引言

鈾水冶廠采用堿法攪拌浸出處理砂巖型鈾礦石，主要工藝流程為：礦石破碎—磨礦—分級(jí)溢流—攪拌浸出—廂式隔膜壓濾機(jī)壓濾—離子交換—產(chǎn)品沉淀，設(shè)計(jì)要求鈾金屬浸出率大于９０％、水冶過程鈾總回收率大于８７％、浸回差（鈾金屬浸出率與鈾回收率的差）小于３％。但在實(shí)際生產(chǎn)中，該水冶廠多年的鈾浸回差平均值為９.２％，遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求。浸回差大的根本原因是廂式隔膜壓濾機(jī)（簡(jiǎn)稱壓濾機(jī)）的洗滌效果較差，且壓濾機(jī)的處理能力不足。針對(duì)該水冶廠壓濾工序存在的問題，為進(jìn)一步提高鈾回收率，對(duì)壓濾工序生產(chǎn)現(xiàn)狀（因該水冶廠２０１５年停產(chǎn)，故采用２０１４年數(shù)據(jù)）進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析；并利用現(xiàn)場(chǎng)已有設(shè)備，對(duì)現(xiàn)有工藝進(jìn)行局部改造方案研究，以達(dá)到提高壓濾機(jī)產(chǎn)能及提高水冶回收率的目的。

壓濾工序現(xiàn)狀分析

壓濾工序生產(chǎn)情況廂式隔膜壓濾機(jī)具有操作壓強(qiáng)高、適用范圍廣和便于操作等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。廂式隔膜壓濾機(jī)屬于間歇式壓濾機(jī)，進(jìn)料、過濾、洗滌、松板、卸料和合板等流程依次進(jìn)行，完成一個(gè)操作循環(huán)即為壓濾一次。該水冶廠壓濾工序共有２條生產(chǎn)線，每條生產(chǎn)線配置６臺(tái)壓濾機(jī)（５用１備），采用進(jìn)料、預(yù)壓榨、第一次洗滌、預(yù)壓榨、第二次洗滌、預(yù)壓榨、第三次洗滌、濾餅壓榨、松板、卸料、合板的循環(huán)運(yùn)行方式，金屬洗滌效率約為９４％，與９９％的設(shè)計(jì)指標(biāo)存在一定差距。該水冶廠２０１４年完成板框壓濾約１.３５萬次，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表１。可以看出，壓濾機(jī)處理能力大的月份為６月和７月，單臺(tái)壓濾機(jī)單次壓濾處理干礦石量均大于１９ｔ，而全年壓濾機(jī)平均單次處理干礦石量只有１５.５０ｔ。

主要原因分析如下：

1.受礦山條件限制，濾布供應(yīng)經(jīng)常不能滿足生產(chǎn)要求，而濾布是板框式壓濾機(jī)的“心臟”［８］，濾布破損后沒有及時(shí)更換導(dǎo)致跑料嚴(yán)重，影響壓濾機(jī)進(jìn)料量；

2.是液固比控制較差，根據(jù)考察及生產(chǎn)實(shí)際情況來看，進(jìn)料液固比越大，進(jìn)料時(shí)間越長；

3.是部分班次為處理浸出來料而縮短進(jìn)料時(shí)間，增加了壓濾機(jī)操作的循環(huán)次數(shù)，這會(huì)影響壓濾機(jī)單次進(jìn)料量。

壓濾機(jī)完成１次壓濾操作的運(yùn)行時(shí)間濾布的洗滌對(duì)壓濾機(jī)運(yùn)行影響較大。為保障壓濾機(jī)的正常運(yùn)行，在２０１４年度生產(chǎn)過程中，每條生產(chǎn)線僅有５臺(tái)壓濾機(jī)同時(shí)運(yùn)行，安排另外１臺(tái)壓濾機(jī)進(jìn)行濾布拆洗、濾板沖洗及機(jī)器維護(hù)工作。連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行７２ｈ及以上的數(shù)據(jù)，可以較好地反映壓濾機(jī)生產(chǎn)線的單次壓濾操作時(shí)間。在總運(yùn)行時(shí)間３８４ｈ內(nèi)，共完成壓濾操作１２７６次，有１０臺(tái)壓濾機(jī)運(yùn)行，則壓濾機(jī)完成１次壓濾操作用時(shí)３.００ｈ。

