30%的清水的情況下,可實(shí)現(xiàn)對(duì)錳渣中硫酸錳的有效洗滌;

3) 從降低錳渣中錳的殘留可提高錳礦石資源的利用率,降低錳礦石的消耗,且可降低錳渣的產(chǎn)生和排放,保護(hù)環(huán)境。以年產(chǎn)3萬t金屬錳企業(yè)為例,渣錳殘留降低1%,可減少錳礦石消耗約1.2萬t (以16%品位計(jì)),為企業(yè)節(jié)約原材料成本1000萬元以上,大大提升企業(yè)的競爭力。

[1] 譚柱中,梅光貴,李偉健,等.錳冶金學(xué)[M].長沙:中南大學(xué)出版社,2004.

[2] Das N,Jana R K.Adsorption of some bivalent heavey metal ions from aqueous solutions by manganese nodule leached residues[J]. JColloid Interface Sci,2006,293(2):253-262.

[3] 歐陽玉祝,彭小偉,曹建兵,等.助劑作用下超聲浸取電解錳渣[J].化工環(huán)保,2007,27(3):5-7.

[4] 余斌,王兆強(qiáng).全自動(dòng)隔膜壓濾機(jī)在制糖過濾中的應(yīng)用[J].甘蔗糖業(yè),2004,(3):28-32.

[5] 朱謙,汪劍萍.隔膜濾板在染料行業(yè)的應(yīng)用與展望[J].上海染料,2001,29(4):33-36.

[6] 張丹.隔膜壓濾機(jī)在顏料生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].化工進(jìn)展,2009, 28(1):343-345..

[7] GB/T223.4-1988.硝酸銨氧化容量法測(cè)定錳渣中硫酸錳含量[S].

Manganese Extraction from Slag with Membrane Filter Press

LIU Gui-hua1,2,PAN Cen-xuan2,ZHU Ke-song3,RU Zheng-guang1,2,WEI Jian1,2
(1. China University of Mining and Technology,Beijing 100083,China;
2. Chinese Research Academy of Environmental Sciences,Beijing 100012,China;
3. Beijing Zhongshuichang Solid - Liquid Separation Technology Co.,Ltd.,Beijing 100083,China)

This paper has established a process to leach manganese from electrolytic manganese slag based on membrane filter press with recycling water and clean water.The manganese sulfate in the filter cakes has been reduced from original 1.86% to 0.8% with recycling water of 11～14g/l manganese resolution and 40L clean water.Statistic analysis shows a balanced manganese reduction in the cakes is being achieved.

Membrane filter press;Manganese slag;Waterwashing;Manganese sulfate

X757

A

1002-4336(2010)02-0036-03

2010-03-15

中國環(huán)境科學(xué)研究院中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)專項(xiàng)(2009KYY209)

劉閨華(1982-),男,湖南婁底人,碩士研究生,研究方向:礦物加工及清潔生產(chǎn)工藝,電話:010-84915040,手機(jī):13811348944,E-mail:liuguihua@gmail.com.