鋰具有低熔點、高沸點、最負電位、輕質量等特征,被廣泛應用于新能源汽車、核工業、航空、醫療、等領域。鋰是新能源產業最重要的基礎原料,被譽為“21世紀新能源”。為加快實現“碳中和、碳達峰”戰略目標,我國大力發展了鋰電新能源產業,鋰原料的需求逐年遞增,鋰戰略地位不斷提高,掀起了新一輪的礦產資源爭奪熱潮[。目前,國內鋰資源的主要來源是鹽湖鋰和礦石鋰。礦石鋰主要包括鋰輝石、鋰云母、鋰長石、鐵鋰云母、鋰白云母、磷鋰鋁石等。為保障鋰電原材料的穩定市場供應,從鋰云母中提鋰,已成為獲取鋰原料的重要途徑,江西宜春地區擁有全球最大的伴生鋰云母礦[12]。在鋰云母選礦過程中,鋰云母精礦脫水環節普遍使用帶式過濾機進行脫水,精礦水分普遍大于18%,存在鋰云母精礦水分高、設備占地面積大、處理效率低等特點。宜春地區某選礦廠采用某公司生產的FFP臥式快開壓濾機對鋰云母精礦進行脫水,具有設備占地面積小、處理效率高、鋰云母精礦水分低等特點,同時,可以降低鋰云母精礦的運輸成本及下游碳酸鋰廠烘干成本。本文重點研究快開壓濾機濾布種類、循環時間、工作壓力、鋰云母精礦助濾劑類型、助濾劑用量等對鋰云母精礦水分的影響。

1試驗試樣以宜春地區某選礦廠鋰云母精礦為研究對象,該鋰云母精礦多元素化學分析結果及鋰云母精礦篩分分析結果見表1和表2。從表1和表2可知,該鋰云母精礦Li2O含量1.71%,Al2O3含量29.34%,SiO2含量47.60%。鋰云母精礦粒度<75μm含量占32.79%,<25μm含量占14.63%,使用傳統帶式過濾機脫水時存在脫水過程困難、精礦水分偏高等缺點。2FFP臥式快開壓濾機介紹快開式臥式壓濾機是一種高產能壓濾機,主要用于固液分離。FFP快開式臥式壓濾機外形如圖1所示。工作時,主要有以下步驟。

1)進料:物料通過泵輸送到壓濾機的每個過濾腔室,直到完全充滿。

2)過濾:進料壓力上升,濾餅在濾布表面形成,濾液通過收集通道排出。

3)擠壓:擠壓介質進入每個腔室后的隔膜,隔膜對濾布之間的濾餅進行擠壓,迫使濾液穿過濾布。

4)空氣干燥:壓縮空氣通過隔膜側的濾液通道,將濾餅中的水分吹干到最低。在干燥過程中,濾餅保持隔膜的擠壓狀態,可維持濾餅而不開裂。

5)管道沖洗、吹掃:管道中殘留的礦漿和水被清理處理。

6)隔膜釋放:隔膜中的擠壓空氣被完全釋放出來。

7)卸餅:大約30s時間內,所有的濾餅一次性卸出。當濾板組完全打開后,濾布振動以確保完全卸餅。

8)濾布沖洗:卸餅后,由安裝在濾板組頂部的噴淋管對濾布進行沖刷。這可以保證去除濾布表面殘留的濾餅,并確保下一個循環有良好的運行條件。快開式臥式壓濾機具有以下優勢:

1)具有設備運行效率高,開板閉板等技術時間短(<30s);

2)安裝有稱重系統,隨時計量進料量,并自動調整運行參數;

3)濾板遵循歐洲質量標準,質量可靠、邊緣易磨損部件可以拆卸更換,無需更換整個濾板;

4)卸餅后濾布自動振動,幫助卸餅并去除殘留餅渣,完全不需要人工輔助卸料,避免殘渣夾在濾板之間,導致噴漿或濾板變形;

5)自動化程度高,現場PLC可與DCS系統連接,可實現中控室觀察設備運行狀態和遠程啟停;

6)運行成本低,設備整體全自動運行,現場基本無人值守,可為客戶節約更多人工成本。

3結果與討論以宜春地區某選礦廠鋰云母精礦為研究對象,鋰云母精礦粒度<75μm含量32.79%,礦漿濃度55%。礦漿濃度決定壓濾機進料時間,礦漿濃度不變時,進料時間不變。

3.1壓濾機濾布類型條件試驗濾布是壓濾機設備中相當關鍵的一個部件,因為行業所過濾的物質不同,相對的對濾布有不同的要求,這就造成了濾布有很多類型。本文通過現場工業試驗確定一種適合鋰云母精礦脫水的濾布,在FFP臥式快開壓濾機循環時間900s(其中進料時間180s,擠壓時間330s,干燥時間360s)、工作壓力1MPa不變時,考察不同濾布類型對鋰云母精礦水分的影響。試驗結果見表3和圖2。由表3和圖2可知,使用錦綸單絲透氣率300L/(m2·min)的濾布鋰云母精礦水分最低,為15.89%,且在試驗中發現錦綸單絲濾布剝離性能較好,濾餅剝離迅速,主要原因是錦綸單絲濾布的過濾準確性和精度都比較高,可以過濾掉直徑為1μm的微小顆粒,這將有利于延長濾布使用周期、提升壓濾機工作效率。

