郭志峰(神華準(zhǔn)能資源綜合開發(fā)有限公司，內(nèi)蒙古 薛家灣 010300)

赤泥分離洗滌用過濾機(jī)的綜合效益分析

郭志峰(神華準(zhǔn)能資源綜合開發(fā)有限公司，內(nèi)蒙古 薛家灣 010300)

文章主要對(duì)赤泥分離洗滌用各種類型的過濾機(jī)進(jìn)行了一個(gè)全面、綜合的效益分析，對(duì)目前各大氧化鋁廠廣泛使用的各種赤泥過濾機(jī)的操作條件、適用范圍、優(yōu)缺點(diǎn)、運(yùn)行成本、過濾效率、運(yùn)行周期和應(yīng)用現(xiàn)狀等主要性能參數(shù)進(jìn)行了一個(gè)詳細(xì)的綜述研究，并對(duì)各種類型過濾機(jī)的選型依據(jù)進(jìn)行了探討。

過濾機(jī)；赤泥；分離洗滌；綜合效益

過濾機(jī)是實(shí)現(xiàn)氧化鋁廠赤泥分離洗滌的關(guān)鍵性設(shè)備，其種類繁多，按過濾的推動(dòng)力來分類，其可以分為真空過濾機(jī)、加壓過濾機(jī)和離心過濾機(jī)三大類[1]。過濾機(jī)的選型至關(guān)重要,不同類型的過濾機(jī)不僅適用范圍不一樣，而且選型不當(dāng)還會(huì)導(dǎo)致過濾機(jī)在低效下運(yùn)行,生產(chǎn)能力達(dá)不到要求,過濾質(zhì)量不穩(wěn)定,操作費(fèi)用高，給生產(chǎn)造成損失。為了全面系統(tǒng)的了解不同種類的過濾機(jī)在赤泥分離洗滌方面各自的優(yōu)越性，現(xiàn)就赤泥分離洗滌常用的各種過濾機(jī)的綜合效益進(jìn)行一個(gè)全面的分析比較。

目前，我國(guó)氧化鋁廠大部分采用燒結(jié)法或聯(lián)合法生產(chǎn)氧化鋁，工藝技術(shù)日趨成熟，但是，與國(guó)外采用拜耳法生產(chǎn)氧化鋁相比，普遍存在著產(chǎn)出率低、能耗高等缺點(diǎn)。因此，要和用拜耳法生產(chǎn)的氧化鋁相抗衡，就必須提高產(chǎn)出率、降低能源消耗。眾所周知，在燒結(jié)法氧化鋁生產(chǎn)中，熟料溶出后，赤泥如果不能快速進(jìn)行液固分離，鋁酸鈉溶液就會(huì)和赤泥中的原硅酸鈣發(fā)生反應(yīng)，造成氧化鋁損失，即氧化鋁生產(chǎn)上所說的二次反應(yīng)。試驗(yàn)研究表明，熟料在溶出時(shí)，氧化鋁溶出在15min內(nèi)即達(dá)到最高值，以后隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，氧化鋁的溶出率將逐漸下降，在3h左右損失3%以上。因此，為了提高氧化鋁的溶出率，在溶出后，要求赤泥分離一般在3h內(nèi)快速完成[2]。在我國(guó)傳統(tǒng)燒結(jié)法氧化鋁生產(chǎn)中，赤泥分離工藝采用的設(shè)備主要為沉降槽，這類設(shè)備雖然操作簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟，但是，分離洗滌時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)物料的適應(yīng)性不強(qiáng)，粗液氧化鋁濃度一般在120g.L-1左右，氧化鋁濃度再提高就會(huì)導(dǎo)致溶液粘度的增大，使得赤泥的沉降性能變差，難以完成赤泥的分離洗滌。另外，采用沉降槽進(jìn)行赤泥的分離洗滌還會(huì)向系統(tǒng)中引入大量的洗水，使得后續(xù)的蒸發(fā)工序能耗增加。因而，選擇先進(jìn)合理的赤泥快速分離工藝技術(shù)及設(shè)備，一直是燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁的重要課題之一。近年來隨著液-固分離技術(shù)的發(fā)展，各種新型過濾機(jī)在氧化鋁廠赤泥分離洗滌中得到了廣泛的應(yīng)用，極大地提高了氧化鋁廠赤泥的處理速度和能力，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。因此，我們就各種過濾機(jī)在氧化鋁廠赤泥分離洗滌應(yīng)用上的綜合效益進(jìn)行一個(gè)全面的分析比較。

