硅藻土湿法物理提纯工艺研究.pdf

第 2 4卷第 2 期 2 0 1 5年 2月 中 国 矿 业 CHI NA M I NI NG M AGAZI NE Vo 1 2 4， NO 2 Fe b 2 01 5 硅 藻 土湿法物理提 纯工艺研 究 杨小平 ，孙志明 ，郑水林 ，张雁鸣 ( 1 中 国矿 业 大 学 ( 北 京)化 学与环 境 工程 学院 ，北 京 1 0 0 0 8 3 ； 2 临江嘉合康宁硅业有限公司，吉林 临江 1 3 4 6 0 0 ) 摘要 ：针对优 质硅藻土资源 日益减少 的现状 ， 提 出一种对 资 源丰 富的中低 品位含黏 土类杂 质 的硅 藻原土进行 提纯 的湿法物理分选工艺 。分析 了硅 藻土原矿的化学成分 、 矿物成 分和粒度组 成 ， 研究 了硅藻 颗粒 和黏土矿 物蒙脱石 的表面 电位与 p H 值和分散 剂用量 之间 的关 系 ， 确定 了硅藻 土矿浆最 佳的擦洗 和 分散条件 ， 利用硅藻与黏土矿物 之间的粒度差异 和表 面电位差 异 ， 原矿经 充分 分散后 ， 借 助离心 力场 中硅 藻 和黏 土矿物 颗粒之 间显著 的沉 降速度 差异 ， 实现高 效的分选 。实际生产 表明 ， 硅藻原土 经分选后 ， S i O 含量 由 8 1 7 8 提高到 8 6 8 6 ， Al 0。 含量 由 5 4 9 下降到 3 4 5 ， F e O。 含量 由 2 0 1 下降到 1 4 2 ， 达 到了一级 硅藻土标准 。 关键词 ：硅 藻土 ；物理提纯 ；擦洗 ；分 散；层 流离心分选 机 中图分类号 ：T D 9 7 6 ；TD 9 2 2 文献标识码 ：A 文章编号 ：1 0 0 4 4 0 5 1 ( 2 0 1 5 ) 0 2 0 1 2 1 一 O 5 Re s e a r ch o n t h e we t p hy s ica l pu r if ica t io n pr o ce s s o f d ia t o mit e YANG Xia o pin g ， SUN Zhi ruing ， ZHENG Shui l in ， ZHANG Ya n - ming 。 ( 1 S ch o o l o f Ch e mica l a n d E n v ir o n me n t a l E n g i n e e r i n g，C h in a Un i v e r s i t y o f M i n i n g a n d Te ch n o l o g y( B e i j i n g ) ， Be i j i n g 1 0 0 0 8 3，Ch i n a ；2 LiNi a n g J i a He Ka n g Ni n g S il ico n I n d u s t r y Co ，Lt d ，Li n j i a n g 1 3 4 6 0 0，Ch i n a ) Abs t r a ct ： To f a ce t he cha l l e ng e o f t he s upe r ior dia t omit e r e s ou r ce s ge t t ing r a r e， we p r opo s e d a we t phy s ica l s e pa r a t io n pr oce s s ， b y wh ich t h e r e s ou r ce f u l cl a ye y d ia t o mit e o f a middl e o r l o w gr a de wa s p ur if ie d t o a hig h g r a d e The ch e mica l cons t it ue n t， m in e r a 1 co mpo s it io n a nd pa r t icl e s iz e dis t r ibu t io n of t he r a w dia t omit e we r e a na l yz e d The C O r e l a t ion o f t he s u r f a ce po t e nt ia l of t he d iat o mit e a nd mo nt mo r il l on it e wit h p H v a l u e a n d d is p e r s a n t d o s a g e wa s in v e s t ig a t e d The o p t ima l co n d it io n t O s cr