興業(yè)動態(tài)
新興業(yè)環(huán)保開發(fā)出高耐磨、耐酸堿、耐腐蝕新型過濾布，解決行業(yè)難題，替代進口
1. 概述
我國礦產(chǎn)資源表現(xiàn)為貧礦多、富礦少，難選礦多、易選礦少，共生礦多、單一礦少。據(jù)統(tǒng)計，我國有 80 多種礦產(chǎn)是共（伴）生礦，以有色金屬最為普遍。例如，鉛鋅礦中共（伴）生組分達 50 多種，僅鉛鋅礦中的銀就占全國銀儲量的60％， 產(chǎn)量占 70％； 伴生大型、 特大型的銅礦床就有 10 余座， 全國伴生金的 76％和伴生銀的 32.5％均來自銅礦等等[1，2] 。雖然共（伴）生礦的潛在價值較大，甚至超過主要組分的價值，但其開發(fā)利用的技術(shù)難度亦大，選冶復(fù)雜，成本高。對于分離微細粒度多的銅精礦粉,現(xiàn)場使用的加壓過濾機出現(xiàn)了濾布使用壽命短，濾液固含量高，過流件耐磨性差，輸送和排料裝置運轉(zhuǎn)不可靠等問題，影響了分離過濾的技術(shù)指標。因此，本文針對銅鉬加壓過濾機分離過程特點，開展了過濾介質(zhì)選型研究，以期提高加壓過濾機過濾介質(zhì)的過濾精度和使用壽命。
2. 銅精礦粉的物性與過濾分離工藝要求
銅精礦粉是銅鉬混合精礦經(jīng)濃密脫水、銅鉬分離后進入加壓過濾機的。由于礦石品位較低，礦物成分復(fù)雜多樣，顆粒形態(tài)極不規(guī)則。粒徑需要磨到細度為0.043mm（占 90％以上） ，顆粒密度 30~60%，顆粒形貌見圖 1 所示。
圖 1 銅精礦粉相貌圖
為了達到銅精礦粉固液分離，加壓過濾機的加壓倉內(nèi)以 5kg 的壓縮空氣作為過濾動力，過濾后的濾餅在壓縮空氣的作用下，進一步脫水干燥，以 5.5kg 的壓力反吹卸料。對加壓過濾機過濾工藝指標要求見表 1 所示。
表 1 過濾指標
項目 | 單機處理能力 | 濾液中固含 | 濾餅水分 | 濾布使用壽命 |
指標 | >30t/h | ≤10mg/l | ≤10% | 超過 1 個月 |
3. 銅精礦粉過濾工藝對過濾介質(zhì)的要求
由銅精礦粉的物性指標可以看出，銅精礦粉顆粒細、顆粒形貌不規(guī)則，加之過濾操作是在高堿性條件下進行，因而對過濾介質(zhì)的要求極為苛刻[3]。
(1) 濾布要具有足夠的強力和抗疲勞能力。由于濾布要經(jīng)過加壓過濾，反吹卸料， 這就要求濾布有足夠的拉伸強力和抗疲勞能力滿足壓縮空氣對濾布的反復(fù)作用。
(2) 濾布要具有超強的耐磨性能。有色金屬行業(yè)礦石中礦物組成比較復(fù)雜，細小顆粒的幾何外形極不規(guī)則，尤其像刀片一樣對濾布反復(fù)切割，對濾布的纖維造成嚴重損傷。所以濾布要具有超強的耐磨性能。
(3) 濾布要具有優(yōu)良的抗沖擊性能。固體粒子在壓縮空氣的作用下流速非�？欤瑢V布沖擊較大，所以濾布要具有優(yōu)良的抗沖擊性能。
(4) 濾布要有良好耐腐蝕性能。銅鉬分離后銅精礦含有大量硫化銨、鐵氰化物及亞鐵氰化物、 氧化劑、 次氯酸鹽及雙氧水等高堿度抑制劑， PH 值在 14 左右，因此濾布要有良好耐腐蝕性能。
(5) 濾布要具有較高的過濾精度。礦石品位較低，粒徑小，這就要求濾布要有較高的過濾精度。
(6) 濾布要具有優(yōu)良的通透性，過濾阻力小。滿足加壓過濾機的單機處理能力超過 30 噸/小時，濾餅水分≤10%，濾布就必須具有優(yōu)良的通透性，和較小的過濾阻力。