1 真空過濾機(jī)綜合經(jīng)濟(jì)效益分析

真空過濾機(jī)是以真空負(fù)壓為推動(dòng)力實(shí)現(xiàn)固液分離的設(shè)備，在結(jié)構(gòu)上，過濾區(qū)段沿水平長(zhǎng)度方向布置，可以連續(xù)完成過濾、洗滌、吸干、濾布再生等作業(yè)。在氧化鋁廠赤泥分離洗滌工序中采用最多的真空過濾機(jī)主要為轉(zhuǎn)鼓真空過濾機(jī)、翻盤真空過濾機(jī)和立盤真空過濾機(jī)這幾種。下面就這幾種真空過濾機(jī)在氧化鋁廠赤泥分離洗滌應(yīng)用上的綜合效益進(jìn)行一個(gè)全面的分析。

1.1 轉(zhuǎn)鼓真空過濾機(jī)

轉(zhuǎn)鼓真空過濾機(jī)是指過濾、脫水、洗滌、卸餅、濾布再生等各項(xiàng)操作工序同時(shí)在轉(zhuǎn)鼓的不同部位上進(jìn)行，轉(zhuǎn)鼓每回轉(zhuǎn)一圈，完成一個(gè)操作循環(huán)。此設(shè)備的過濾推動(dòng)力為真空，50-80kPa左右。轉(zhuǎn)鼓真空過濾機(jī)主要由過濾轉(zhuǎn)鼓、帶有攪拌器的濾槽、分配頭、卸料機(jī)構(gòu)、洗滌裝置和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等所組成。轉(zhuǎn)鼓真空過濾機(jī)在過濾時(shí)，轉(zhuǎn)鼓一部分浸在料漿中，由原動(dòng)機(jī)通過減速裝置帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。整個(gè)轉(zhuǎn)鼓大致可分為四個(gè)工作區(qū)域，分別為過濾區(qū)、洗滌及脫水區(qū)、卸料區(qū)和再生區(qū)。

目前，國(guó)內(nèi)氧化鋁廠主要使用新型100m2轉(zhuǎn)鼓真空過濾機(jī)用于赤泥的過濾，如中國(guó)鋁業(yè)山西分公司拜耳法赤泥過濾使用6臺(tái)100m2真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)，主體設(shè)備引進(jìn)法國(guó)道爾公司[3]。中國(guó)鋁業(yè)山東分公司拜爾法和燒結(jié)法生產(chǎn)赤泥過濾中則是使用了國(guó)產(chǎn)新型100m2轉(zhuǎn)鼓真空過濾機(jī)[4]。單臺(tái)l00m3轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)的產(chǎn)能已經(jīng)超過了3臺(tái)40m2轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)的產(chǎn)能，濾餅的含水率也比較低[5]。實(shí)踐證明，100m3轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)提高了過濾效率和設(shè)備生產(chǎn)能力，減少了堿液浪費(fèi)，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，是值得推廣的高效真空赤泥過濾設(shè)備。

從各大氧化鋁廠使用轉(zhuǎn)鼓真空過濾機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀來看，轉(zhuǎn)鼓真空過濾機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占地面積小、處理量大、價(jià)格低、維修工作量小、初期投資比其他脫水方式低等諸多優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)階段氧化鋁廠赤泥過濾應(yīng)用最普遍的設(shè)備之一。

1.2 翻盤真空過濾機(jī)

翻盤真空過濾機(jī)是在水平回轉(zhuǎn)圓盤上徑向設(shè)置多個(gè)獨(dú)立扇形濾盤，且濾盤能繞自身徑向軸線翻轉(zhuǎn)卸渣的一種真空過濾機(jī)，也稱之為水平旋轉(zhuǎn)翻盤真空過濾機(jī)。該機(jī)適用于分離濃度較高（含固量在20%）、密度大、固相顆粒粗且不均勻的懸浮液，尤其適用于要求濾布再生方便及濾餅需進(jìn)行充分洗滌的場(chǎng)合，廣泛應(yīng)用于濕法冶金、氧化鋁生產(chǎn)、化工等部門。