u b a n d d is p e r s e t h e d ia t o mit e s l u r r y wa s de t e r m ine d The r a w dia t o mit e s l ur r y wa s compl e t e l y dis pe r s e d a cco r d in g t o t h e s iz e a nd s ur f a ce po t en t ia l dif f e r e nce be t we e n t h e d ia t o mit e a nd t he cl a y e y min e r a l s Th e e f f icie nt s e pa r a t io n wa s t h us ob t a in e d in t h e ce nt r if u ga l f or ce f ie l d t o e n ha nce t he s e dime nt a t ion v e l o cit y dif f e r e n ce b e t we e n t he dia t om a nd t he cl ay min e r a l p a r t icl e s Th e a ct u a l p r o d u ct io n r e s u l t s s h o w t h a t t h e d ia t o ma ce o u s co n ce n t r a t e h a s r e a ch e d t h e f ir s t gr a de s t a nd a r d of d ia t omit e t hr o ug h t he s e pa r a t io n p r o ce s s wit h t he cha n ge o f SiO2 con t e nt f r o m 8 1 7 8 t O 8 6 8 6 ， Al 2 O3 co n t e n t f r o m 5 4 9 t O 3 4 5 a n d Fe 2 O3 co n t e n t f r o m 2 0 1 t O 1 4 2 Ke y wo r d s： d ia t o mit e； p hys ical pu r if ica t ion； s cr ub bing； d is pe r s ion； l a min a r f l ow ce n t r if ug a l s e pa r a t o r 硅藻 土是 由单 细 胞水 生植 物硅 藻 的遗 骸经 过亿 万年 的沉 积 和地 质 变迁 而 形成 的非 金 属矿 产 资 源 。硅藻壳体的化学成分是无定形含水 S i O ， 用 收稿 日期 ：2 0 1 4 - 0 1 2 2 基金项 目：“ 十二五” 国家科技 支撑计划 项 目资助 ( 编号 ： 2 0 1 I B AB - O 3 B0 2 ) 作者简介 ：杨小平( 1 9 6 8 一) ， 男 ， 重 庆人 ， 博士 ， 副教授 ， 从事矿 物加 工工艺 、 设备与控制方面 的研究 。E ma i l ： y x p cu mt b cr l 。 x射线衍 射 分析 属蛋 白石 A 1 ， 含水 S i O 小 球 最 紧 密堆积后的球体间隙和壳体表面有规律 的纳米级孔 洞结构 ， 导致硅藻土具有特殊 的理化性能， 可以用来 制备吸附剂 、 助滤剂 、 催化剂载体和功能填料等， 广泛 应用于工业过滤等许多领域 。经济越发达其消耗 量也越 大 ， 2 0 1 3年美 国硅藻土产 量为 7 7万 t ， 比 2 0 1 2 年提高了 3 5万 t ， 而中国仍保持在 4 2万 t 水平口 。 由于硅 藻 具 有种 类 多 、 分 布 广 、 形 貌 多样 、 体 积 小 和繁 殖快 等特 点 ， 使 得 硅藻 土资 源非 常丰 富 ， 全球 1 2 2 中 国 矿业 第2 4 卷 总储量超过 2 0亿 t 4 。与硅藻伴生的杂质矿物主要 是蒙 脱石 等黏 土矿 物 、 石英 等碎 屑矿 物 、 铁矿 物和 少 量 的有机 物 。这些 杂 质 矿 物 的存 在 极 大 地 影 响 了硅 藻土 的应 用 。 硅藻 土提 纯 的方 法 主要 有 干法 分 级 l_ 6 、 旋 流 器 分 选 、 湿 法 重选 、 酸 浸 、 磁 选 1 1 1 、 浮 选 、 煅 烧L 1 幻以及多种方法的联合提纯工 艺。因为酸浸法 对 环境 的污染 太 大 ， 目前 基本 上 不 允 许 投 建 。 