3.2壓濾機循環時間條件試驗臥式快開壓濾機采用錦綸單絲透氣率300L/(m2·min)濾布、工作壓力1MPa不變時,考察壓濾機循環時間對鋰云母精礦水分的影響。試驗結果見表4和圖3。由表4和圖3可知,由于礦漿濃度較為一致,則進料和過濾時間相同,隨著擠壓時間、干燥時間的增加,鋰云母精礦水分降低。當循環總時間超過930s時,鋰云母精礦水分降低不明顯。綜合考慮,選擇循環時間930s作為壓濾機的工作參數,此時鋰云母精礦水分為15.32%。

3.3快開壓濾機工作壓力條件試驗FFP臥式快開壓濾機采用錦綸單絲透氣率300L/(m2·min)濾布、循環時間930s(其中擠壓時間345s,干燥時間375s)不變時,考察壓濾機工作壓力對鋰云母精礦水分的影響。試驗結果見表5和圖4。由表5和圖4可知,隨著工作壓力的增加,鋰云母精礦水分降低。當壓濾機工作壓力超過1.1MPa時,精礦水分降低緩慢,綜合考慮,確定工作壓力1.1MPa作為壓濾機的工作參數,此時鋰云母精礦水分為15%。

3.4鋰云母精礦助濾劑類型條件試ce驗ntrateFFP臥式快開壓濾機濾布種類、循環時間、工作壓力等設備參數確定后,研究助濾劑類型、助濾劑用量對鋰云母精礦水分的影響。先考察助濾劑類型對鋰云母精礦水分的影響。選用無機助濾劑聚合氯化鋁、有機助濾劑840、有機助濾劑320進行助濾對比試驗。在同等用量500g/t情況下,考察助濾劑種類對鋰云母精礦水分的影響。試驗結果見圖5。由圖5可知,在同等用量500g/t情況下,使聚合氯化鋁時,鋰云母精礦水分13用.79%。助濾效果聚合氯化鋁>有機助濾劑320>有機助濾劑840,這是因為聚合氯化鋁分子鏈固定在不同的細顆粒或者極細顆粒表面上,各細顆粒或者極細顆粒之間形成聚合物的橋形成聚集體,在過濾過程中聚集體不會造成濾布的濾孔堵塞,同時濾餅的剝離性較好,濾布的使用周期較長。

3.5鋰云母精礦助濾劑用量條件試驗FFP臥式快開壓濾機使用錦綸單絲透氣率300L/(m2·min)濾布、循環時間930s、工作壓力1.1MPa、助濾劑使用聚合氯化鋁,考察聚合氯化鋁用量對鋰云母精礦水分的影響。試驗結果見表6和圖6。從表6和圖6可知,隨著聚合氯化鋁用量增加,鋰云母精礦水分降低。在聚合氯化鋁用量大于450g/t時,鋰云母精礦水分降低速率較小,考慮成本等因素,選擇聚合氯化鋁用量450g/t,此時鋰云母精礦水分13.80%。3.6FFP臥式快開壓濾機與傳統帶式過濾機對比分析按照鋰云母精礦743.75t/h(干噸)選型計算,FFP臥式快開壓濾機與傳統帶式過濾機對比分析見表7。由表7可知,FFP臥式快開壓濾機具有設備占地面積小、脫水效率高、自動化程度高、節約運輸成本等特點。

4結論

1)以宜春地區某選礦廠鋰云母精礦為研究對象,通過對FFP臥式快開壓濾機濾布種類、循環時間、工作壓力、鋰云母精礦助濾劑類型、助濾劑用量研究,試驗結果表明FFP臥式快開壓濾機使用錦綸單絲透氣率300L/(m2·min)濾布、循環時間930s、工作壓力1.1MPa、助濾劑使用聚合氯化鋁450g/t時,鋰云母精礦水分為13.80%。

2)鋰云母精礦助濾劑條件試驗中,聚合氯化鋁對鋰云母精礦水分降低效果最好,助濾效果聚合氯化鋁>有機助濾劑320>有機助濾劑840。這是因為聚合氯化鋁分子鏈固定在不同的細顆粒或者極細顆粒表面上,各細顆粒或者極細顆粒之間形成聚合物的橋形成聚集體,在過濾過程中聚集體不會造成濾布的濾孔堵塞,同時濾餅的剝離性較好,濾布的使用周期較長。3)相比帶式過濾機,宜春地區某選礦廠使用的FFP臥式快開壓濾機具有設備占地面積小、脫水效率高、自動化程度高、節約運輸成本等特點,解決了宜春地區鋰云母精礦水分偏高的行業難題,系首次在鋰云母選礦行業中大規模成功應用,在行業中具有十分重要的示范意義,未來應用前景廣闊。

作者：郭 偉,陳一鋒,謝 添,唐立靖