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—分級溢流—攪拌浸出—廂式隔膜壓濾機壓濾—離子交換—產品沉淀，設計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％。但在實際生產中，該水冶廠多年的鈾浸回差平均值為９.２％，遠超過設計指標的要求。浸回差大的根本原因是廂式隔膜壓濾機（簡稱壓濾機）的洗滌效果較差，且壓濾機的處理能力不足。針對該水冶廠壓濾工序存在的問題，為進一步提高鈾回收率，對壓濾工序生產現狀（因該水冶廠２０１５年停產，故采用２０１４年數據）進行了統計分析；并利用現場已有設備，對現有工藝進行局部改造方案研究，以達到提高壓濾機產能及提高水冶回收率的目的。

壓濾工序現狀分析

壓濾工序生產情況廂式隔膜壓濾機具有操作壓強高、適用范圍廣和便于操作等特點，廣泛應用于工業生產。廂式隔膜壓濾機屬于間歇式壓濾機，進料、過濾、洗滌、松板、卸料和合板等流程依次進行，完成一個操作循環即為壓濾一次。該水冶廠壓濾工序共有２條生產線，每條生產線配置６臺壓濾機（５用１備），采用進料、預壓榨、第一次洗滌、預壓榨、第二次洗滌、預壓榨、第三次洗滌、濾餅壓榨、松板、卸料、合板的循環運行方式，金屬洗滌效率約為９４％，與９９％的設計指標存在一定差距。該水冶廠２０１４年完成板框壓濾約１.３５萬次，統計數據見表１。可以看出，壓濾機處理能力大的月份為６月和７月，單臺壓濾機單次壓濾處理干礦石量均大于１９ｔ，而全年壓濾機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，濾布供應經常不能滿足生產要求，而濾布是板框式壓濾機的“心臟”［８］，濾布破損后沒有及時更換導致跑料嚴重，影響壓濾機進料量；

2.是液固比控制較差，根據考察及生產實際情況來看，進料液固比越大，進料時間越長；

3.是部分班次為處理浸出來料而縮短進料時間，增加了壓濾機操作的循環次數，這會影響壓濾機單次進料量。

壓濾機完成１次壓濾操作的運行時間濾布的洗滌對壓濾機運行影響較大。為保障壓濾機的正常運行，在２０１４年度生產過程中，每條生產線僅有５臺壓濾機同時運行，安排另外１臺壓濾機進行濾布拆洗、濾板沖洗及機器維護工作。連續穩定運行７２ｈ及以上的數據，可以較好地反映壓濾機生產線的單次壓濾操作時間。在總運行時間３８４ｈ內，共完成壓濾操作１２７６次，有１０臺壓濾機運行，則壓濾機完成１次壓濾操作用時３.００ｈ。

壓濾機進料時間壓濾機１個操作循環的時間稱為操作周期，其中松板、卸料和合板等時間為輔助時間，它與壓濾機結構、漿體性質、操作水平和自動化程度有關；當這些因素一定時，輔助時間為定值，而進料過濾時間是人為控制的。若進料時間過長，會導致濾餅過厚，延長濾餅洗滌時間，影響壓濾機的處理能力；相反，若進料時間過短，則需要頻繁卸渣等輔助操作，板框壓濾機處理能力同樣較小。在該水冶廠生產中，進料時間完整可用的數據共４２２次。實際操作中進料時間＜２０min或＞６０min均屬于異常進料，共１２次，占壓濾總次數比例僅為２.９％，可以直接去除。對其余４１０次壓濾機進料時間，用３倍標準偏差準則進行離群值判斷，進料時間平均值為３３min，標準偏差σ為７，根據準則∣ｔ-ｔ-∣＞３σ為異常值，即進料時間大于５４min可視為異常值，予以舍棄。按以上統計方法，進料時間２０～５３min屬于正常范圍，共４０４次，壓濾機平均進料時間為３３min。

壓濾機實際生產能力計算根據分析，在壓濾機運行工況良好的情況下，單臺壓濾機１次平均處理干礦量為１９.８ｔ，單臺壓濾機的單次運行周期為３ｈ，每天有２條壓濾生產線共１０臺壓濾機處于運行狀態，壓濾機每天處理干礦石量為２４ｈ÷３ｈ×５（臺/條）×２（條/ｄ）×１９.８（ｔ/臺）＝１５８４ｔ/ｄ。原設計每天處理干礦石量為２０００ｔ。因此在運行工況良好的情況下，壓濾機的實際生產能力為原設計的１５８４（ｔ/ｄ）÷２０００（ｔ/ｄ）×１００％＝７９.２％。