已用 于工业化 生产 的方 法 主要 是煅 烧 、 干 法分 级 和湿 法 重 选 。煅 烧 的主要 目的是 去 除 硅 藻 土 中 的有 机 质 、 增大孑 L 径和提高过滤速率 ； 干法分级常用 于对一级 硅藻土进一步提纯； 而湿法重选是 目前用于提纯含 黏土量 较 高 的硅 藻 土最有 效 的一种方 法 。王 庆 中 发 明了用沟槽靠重力 自然沉降 的方法提纯硅藻土 ， 硅藻精 土 的 S iO。 含 量 能达 到 8 5 以上 ， 但 这 种 方 法存在 占地面积大 、 产量低 、 生产效率低 、 产品质量 不稳定 、 劳 动强度 大 和 北 方 长期 冰冻 的地 区 无 法正 常生 产等 缺点 。 我国的硅藻土资源储量位居世界第二位 ， 但天 然高 品位 硅 藻 土 约 为 1 5 。大 量 中低 品位 硅 藻 土 资 源在开 采过 程 中被 废 弃 ， 严 重 浪 费 了资 源 并 对 生 态环境 造 成不 良影 响 。在应 用方 面 ， 售 价 5 0 0 0元 t 以上 的高 附加 值 的环保 、 节能 产 品 、 功 能填料 以及 生 化领 域应 用 的高档 过 滤 剂 产 品还 主要 依 靠 进 口 ， 资 源优势没有转化为经济优势 。因此为了充分利用硅 藻 土这 种不 可再 生 的且 目前 无法 人工 合成 的宝 贵工 业矿 物 资源 和开 发硅 藻 土 高 端 产 品 ， 选矿 提 纯是 必 然趋 势 ， 研究 和开 发一 种大 规模 、 高效 率 和对环 境无 污染 的硅藻 土提 纯工 艺是 目前 和未来 硅 藻土 开发利 用行 业所 急需 。 1 原 矿性 质与 实验 室试验 1 1 原矿 性质 硅 藻 土原矿 来 源于吉 林省 临江 市六 道沟 。对 硅 藻土原矿样 品用 DHF 8 2多元素快速分析仪测定其 化学成分 ( 表 1 ) ， 用 X 一 射线荧光分析仪 ( S P EC TRO X L AB 2 0 0 0 ) 进 行 杂 质 矿 物 的 成 分 分 析 ( 图 1 ) ， 用 Hi t a ch i S - 3 5 0 0 N 扫 描 电镜 ( S E M ) 观 察 微 观 形 貌 ( 图 2 ) ， 比表面积用 NOVA- 1 0 0 0型表面 积分析仪 ( N。 一 B E T) 测定 ( 表 2 ) 。从 表 1 可 知 ， 原 矿属 于二 级 硅藻土 ， 硅藻土的杂质矿物 主要是蒙脱石、 长石 、 石 英 和 白云 母 ( 图 1 ) ， 从扫 描 电镜 ( 图 2 ) 可 以看 出 ， 硅 藻的形状主要是圆盘状 ， 壳面几乎被杂质矿物覆盖 ， 硅藻表面孔隙结构模糊。硅藻原土的颜色为灰色 ； 部分硅藻 已经 破损， 单个 完整的硅藻 直径 为 1 5 4 O m。用 乙醇作为分散剂 ， 将硅藻土和乙醇混合制 成 一定 浓度 的悬 浮液 ， 取样 至 载玻 片 ， 用 J X 一 2 0 0 0型 图像分析仪观察 ， 在最佳 的视场下 ， 数 5 0 0个硅藻 ， 用 其 中破损 的硅 藻 个 数 除 以 5 0 0 ， 得 出硅 藻 土原 矿 的破 损 率 为 6 7 4 。 硅 藻 原 土 的 比 表 面 积 为 2 2 1 8 m g ， 壳 面上微 孔 孔径小 于 1 0 n m。 表 1硅藻原土的化学成分 图 1 硅藻原 土 X R D图 一 一 图 2硅藻原土 S E M 图 表 2 硅 藻原土的比表面积、 孔体 积和 子 L 径 1 2 物 理 提纯 的依据 及原 理 取 一定 量 的 样 品 进 行 擦 洗 和 分 散 后 ， 用 B T 一 1 5 0 0型离心沉 降式粒度分析仪对原矿进行 了粒度 分 析 ( 图 3 ) ， D 。 为 1 4 7 6 , m， D 9 0 为 3 8 6 5 m。经 粒 度分级和化学成分分析可知， 一2 m 中的 A l ： o 。含 量 最 高 ， 达 到 1 6 O 1 ， 其 次 是 + 7 4 t , m， 说 明这 两 个 级 别 中 ， 主 要是 蒙脱 石 等 黏 土 矿 物 和粗 粒 的石 英 等 矿物碎屑。含铁氧化物在每个粒度级别都有 ， 但在 +7 4 m 中含量最高 ， 达 7 3 1 。而完整的硅藻壳 面直径为 1 5 4 0 m。由此可见 ， 根据硅 藻和杂质 第 2期 杨 小平 ，等 ：硅藻土湿法物理提纯工艺研究 1 2 3 矿 物在 硅 藻原 土 中 的粒 度 差 异 ， 通 过 分 级 可 以实 现 有 用 和无用 矿 物 的分 离 ， 对 于 石 英 等 粗 粒 的 碎 屑矿 物 相对 容 易 ， 而 黏 土 矿 物 集 中在 2 a m 范 围 ， 是 硅 藻 土提 纯 的难 点 。