(7) 濾布要易于脫餅，易于清洗，不易阻塞，再生性能要好。由于需要在濾液中加入玻璃水等增稠劑，使得濾餅具有一定的粘度，容易粘附在濾布上。而細小的固體粒子滯留在濾布的纖維中， 形成阻塞不易清洗， 使濾布的再生性能下降。所以要求濾布具有易于脫餅，易于清洗，不易阻塞，再生性能好的特點。
(8) 濾布組織結(jié)構(gòu)要穩(wěn)定。濾布的孔徑不應(yīng)受到外力（如壓縮空氣的壓力和流量）的作用發(fā)生明顯的變化，纖維之間不能產(chǎn)生較大的滑移。
4. 特力夫 纖維濾布的開發(fā)
4.1 特力夫 纖維的特性
特力夫纖維具有獨特的綜合性能，其密度小于 1，能浮于水，比強度和模量都很高，僅次于特種碳纖維，是目前強度最高的纖維之一，耐磨性是已知的高聚物纖維中最強的，并且具有突出的抗沖擊、抗切割等優(yōu)異性能[4]。根據(jù)銅精礦粉的過濾工藝對過濾介質(zhì)的要求，通過對多種纖維特點的比對，選擇特力夫纖維編織成濾布可以滿足相應(yīng)的要求。
4.2 濾布設(shè)計要點
4.2.1 紗線形態(tài)的選擇
紗線構(gòu)成類型可分為單絲、復(fù)絲、短纖維紗。采用這三種類型分別織成的濾布過濾性能如下表 1[5] 。
表 1 紗線形態(tài)對過濾效果影響的比較
紗線 類型 | 截留 精度 | 過濾 速率 | 濾餅最低 含濕率 | 脫餅 性能 | 濾布 壽命 | 濾布 再生性 |
單絲 復(fù)絲 短纖紗 | 較差 中等 最好 | 最好 中等 較差 | 最好 中等 較差 | 最好 中等 較差 | 較差 中等 最好 | 最好 中等 較差 |
通過對三種類型紗線性能的對比分析， 結(jié)合微細粒度礦物顆粒的固液分離對加壓過濾機的技術(shù)要求，可知單絲的性能比較符合使用要求。同時為了提高濾布的過濾精度和使用壽命，結(jié)合復(fù)絲的特點，采用將復(fù)絲加捻的技術(shù)，增加復(fù)絲纖維間的致密性，并使紗線表面光滑圓整，如圖 2 所示。這樣編織的濾布保留了復(fù)絲的特點又具有單絲的性能，也既增加了網(wǎng)孔的通透性，又防止了細小顆粒滯留在紗線內(nèi)部纖維之間造成堵塞。
（a）加捻前 （b） 加捻后
圖 2 復(fù)絲加捻前后的形態(tài)比較
4.2.2 濾布織法的選擇
濾布的織物組織形式十分繁多，但基本形式不外乎在平紋、斜紋、緞紋三種原組織上組合。在紗線的纖度和密度相同的情況下，緞紋的過濾速率、濾餅最低含濕率、脫餅性能、濾布再生性最好，平紋的截留精度最好。因此，本文開發(fā)的濾布選擇 2/2 斜紋織法。
4.2.3 紗線直徑的選擇
紗線直徑關(guān)系到濾布孔徑的大小和濾布的厚度即孔徑的深度， 故也是影響過濾效果的主要因素。圖 3 所示為織物組織相同、紗線直徑不同的兩種濾布的外觀比較。由圖中可知，紗線直徑越小，濾布的孔徑越小，單位面積內(nèi)的孔徑越多，過濾效率越好，濾餅最低含濕率越好，脫餅性能越好，濾布再生性越好。為此，紗線的直徑選為 400D 復(fù)絲加捻紗。
（a） 紗線 800D （b） 紗線
圖 3 不同紗線直徑的濾布結(jié)構(gòu)圖
4.2.4 濾布的經(jīng)緯密度的選擇
濾布的經(jīng)緯密度關(guān)系到濾布孔徑的大小和濾孔的有效面積， 是影響過濾效果的主要因素。經(jīng)緯密度越大，截留精度、濾餅最低含濕率、脫餅性能越好，但濾布再生性越差。 本文根據(jù)相關(guān)文獻計算確定的最大和最小經(jīng)緯密度范圍內(nèi)選擇適當?shù)慕?jīng)緯密度[6,7]，進行小樣實驗，根據(jù)實驗濾布的檢測結(jié)果，確定本文開發(fā)的濾布經(jīng)向密度為 392 根/10cm、緯向密度 197 根/10cm。