壓濾機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，可得到壓濾機洗滌效率。２０１４年共浸出金屬３７０.０１６ｔ，吸附崗位統計金屬量為３４２.８９５ｔ。２０１４年１２月３１日盤點數據（按浸出后金屬計算），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，壓濾機洗滌效率為３４８.０９５ｔ÷３７０.０１６ｔ×１００％＝９４.１％，壓濾機崗位損失金屬為３７０.０１６ｔ－３４８.０９５ｔ＝２１.９２１ｔ，壓濾機金屬回收損失率為２１.９２１ｔ÷３７０.０１６ｔ×１００％＝５.９２％。壓濾機金屬回收損失率與原設計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生產能力不足及洗滌效率較低的情況，本次設計改造方案為：

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

２）改變第一次、第二次洗滌進液方式，由對角洗滌改為中心孔進液洗滌。將壓濾機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，進濃密機進行濃密沉降，溢流液去壓濾機作為洗水或再制漿用；濃密底流采用壓濾機進行固液分離，濾液返回原壓濾機作為第二次洗水，尾渣仍使用尾礦皮帶輸送至尾礦庫。試驗表明，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）。結合相似礦山運行經驗及礦漿實際過濾試驗，在該礦壓濾機進料前添加絮凝劑，可使進料時間由３３min縮短至２８min，縮短５min。同時，第一次、第二次洗滌由對角進液改為中心孔進液洗滌后，洗滌時間可節約３min左右。通過添加絮凝劑改變濾餅性能，卸料將會更加容易，只需３～５min即可合板。

壓濾工藝改造效果

產能提高分析通過在礦山開采過程中對泥巖的剝離及絮凝劑的添加，結合對２０１４年該礦水冶廠壓濾機部分運行數據的分析，改造后單臺壓濾機的運行周期可縮短至１２３min。壓濾機的處理能力不僅與單臺壓濾機的運行周期有關，還與進料時間有關（每條線１個進料管）。單臺壓濾機運行周期為１２３min，進料時間為２８min，有２條壓濾生產線，每條按５用１備考慮，壓濾機的處理能力計算如下。按單臺壓濾機運行周期計算，壓濾機每天處理干礦石量為２４（ｈ/ｄ）×６０（min/ｈ）÷１２３min×５（臺/條）×２（條/ｄ）×１９.８（ｔ/ｄ）＝２３１８ｔ/ｄ。原設計壓濾機處理干礦石量為２０００ｔ/ｄ，改造后的生產能力為原設計能力的１１５.９％（即：２３１８÷２０００×１００％＝１１５.９％）。按壓濾機進料時間計算，壓濾機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，改造后的生產能力為原設計的１０１.８％（即：２０３６.６÷２０００×１００％＝１０１.８％）。壓濾機生產能力必須同時滿足進料時間和運行周期條件，因此該條件下壓濾機的生產能力為原設計的１０１.８％，可實現達產。２.２.２金屬回收率提高分析設計年處理６０萬ｔ礦石（原礦品位０.１３０％），尾渣含水率２０％，則產生尾渣量為７５萬ｔ（固相６０萬ｔ，液相１５萬ｔ）。２０１４年生產工藝洗液鈾質量濃度為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條件下計算回收率，按設計產能計算，優化壓濾工藝后，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成本測算測算依據：設計年處理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備情況見表７。可以看出，需一次性投入設備費用約２１２９.８萬元。２.３.２新增生產費用新增生產費用為壓濾多回收４８.８ｔ金屬產生的費用，壓濾工序前的其他各工序的化工材料不會變化，主要是增加壓濾后續生產原材料、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改造后收益分析測算依據：設計年處理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、多產出金屬產生的收益為：４８.８ｔ×６７.７（萬元/ｔ）≈３３０４萬元。提高壓濾機洗滌效率不僅提高金屬回收率，也會降低堿耗。因在試生產過程中，堿耗問題未做專題考察，此處做粗略測算。壓濾機二洗后碳酸鈉質量濃度約２２.１ｇ/L，碳酸氫鈉質量濃度約８.１ｇ/L；經測算采用制漿洗滌后，碳酸鈉、碳酸氫鈉質量濃度均可降低５０％以上，按年處理６０萬噸礦石計算，每年可回收碳酸鈉約１６５８ｔ、碳酸氫鈉約６０８ｔ，按２０１４年價格測算可節約費用約８３８萬元。結合投入及產出費用，改造后第一年即可收回全部投資，且可實現增收１３４８.８萬元（即：３３０４萬元－２１２９.８萬元－６６３.４萬元＋８３８萬元≈１３４８.８萬元，未扣除設備安裝及運輸費用）。

結論

在考慮現場實際情況的基礎上，結合類似礦山的生產數據，進行了壓濾工藝改造方案研究。測算結果表明，改造后單臺壓濾機運行周期可由目前的１８０min縮短至１２３min；按設計產能計算，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，同時可降低壓濾機作業運行周期，提升壓濾機產能。壓濾工藝改造方案需一次性投入設備費用約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，且可實現增收１３４８.８萬元。