粒 度 的差 异反 映在 水介 质 中 的沉 降速度不同， 粒度越小 ， 沉 降速度越慢 。但是 ， 对于 微 米 级 的 颗 粒 ， 这 种 粒 度 的 差 异 ， 根 据 式 ( 1 ) 的 S t o k e s 沉 降速 度公 式求 得 的速 度 差 非 常 小 ， 因 此必 须通过改变颗粒的表面性质和分选介质环境来人为 地加大硅藻和杂质矿物颗粒之间的沉降速度差。 攒 卜 L 母 弗 图 3硅藻原土粒度分布 曲线 1 3 擦 洗分 散试 验 要 扩大硅 藻 与 杂 质矿 物 的沉 降 速 度 差 ， 首 先 要 改变不同颗粒在水 中的分散程度。分散和团聚是两 种相 反 的现象 ， 在 一定 的 条件 下 ( 比如加 入 分散剂 或 絮凝剂) 是可 以相互转化的 ， 这与颗粒的表面性质如 电性 、 电位和亲水 疏水性 等有关 ， 所 以需要研究颗 粒 的表 面性 质 以寻找 最佳 的分 散 条件 。 用 Z N 9 0纳 米粒 度 专电 位 分 析仪 分 别 测 量 了纯 的硅藻土和蒙脱石在有无分散剂( 六偏磷酸钠) 情况 下 p H 与 电位的关 系( 图 4 ) ， 从 图 4可知 ， 硅藻和 蒙脱石 的表面均带负 电。当加 入分散剂后 ， 电位 的绝 对 值均 增 加 ， 但 是 在 有 分 散 剂 和不 同 p H 下 ， 电位的变化规律 略有 区别 。在无分散 剂的情况下 ( 图 4中 的 0 mg L ) ， 硅 藻 颗 粒 的 电位 随 p H 的增 加而下降 ； 而蒙脱石 的 S电位也随 p H 的增加 而下 降 ， 但 在 p H一9 0以后 就 开 始 上升 ， 而 且 当 p H 值 超 过 1 0 6以后 上 升 的 幅度 明显 要 大 。研 究 表 明 ， 电位绝 对值 越 小 ， 同 电性 的静 电斥 力 较低 ， 而 颗粒 表 面分子之间的范德华力 占优势 ， 导致颗粒相互吸引 而 出现团聚现 象 。当加入分 散剂后 ( 图 4中的 2 0 0 mg L ) ， 颗粒表面被分散剂分子覆盖 ， 减 弱了范 德华力， 同时 电位绝对值 因分散剂的存在而增大 ， 这两个 因素的影响使得静 电斥力 占优势， 颗粒表现 为分散状态 ， 所以分散剂的存在有利 于提高颗粒 的 分散 性 。在 相 同 的 分 散 剂 用 量 2 0 0 mg L下 ， 当 p H4 2时 ， 硅藻颗粒 的 电位绝对值 明显高于蒙 脱石 ， g电位的绝对值越大， 静电斥力也越大， 所以， 在 相同条件下， 硅藻颗粒与黏土矿物( 如蒙脱石) 的分散 性差异非常显著 ， 其 电位绝对值的最大差值在硅藻 颗粒 的 p H 与 g电位关 系 出现 拐点之 处， 即 p H一 9 0 。 以此作为添加分散剂时溶液的最佳酸碱度。 杂质矿物颗粒通常黏附在硅藻壳体表面或孔洞 中 ， 所 以需要机 械力帮助黏 土矿物颗 粒 的脱 附 。试 验 研究 了在 p H一9 0 、 擦 洗 时 间为 3 0 m in 、 叶 轮转 速 为 1 5 0 0 r min时 ， 硅藻土 不 同的矿 浆浓 度 和分 散剂 用 量 与硅藻精土 S i( ) 2 含量的关系， 正交试验的结果表明， 当硅 藻土矿 浆 浓 度 为 2 5 、 分 散 剂浓 度 为 0 3 时 ， 擦洗 效果最好 ， 精 矿 中 S iO 。 含量可 达 8 8 3 2 。 图 4 不同的 p H与 号电位的关 系 1 4 硅藻与杂质矿物的分离试验 通过 前面 的试 验 和 分 析 可 知 ， 擦洗 后 的硅 藻 土 矿浆 ， 硅藻壳体表面和孔洞粘 附的黏土矿物绝大部 分被清除， 同时， 在弱碱性和分散剂作用下 ， 硅藻颗 粒和 黏土 矿物 的 分 散性 增 加 。由 图 4可 知 ， 硅 藻 颗 粒 的 电位 绝对 值 比黏 土 矿 物颗 粒 要 大 ， 硅藻 颗 粒 之 间的静 电斥 力 比黏土 矿 物颗粒 也 要大 ， 也就是 说 ， 相对于黏土矿物来讲 ， 硅藻颗粒更容易分散 。但是 ， 相对 于重 力 而言 ， 静 电斥 力要 小得 多 ， 所 以经过 一定 时间后 ， 这些微米级的颗粒仍然会沉降， 而静电斥力 的存 在 ， 减缓 了颗 粒 的团 聚和下沉 。 在重 力场 环境 下 ， 球 形 颗粒 的沉 降速 度 可 以 用 S t o k e s 公 式来 计算 。 ， 一( 8- - p ) d2 g 。一。 1 8 “ 式 中 ： 为 颗 粒 的 密 度 ， g cm。 ； 0为 水 的 密 度 ， g C I T I 。 ； 为水的黏度， P a S 。 虽然硅藻颗粒的静 电斥力 比黏土矿物大， 但是 硅 藻颗 粒 的 平 均 粒 径 ( 1 5 4 0 a m) 比黏 土矿 物 ( 2 a m) 至少大 1 O个数 量级 ， 从上 式 可知 ， 硅 藻颗 粒 在 水 中的沉降速度是黏土矿物颗粒的 1 0 0倍以上 ， 尽 l 2 4 中 国 矿业 第2 4 卷 管 黏土 矿物 的密度 大 于硅 藻 ， 但 粒 度 对 于沉 降速 度 的影响更大 ， 所 以， 在静止状态下， 最先沉 降的是硅 藻 颗粒 l 5 。 但是， 在重力场 ， 因为粒度小沉 降速度极其慢 ， 导 致生 产效 率低 。 由式 ( 1 ) 可 知 ， 增 加 重 力加 速 度 g 可 以提 高颗 粒 的沉 降速度 。由于离 心加 速度 与转速 的平分 成正 比， 因此在 离心 力场 中， 离 心加 速度 可 以 达到重 力加 速度 的 数 十甚 至 上 千 倍 ， 二 者 之 比叫做 分离 因数 ， 反映 了颗 粒在离 心力 场 中的分 离强 度 ， 分 离 因数 越 大 ， 沉 降速度 也越 快 。 由于 硅 藻 颗粒 的松 散 密 度 为 0 3 0 5 g cm。 ， 硅 藻矿 石 密度 为 1 2 5 1 2 9 g cm。 ( 与 杂 质 和 水分 含量有 关 ) l 1 ， 远 比金 属矿物 的密度要 低 ， 所 以 ， 在 离 心力 场分 选硅藻 土 需要更 高 的转速 。对 于细 粒金 属 矿物 的离 心分选 ， 转 速一般 为 2 0 0 4 0 0 r p m， 最 大 为 6 0 0 r p m， 回收钨细泥最大为 8 0 0 r p m， 转鼓直径越大 转速 越低 ， 但 对 于 硅 藻 土 ， 有 效 的 工 作 转 速 至 少 在 8 0 0 r p m 以上。因此 ， 传统的离心选矿机无法直接用 于硅 藻土 分选 ， 本课 题 专 为 硅 藻 土 分选 设 计 了层 流 离心 分选 机口 ， 通过工 业性 试 验 ， 研 究 了入 料 浓 度 、 给料速度 、 离心转速 和给料时间对硅藻土分选效果 的影 响规 律 ， 得 到 了分选 硅藻 土 的最佳 条件 是 ： 转 鼓 规格 8 0 0 6 0 0 、 锥 角 0 5 。 、 给料 浓度 为 2 2 、 给料 量 为 1 2 I min 、 给料 时 间 为 9 0 s 、 问歇 时 问 为 6 s 、 冲矿 时 间为 2 2 s 、 休 止时 间为 6 s 、 冲水压 力 0 4 MP a 、 冲水 流量 3 0 I min 、 圆筒 转 速为 8 5 0 r min 。分 选后 硅 藻 精 土 中 S i O。含 量 为 8 6 5 9 ， Al 。 O 。 含 量 为 3 7 9 ， F e 。 O。 含量为 1 6 8 ， 除 F e O。 含量外 ， 其 他 指标均 达 到 了一 级硅 藻 土的标 准l 】 。 1 5磁 选 铁 氧化 物 的存 在 对 于硅 藻 土 的应 用 有 害 无 益 ， 高端产品对铁含量要求就更高 。为了降低硅藻精土 中 F e 。 O。 含 量 ， 必 需加 磁 选 。经 过 实 验 室试 验 得 到 一 次永 磁 高 梯 度 磁 选 ( 磁 场 强 度 0 8 T， 矿 浆 浓 度 2 0 ) ， F e O 。的去 除率 为 3 7 6 ； 而 两 次 电磁 高梯 度磁 选 ( 磁场 强度 1 8 T， 分选 介 质 分 别 为 钢 网 和钢 毛 ， 矿浆 浓 度 1 0 00 ) ， F e O 。的去 除率 能达 到 6 5 以 上 ， 但耗 电量大 。所 以 ， 从经 济 考虑 ， 拟 采用 永磁一 电 磁高梯度联合磁选工艺， 根据硅藻精土中 F e O。的 实际含量和产品质量要求灵活确定磁选工艺 。 1 6 硅 藻精 土 的分级 经 物理 提纯 后 的硅藻精 土 需要进 行 热风 干燥脱 水 ， 同 时 ， 由于 硅 藻 精 土 中仍 含 有 少 量 的 一 2 , m 的 黏土矿 物和粗 粒 的石英 颗 粒 ， 所 以， 通 过 对硅 藻 精 土 进一 步分级 ， 可 以得 到不 同质 量 等级 的产 品 ， S i O 。含 量在 9 5 以上且硅藻形貌完整的可 以作高端高附加 值应用的原料 ， 而较碎的硅藻粒度小 ， 这类粒级可以 通过煅烧后用作助滤剂 ， 从而可以提高经济效益 。 1 7 洗水 的净 化 回收 硅 藻 土湿 法分 选 后 的废 水 不 能 外 排 ， 应 处 理 后 循环 使用 ， 实 现洗 水 闭 路循 环 。