4.3 特力夫 纖維濾布的過濾特性 與應(yīng)用
4.3.1 過濾特性
采用特力夫纖維編織成濾布，并與進口濾布過濾性能對比測定，結(jié)果見表所示。從表中可以看出特力夫濾布的過濾精度、滲透性都優(yōu)于進口濾布。表給出了特力夫纖維濾布的物理指標，從表中可以看出，特力夫纖維濾布其物理指標優(yōu)于進口濾布和其他一般濾布。
表 2 特力夫纖維濾布的過濾特性
項目 | 最大孔徑 (μm) | 平均孔徑 (μm) | 孔徑比 | 透水率（m 3 /m 2 ·h） |
UHMWPE 纖維濾布 | 9.937 | 6.718 | 0.676 | 15.66 |
進口濾布 | 38.644 | 27.067 | 0.700 | 14.80 |
表 3 特力夫纖維濾布的物理指標
濾布品種 | 特力夫濾布 | 進口單絲濾布 | 錦綸單復(fù)絲濾布 | 錦綸單絲濾布 |
材質(zhì) | UHMWPE 纖維長絲加捻 | 經(jīng)：錦綸單絲 緯：聚酯單絲 | 經(jīng)：錦綸單絲 緯：錦綸復(fù)絲 | 錦綸單絲 |
克重 g/㎡ | 310 | 320 | 500 | 370 |
經(jīng)向強力 N/5×20cm | 25000 | 8700 | 4073 | 1600 |
緯向強力 N/5×20cm | 10900 | 10700 | 5300 | 1400 |
4.3.2 應(yīng)用效果
通過一年時間的實際應(yīng)用， 表明特力夫纖維濾布是目前浮選精礦脫水較理想的濾布，其高強度、高耐磨和優(yōu)異的化學(xué)性能等完全能夠滿足高堿度微細粒級銅精礦得過濾要求，在處理銅精礦礦漿 PH 值高達 13 以上，細度達到-0.045mm 占90%以上物料時候，濾餅水分控制在 8%以下，使用壽命可以達到 2 個月，見表4 所示。
加壓過濾技術(shù)在我國有色行業(yè)的首次成功應(yīng)用， 特力夫纖維濾布的成功應(yīng)用起到了重要的作用，對提高加壓過濾機的使用壽命起到了至關(guān)重要的作用。加壓過濾機配合適當工作壓力、入料粒度分布和濃度就能夠?qū)μ幚砀邏A度、微細粒級精礦效果明顯，對于快速提高有色礦山企業(yè)經(jīng)濟效益和社會效益、實施環(huán)境保護戰(zhàn)略具有深遠意義，值得推廣使用。
表 4 加壓過濾機實際使用效果
項目 | 單機處理能力 | 濾液中固含 | 濾餅水分 | 濾布使用壽命 |
指標 | >20t/h | ≤5mg/l | ≤8% | 超過 2 個月 |
5. 結(jié)論
本文針對銅精礦粉過濾工藝對過濾介質(zhì)的要求，利用特力夫纖維超強、 超輕、高模、高抗的優(yōu)越性能，研制開發(fā)了應(yīng)用于微細粒度礦物顆粒加壓過濾用濾布。通過在實際過濾中應(yīng)用， 結(jié)果表明開發(fā)的濾布能夠滿足加壓過濾機對過濾介質(zhì)的技術(shù)要求，其性能超過了國外進口的高端濾布，具有一般濾布無法比擬的優(yōu)越性能，完全可以代替進口濾布使用。
參考文獻
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