壓濾機(jī)進(jìn)料時(shí)間壓濾機(jī)１個(gè)操作循環(huán)的時(shí)間稱為操作周期，其中松板、卸料和合板等時(shí)間為輔助時(shí)間，它與壓濾機(jī)結(jié)構(gòu)、漿體性質(zhì)、操作水平和自動(dòng)化程度有關(guān)；當(dāng)這些因素一定時(shí)，輔助時(shí)間為定值，而進(jìn)料過濾時(shí)間是人為控制的。若進(jìn)料時(shí)間過長，會(huì)導(dǎo)致濾餅過厚，延長濾餅洗滌時(shí)間，影響壓濾機(jī)的處理能力；相反，若進(jìn)料時(shí)間過短，則需要頻繁卸渣等輔助操作，板框壓濾機(jī)處理能力同樣較小。在該水冶廠生產(chǎn)中，進(jìn)料時(shí)間完整可用的數(shù)據(jù)共４２２次。實(shí)際操作中進(jìn)料時(shí)間＜２０min或＞６０min均屬于異常進(jìn)料，共１２次，占?jí)簽V總次數(shù)比例僅為２.９％，可以直接去除。對(duì)其余４１０次壓濾機(jī)進(jìn)料時(shí)間，用３倍標(biāo)準(zhǔn)偏差準(zhǔn)則進(jìn)行離群值判斷，進(jìn)料時(shí)間平均值為３３min，標(biāo)準(zhǔn)偏差σ為７，根據(jù)準(zhǔn)則∣ｔ-ｔ-∣＞３σ為異常值，即進(jìn)料時(shí)間大于５４min可視為異常值，予以舍棄。按以上統(tǒng)計(jì)方法，進(jìn)料時(shí)間２０～５３min屬于正常范圍，共４０４次，壓濾機(jī)平均進(jìn)料時(shí)間為３３min。

壓濾機(jī)實(shí)際生產(chǎn)能力計(jì)算根據(jù)分析，在壓濾機(jī)運(yùn)行工況良好的情況下，單臺(tái)壓濾機(jī)１次平均處理干礦量為１９.８ｔ，單臺(tái)壓濾機(jī)的單次運(yùn)行周期為３ｈ，每天有２條壓濾生產(chǎn)線共１０臺(tái)壓濾機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)，壓濾機(jī)每天處理干礦石量為２４ｈ÷３ｈ×５（臺(tái)/條）×２（條/ｄ）×１９.８（ｔ/臺(tái)）＝１５８４ｔ/ｄ。原設(shè)計(jì)每天處理干礦石量為２０００ｔ。因此在運(yùn)行工況良好的情況下，壓濾機(jī)的實(shí)際生產(chǎn)能力為原設(shè)計(jì)的１５８４（ｔ/ｄ）÷２０００（ｔ/ｄ）×１００％＝７９.２％。

壓濾機(jī)洗滌效率及回收率通過２０１４年吸附原液金屬量除以浸出金屬量，可得到壓濾機(jī)洗滌效率。２０１４年共浸出金屬３７０.０１６ｔ，吸附崗位統(tǒng)計(jì)金屬量為３４２.８９５ｔ。２０１４年１２月３１日盤點(diǎn)數(shù)據(jù)（按浸出后金屬計(jì)算），流程中的金屬為５.２００ｔ（除沉淀崗位），則全年共吸附金屬為３４２.８９５ｔ＋５.２００ｔ＝３４８.０９５ｔ，壓濾機(jī)洗滌效率為３４８.０９５ｔ÷３７０.０１６ｔ×１００％＝９４.１％，壓濾機(jī)崗位損失金屬為３７０.０１６ｔ－３４８.０９５ｔ＝２１.９２１ｔ，壓濾機(jī)金屬回收損失率為２１.９２１ｔ÷３７０.０１６ｔ×１００％＝５.９２％。壓濾機(jī)金屬回收損失率與原設(shè)計(jì)３％的浸回差相比，超出了２.９２％。