选 矿废 水 来 源 于层 流离 心分 选机 的硅 藻精 矿和 尾矿经 过 压滤机 处 理后 的滤 液 ， 废水呈 酱 油 色 。 由于 该 废 水 呈 弱碱 性 且 含 有一定量的分散剂 ， 而且 固体颗粒粒度很细， 导致废 水浑 浊而 且长 时 间 ( 至少 1个 月 ) 不 分 层 ， 如 果 直 接 外排 将 污染环 境 。 经 B T一 1 5 0 0型离心沉降式粒度分析仪检测 ， 废 水中固体颗粒 的 D 。 为 1 0 6 g m， D 。 。 为 1 6 5 p m， 由 此可见 ， 绝 大部 分为 黏土矿 物颗 粒。废 水浓 度为 4 2 0 mg L。由于颗粒 的表 面 为 负 电荷 ， 所 以需 要 加 阳离子 型絮凝 剂 。试 验 研 究 了硫 酸 铝 、 三 氯 化铁 和 阳离子 聚丙烯 酰胺 分别 对 选 矿 废 水 的 絮凝 效 果 ， 结 果 表 明 ， 阳离 子 聚丙烯 酰胺 的 絮凝效 果较 为 明显 ， 其 用 量通 过试 验确定 为 1 L废 水需 加入 1 0 0 mI 质 量分 数 为万分 之 三 的絮 凝 剂 溶 液 。沉 淀 物 用 压滤 回收 ， 澄清液 返 回系统再 使 用 。 2提 纯工 艺设计 图 5是 硅 藻 土 湿 法 物 理 提 纯 主洗 车 间 工 艺 流 程 。中低 品位硅 藻 土 原 矿 由铲 车 装 入 原矿 仓 ， 经仓 下 的破 碎 机粉 碎 到 小 于 6 0 ram， 再 经 转运 皮 带 将 硅 藻土运 至缓 冲仓 ， 仓 下 的计 量 皮带 给料 机 以 4 5 k g rain的 速度将 硅 藻 土 给 人擦 洗 机 ， 加 一 定 量 的 水 进 行擦洗 ， 矿 浆浓 度控 制 在 2 5 3 0 左 右 ， 同 时 加 入一定 量 的分 散 剂 1 ( Na OH) ， 使 p H 值 为 9 0 ； 擦 洗后的硅藻土矿浆 自流入缓冲罐 5 ， 并加入分散剂 2 ( 六偏磷酸钠) ， 利用叶轮的旋转继续搅拌分散 ， 并加 水稀 释 ( 调 节浆 料浓 度 2 O 2 5 ) ， 再将 调 制 好 的 矿浆泵至分级筛 ， 除去石英 、 长石及碎屑等矿物后， 筛下 物 自流 进 入缓 冲罐 6 ， 再 由泵 给人 层 流 离 心 分 选机 中 ， 分 选 出硅 藻精 土和黏 土类 杂质 尾矿 ； 硅 藻颗 粒在 离心 力作 用下 沉 淀 在 离 心分 选 机 转 鼓 壁 上 ， 经 高压水 冲洗后进人精矿缓 冲罐 8 ， 再 由泵打入一段 永磁高梯度磁选机 3 ， 磁选精矿为 F e 。 O 。磁性矿物 ， 磁选尾矿为去除部分 F e 。 O 。的硅藻精土 ， 如果硅藻 精土中的 F e O 。含量仍大于 1 5 ， 则一段磁选尾 矿还 需要 进入 二段 电磁 高梯 度磁选 机 ， 非磁 性物 ( 硅 藻精土矿浆) 流人缓 冲罐 9 ， 再泵至压滤机进行压滤 脱水 ； 滤饼 由皮带输 送 机运 至干燥 车 间 ， 用 多功 能干 燥机 进行 干燥 ， 干燥 后 的硅 藻 精 土 用气 流分 级 机 进 行分级 ， 并用气力输送至成品仓 ， 由真空包装机进行 第 2期 杨小平 ，等 ：硅藻 土湿 法物理提纯工艺研究 包 装 。经 层流 离 心分选 机 分离 后 的含 细粒黏 土 杂质 的溢 流进 入溢 流 缓 冲储 罐 7后 ， 再 用 压 滤 机 进 行 压 滤脱 水 ， 滤饼 与筛 分 作 业 的 筛 上 产 物一 起 作 为建 材 配料 。压 滤后 的滤 液 流 至 浓 缩 机 ， 加 入适 量 的 絮凝 剂， 处理后 的清液进入循环水池继续使用 ， 沉淀物用 压滤 机脱 水后 用作 建材 配料 。 絮凝剂 图 5 硅 藻土湿法物理提纯主洗车 间工艺流 程 3应 用 效果 硅藻土湿法物理提纯工艺 已用于临江嘉合康宁 硅业 有 限公 司 的硅 藻 土选 矿 厂 ， 设 计生 产 能力 为 年 产硅 藻 精 土 1 2 0 0 0 t ， 要 求 硅藻 精 土 的主 要技 术 指标 为 硅 藻 含 量 9 O ， S iO ：含 量 8 6 ， 比 表 面 积2 0 m g ， 含水率 5 。在 实验室研究 的基础 上 ， 经过 工 艺设 计 、 设 备 选 型 、 厂 房 建 设 、 设 备 安 装 、 电气 布 线 和系统 调试 等环 节 ， 年 产 1 2 0 0 0 t 硅 藻 精 土 生产 线 已经 完成 ， 并 于 2 0 1 3年 8月正 式 投 入 生 产 。 在 正常 状态 下 ， 经 过取 样 、 化验 和分 析 ， 得 到 硅 藻精 土 S io 。含量 为 8 6 8 6 、 硅 藻含 量为 9 1 O 4 、 比表 面 积为 2 2 1 l m g 、 破损 率 为 6 2 7 、 A1 O 。 含 量 为 3 4 5 ， 经过 磁 选 后 F e 。 O 。含 量 为 1 4 2 ， 达 到 了 课 题任 务 书 的考 核 指标 和一 级硅 藻土 标 准 。 4 结 论 1 ) 借助先进 的分析仪器 ， 对取 自临江市六道沟 某废弃的硅藻土矿样进行了全面的分析 ， 结果发现， 蒙脱石等黏土矿物 的颗粒粒径一般小于 2 m， 石英 等 碎屑 矿 物 粒 径 大 于 7 4 m， 而 完 整 的 硅 藻 壳 体 粒 径为 1 5 4 0 m， 硅藻与杂质矿物 的粒度差异是 硅 藻土选矿的主要依据。 2 ) 硅藻和蒙脱石等黏土矿物颗粒 的表面均带负 电， 而且在弱碱性和分散剂存在下 ， 电位 的绝对值 均 增加 ， 从 而导 致 颗粒 之 间的静 电斥 力增 强 ， 加上 颗 粒表 面被 分散 剂分 子覆 盖 后 ， 减 弱 了不 同颗 粒 表 面 分子之间的范德华 力 ， 使得静电斥力 占优势 ， 因此， 尾矿 去f 燥车间 在此 条件 下有 利 于颗 粒 悬 浮 和 分 散 ， 再 借 助层 流离 心分 选机 将硅 藻与 杂质 矿物 分离 。 3 ) 在 理论 分析 和实 验 室 研 究 的基 础 上 ， 设 计 了 年产 1 2 0 0 0 t 硅藻精 土 的提纯 工艺， 完成 了设备选 型 、 厂房 建设 、 设备 安装 、 电气 布 线 和 系 统 调 试 等工 作 。经连 续 生产运 行 表 明 ， 精 矿 产 品 的各 项 指标 均 达 到 了一 级 硅藻 土 标 准和 课 题 任 务 书 的考 核 要 求 。 但是 ， 作 为全 球第 一 条 年 产万 吨级 硅 藻 精 土 的 湿法 物 理提纯 中低品位 含 黏土 硅 藻 土 的 生产 线 ， 还 有许 多不完善之处 ， 在擦洗和分离环节还需要进一步在 线优 化 。 一 参考 文献 C!a r k e J Th e o ccu r r e n ce a n d s ig n if ica n ce o f b io g e n ic o p a l in t he r e g o l i t h J E a r t h - S ci e n ce R e v i e ws ， 2 0 0 3 ， 6 0 ( 3 - 4 ) ： 1 7 5 1 9 4 郑水林 非金属 矿加工与应用 M 第二版 北 京： 化 学工 业出 版社 ， 2 0 0 9 ： 1 4 1 1 4 5 U S Ge o l o gica l Su r v e y M in e r a l Co mmo d it y S u m ma r i e s 2 0 1 4 E M U S Ge o l o g i ca l S u r v e y ， 2 0 1 4 ： 5 2 5 3 张利珍 ， 吕子虎 ， 谭秀民 ， 等 我国煤系共伴 生矿物 资源及开发 利用现状 J 中国矿业 ， 2 O l 2 ， 2 1 ( 1 1 ) ： 5 9 - 6 1 袁鹏 硅藻土的提纯及其表面羟基、 酸位研究 D 3 广 州： 中国 科学 院广州地球化学研究所 ， 2 0 0 1 郑 水林 我 国黏土 质 硅藻 土 矿 的提 纯研 究 J 非金 属 矿 ， 1 9 9 4， 1 7 ( 4) ： 2 4 5 1 Re z a i BThe b e n e f icia t io n s t u die s o f d ia t o mit e b y f l o t a t io n a n d h y d r o e y e l o n e C3 I n： I n t e r n a t i o n a l s e mi n a r o n mi n e r a l p r o ce s s in g t e ch n o l o g y， Dh a nb a d， I n d ia ， 2 0 0 5： 2 1 4 2 27 ( 下 转第 1 3 4页) 1 3 4 中 国 矿 业 第2 4 卷 这是 因为 投加 量少 时 ， 滤 料 的吸附 虽达 到饱 和 ， 但总体的吸附量比较小 ， 所以去除率较低 ； 随着投加 量 的增加 ， 滤 料的吸 附量增 加 ， 硝基 苯 的去除率 上升 ； 最高 点之 后再增 加 投入 量 ， 此 时溶 液 浓 度 已经很 低 ， 滤料 之问相互 堆积 ， 导致 总 有效 吸 附面 积减 少 ， 会 导 致 吸附率有一 个递 减 的过 程 。