壓濾工藝改造方案研究

壓濾工藝改造方案鑒于目前壓濾機(jī)生產(chǎn)能力不足及洗滌效率較低的情況，本次設(shè)計(jì)改造方案為：

１）浸出礦漿進(jìn)壓濾機(jī)，其中第一次、第二次洗滌仍采用壓濾機(jī)機(jī)洗方式，第三次洗滌調(diào)整為再制漿洗滌、濃密沉降方式；

２）改變第一次、第二次洗滌進(jìn)液方式，由對(duì)角洗滌改為中心孔進(jìn)液洗滌。將壓濾機(jī)第二次洗滌后的濾餅，用吸附尾液制漿（液固比為２∶１）并添加絮凝劑后，進(jìn)濃密機(jī)進(jìn)行濃密沉降，溢流液去壓濾機(jī)作為洗水或再制漿用；濃密底流采用壓濾機(jī)進(jìn)行固液分離，濾液返回原壓濾機(jī)作為第二次洗水，尾渣仍使用尾礦皮帶輸送至尾礦庫。試驗(yàn)表明，在相同條件下未添加絮凝劑的礦漿采用布氏漏斗抽濾，用時(shí)約２５min；添加絮凝劑的礦漿，１０min即可抽干（自然過濾約２min礦漿表面即無積液）。結(jié)合相似礦山運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及礦漿實(shí)際過濾試驗(yàn)，在該礦壓濾機(jī)進(jìn)料前添加絮凝劑，可使進(jìn)料時(shí)間由３３min縮短至２８min，縮短５min。同時(shí)，第一次、第二次洗滌由對(duì)角進(jìn)液改為中心孔進(jìn)液洗滌后，洗滌時(shí)間可節(jié)約３min左右。通過添加絮凝劑改變?yōu)V餅性能，卸料將會(huì)更加容易，只需３～５min即可合板。

壓濾工藝改造效果

產(chǎn)能提高分析通過在礦山開采過程中對(duì)泥巖的剝離及絮凝劑的添加，結(jié)合對(duì)２０１４年該礦水冶廠壓濾機(jī)部分運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析，改造后單臺(tái)壓濾機(jī)的運(yùn)行周期可縮短至１２３min。壓濾機(jī)的處理能力不僅與單臺(tái)壓濾機(jī)的運(yùn)行周期有關(guān)，還與進(jìn)料時(shí)間有關(guān)（每條線１個(gè)進(jìn)料管）。單臺(tái)壓濾機(jī)運(yùn)行周期為１２３min，進(jìn)料時(shí)間為２８min，有２條壓濾生產(chǎn)線，每條按５用１備考慮，壓濾機(jī)的處理能力計(jì)算如下。按單臺(tái)壓濾機(jī)運(yùn)行周期計(jì)算，壓濾機(jī)每天處理干礦石量為２４（ｈ/ｄ）×６０（min/ｈ）÷１２３min×５（臺(tái)/條）×２（條/ｄ）×１９.８（ｔ/ｄ）＝２３１８ｔ/ｄ。原設(shè)計(jì)壓濾機(jī)處理干礦石量為２０００ｔ/ｄ，改造后的生產(chǎn)能力為原設(shè)計(jì)能力的１１５.９％（即：２３１８÷２０００×１００％＝１１５.９％）。按壓濾機(jī)進(jìn)料時(shí)間計(jì)算，壓濾機(jī)每天處理干礦石量為２４（ｈ/ｄ）×６０（min/ｈ）÷２８（min/條）×２（條/ｄ）×１９.８（ｔ/ｄ）＝２０３６.６ｔ/ｄ，改造后的生產(chǎn)能力為原設(shè)計(jì)的１０１.８％（即：２０３６.６÷２０００×１００％＝１０１.８％）。壓濾機(jī)生產(chǎn)能力必須同時(shí)滿足進(jìn)料時(shí)間和運(yùn)行周期條件，因此該條件下壓濾機(jī)的生產(chǎn)能力為原設(shè)計(jì)的１０１.８％，可實(shí)現(xiàn)達(dá)產(chǎn)。２.２.２金屬回收率提高分析設(shè)計(jì)年處理６０萬ｔ礦石（原礦品位０.１３０％），尾渣含水率２０％，則產(chǎn)生尾渣量為７５萬ｔ（固相６０萬ｔ，液相１５萬ｔ）。２０１４年生產(chǎn)工藝洗液鈾質(zhì)量濃度為４１１.０ｍｇ/L，濾餅液相中的金屬量為６１.６５ｔ，回收率損失為７.９０％。根據(jù)改造后的壓濾工藝，在制漿液固比分別為２∶１、１.５∶１條件下計(jì)算回收率，按設(shè)計(jì)產(chǎn)能計(jì)算，優(yōu)化壓濾工藝后，按２∶１液固比制漿，壓濾崗位回收率提高約６.２５％，每年多回收金屬約４８.８ｔ；按１.５∶１液固比制漿，壓濾崗位回收率提高約５.７０％；每年多回收金屬約４４.５ｔ。

改造固定投資及新增生產(chǎn)成本測(cè)算測(cè)算依據(jù)：設(shè)計(jì)年處理６０萬ｔ礦石（原礦品位０.１３０％）；壓濾工藝按２∶１液固比制漿。２.３.１固定投資新增主要工藝設(shè)備情況見表７。可以看出，需一次性投入設(shè)備費(fèi)用約２１２９.８萬元。２.３.２新增生產(chǎn)費(fèi)用新增生產(chǎn)費(fèi)用為壓濾多回收４８.８ｔ金屬產(chǎn)生的費(fèi)用，壓濾工序前的其他各工序的化工材料不會(huì)變化，主要是增加壓濾后續(xù)生產(chǎn)原材料、電力、人力及其他成本，具體見表８。可以看出，每年需新增人力、材料成本約６６３.３４萬元。２.４改造后收益分析測(cè)算依據(jù)：設(shè)計(jì)年處理６０萬ｔ礦石（原礦品位０.１３０％）；壓濾工藝按２∶１液固比制漿，每年多回收金屬約４８.８ｔ。以４０美元/磅Ｕ３Ｏ８、人民幣兌美元匯率按６.５∶１估算，折合得出６７.７萬元/ｔ金屬。則每年因提高回收率、多產(chǎn)出金屬產(chǎn)生的收益為：４８.８ｔ×６７.７（萬元/ｔ）≈３３０４萬元。提高壓濾機(jī)洗滌效率不僅提高金屬回收率，也會(huì)降低堿耗。因在試生產(chǎn)過程中，堿耗問題未做專題考察，此處做粗略測(cè)算。壓濾機(jī)二洗后碳酸鈉質(zhì)量濃度約２２.１ｇ/L，碳酸氫鈉質(zhì)量濃度約８.１ｇ/L；經(jīng)測(cè)算采用制漿洗滌后，碳酸鈉、碳酸氫鈉質(zhì)量濃度均可降低５０％以上，按年處理６０萬噸礦石計(jì)算，每年可回收碳酸鈉約１６５８ｔ、碳酸氫鈉約６０８ｔ，按２０１４年價(jià)格測(cè)算可節(jié)約費(fèi)用約８３８萬元。結(jié)合投入及產(chǎn)出費(fèi)用，改造后第一年即可收回全部投資，且可實(shí)現(xiàn)增收１３４８.８萬元（即：３３０４萬元－２１２９.８萬元－６６３.４萬元＋８３８萬元≈１３４８.８萬元，未扣除設(shè)備安裝及運(yùn)輸費(fèi)用）。

結(jié)論

在考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況的基礎(chǔ)上，結(jié)合類似礦山的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行了壓濾工藝改造方案研究。測(cè)算結(jié)果表明，改造后單臺(tái)壓濾機(jī)運(yùn)行周期可由目前的１８０min縮短至１２３min；按設(shè)計(jì)產(chǎn)能計(jì)算，每年可多回收金屬約４８.８ｔ，提高金屬回收率約６.２５％。此改造方案可提高濾餅洗滌效率，增加回收率，同時(shí)可降低壓濾機(jī)作業(yè)運(yùn)行周期，提升壓濾機(jī)產(chǎn)能。壓濾工藝改造方案需一次性投入設(shè)備費(fèi)用約２１２９.８萬元，每年需新增人力、原材料成本約６６３.４萬元，改造后第一年即可收回全部投資，且可實(shí)現(xiàn)增收１３４８.８萬元。