说 明无 限制 的增 加滤 料投加 量是不能 达到完全去 除硝 基苯 的效果 ， 反倒会 增加 运行成本 ， 最佳 的投加量 为 5 0 mg L左右 。 3 结 论 可 见经 过水热 固化 ， 滤料 的显 微 结 构 由松 散 堆 积 的棒 晶变 为微米 级 的 片状 晶 体 ， 这 些 片状 晶体 的 尺 寸 明显大 于 凹土棒 晶 ， 且 交错 生长 ， 形成 相互 交织 的网络状结构。显微结构的变化提高 了滤料的抗压 强度， 在水力搅拌情况下不易破损。由于片状结构 的生成 也使 滤料 的 比表 面积 明显 增 大 、 孔 径 略 有缩 小 。这 些变 化对 滤料 的吸 附性 能都 产生 影响 。 通过硝基苯的吸附实验 ， 发现滤料对硝基 苯的 吸附 在前 6 h处 于快 速吸 附阶段 ， 在 8 h时达到平 衡 ， 单 位 吸附 量 为 2 4 mg g ； 滤 料 对 硝 基 苯 的 吸 附 量 随 着溶液初始浓度的增加几乎成 比例增加 ； 酸性条件 下 ， 滤料对 硝基 苯 的吸 附 量 随溶 液 的 p H 值增 大 而 增大 ， 在 p H一9时 达到最 大 ， 为 2 3 7 7 mg g ， 继 续 增 大 p H， 吸附 量稳 定 在 2 3 mg g左 右 ， 为 了不 增 加 处 理 的成本 ， 处理条件仍选择 p H 一 7 ； 对低浓度 的硝 基苯溶液 ， 去除率随着滤料投加量的增加先增加 ， 当 投加量为 5 1 3 g L时去除率最大达到 9 3 ， 之后趋 于稳 定 ， 而 不会 无 限接 近 1 0 0 9 6 ， 因此 单 纯依 靠 增 加 投加 量是 不能 达到 完 全 去 除 硝基 苯 的效 果 的 ， 而 且 还会 增加 成本 。 参考 文献 1 王 丽敏， 刘振鸿 ， 王建刚 ， 等硝基苯废水 治理技术研究 进展 J 江苏环境科技 ， 2 0 0 5 ， 1 8 ( 2 ) ： 4 0 4 2 2 王海志 ， 薛冬桦 ， 徐昆 ， 等 高比表 面积极性 吸附树脂的制备及 其对硝基苯 吸附性能 的研究 J 环境科学学报 ， 2 0 1 1 ， 3 1 ( 7 ) ： 1 3 9 6 - 1 4 0 2 3 刘守新 ， 陈曦 ， 张显权 活性炭孔结构 和表 面化学性 质对吸附 硝基 苯的影 响 J 环境科学 ， 2 0 0 8 ， 2 9 ( 5 ) ： 1 1 9 2 1 1 9 6 。 4 Vi l l a ca n a s F， P e r e i r a M， Or f a o J ， e t a 1 Ad s o r p t i o n o f s i mp l e a r o ma t i c co mp o u n d s o n a ct i v a t e d ca r b o n s J J o u r n a l o f Co l l o id a n d I n t e r f a ce S c ie n c e ，2 0 0 6，2 9 3： 1 2 8 一 l 3 6 5 葛渊数 ， 朱利 中 阳一 非离 子有机膨 润土对水 中硝基 苯的吸 附 作用口 中国环境科学， 2 0 0 4 ， 2 4 ( 2 ) ： 1 9 2 1 9 5 6 谢 刚改性 凹凸棒石 处理 痕量 硝基苯 废水 J 上海环 境科 学 ， 2 0 0 8 ， 2 7 ( 6 ) ： 2 5 9 2 6 2 7 周杰 ， 刘 宁， 李云 ， 等凹凸棒石粘土 的显微结构特 征 J 硅 酸盐通报 ， 1 9 9 9 ( 6 ) ： 5 0 5 6 8 樊 国栋 ， 沈茂凹凸棒黏土的研 究及应 用进展 J 化工进展 ， 2 0 0 9， 2 8 ( 1 )： 9 9 - 1 0 6 9 L i F e n g C h e n，Ha l We i L i a n g ，Ya n g L u ，e t cS y n t h e s i s o f a n At t a pu l g it e Cl a y Ca r b o n Na n o co mp o s it e Ad s o r be n t b y a H y d r o t he r m a l Ca r b o niz a t i0 n Pr o c e s s a n d Th e ir Ap p l ic a t io n in t h e Re mo v a l o f To x i c Me t a l I o n s f r o m Wa t e r J