在大型氧化鋁廠赤泥分離洗滌工序中，翻盤真空過濾機(jī)的應(yīng)用還不是非常廣泛。中國(guó)鋁業(yè)河南分公司曾對(duì)翻盤真空過濾機(jī)對(duì)赤泥的過濾洗滌進(jìn)行了專門的工業(yè)化試驗(yàn)，試驗(yàn)表明翻盤真空過濾機(jī)作為一種快速分離設(shè)備在理論上可以實(shí)現(xiàn)對(duì)氧化鋁廠赤泥的快速分離，且對(duì)氧化鋁溶出率、濾餅含水率等指標(biāo)的控制也較好，可以滿足高濃度溶出的要求，是一種比較好的快速分離設(shè)備。但是，存在產(chǎn)能過低、濾布使用壽命短、占地面積大、轉(zhuǎn)盤易被腐蝕等缺點(diǎn)，如果能進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)，提高產(chǎn)能，改進(jìn)換布方式，減輕換布時(shí)的勞動(dòng)強(qiáng)度，對(duì)轉(zhuǎn)盤噴涂防腐材料防止腐蝕，翻盤真空過濾機(jī)將會(huì)在氧化鋁的生產(chǎn)中得到大規(guī)模應(yīng)用[6]。

1.3 立盤真空過濾機(jī)

立盤真空過濾機(jī)是由數(shù)個(gè)過濾圓盤裝在一根水平空心軸上的真空過濾機(jī)。它能過濾密度小，不易沉淀的料漿。不論料漿是否有黏性，只要其固相濃度為1%～20%，且在2min內(nèi)能在過濾表面均勻地形成3mm以上厚度的濾餅，都能進(jìn)行過濾。因此，該設(shè)備廣泛應(yīng)用于采礦、煤炭、冶金和水泥、輕工等方面的大規(guī)模生產(chǎn)。

立盤真空過濾機(jī)與轉(zhuǎn)鼓真空過濾機(jī)相比，具有結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、單位過濾面積造價(jià)低、單位產(chǎn)量耗電少、可不設(shè)攪拌裝置、更換濾布方便等特點(diǎn)。其缺點(diǎn)為濾餅洗滌困難、甚至不能洗滌、濾餅厚度不均、易于龜裂、濾餅含濕量較高、濾布易堵塞等。

目前，立盤真空過濾機(jī)廣泛應(yīng)用于各大氧化鋁廠種分工序后氫氧化鋁種子的過濾，在赤泥的過濾中應(yīng)用還不是很多，究其原因，主要是因?yàn)榱⒈P真空過濾機(jī)對(duì)赤泥不能進(jìn)行洗滌，同時(shí)赤泥也容易堵塞濾布。然而，立盤真空過濾機(jī)在高鐵赤泥的除砂方面卻具有非常好的用途，通過特殊的設(shè)計(jì)，立盤真空過濾機(jī)可以將氧化鋁廠高鐵赤泥中顆粒比較大的、主要成分為氧化鐵的赤泥砂分選出來，立盤過濾機(jī)在赤泥排砂工序中的應(yīng)用效果表明，大約占赤泥總量一半的赤泥砂可被高效的分離排除，分離出的赤泥砂中的含鐵量在30%～45%，總體的減排效果和經(jīng)濟(jì)價(jià)值都非?？捎^[7]。

2 加壓過濾機(jī)綜合經(jīng)濟(jì)效益分析

根據(jù)結(jié)構(gòu)形式，可將現(xiàn)有加壓過濾機(jī)分為：板框式壓濾機(jī)、廂式壓濾機(jī)、加壓葉濾機(jī)、圓盤加壓過濾機(jī)、帶式壓濾機(jī)和氣壓罐式連續(xù)壓濾機(jī)等。其中在氧化鋁廠赤泥分離洗滌工序中通常使用的是板框式壓濾機(jī)和圓盤加壓過濾機(jī)這兩種過濾機(jī)。加壓過濾技術(shù)因其高效節(jié)能、全自動(dòng)操作的特性受到用戶的普遍認(rèn)同，有效地解決了真空過濾機(jī)長(zhǎng)期存在的生產(chǎn)能力低，濾餅水分高的弊病。其主要特點(diǎn)是：

具有較高的生產(chǎn)能力，較低的濾餅水分，能耗低，節(jié)省了大量的電力，

具有很高的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

2.1 板框式壓濾機(jī)

板框加壓過濾機(jī)是指由濾框、過濾介質(zhì)和濾板交替排列組成濾室的加壓過濾設(shè)備，簡(jiǎn)稱板框式壓濾機(jī)。它可以分為臥式板框壓濾機(jī)和立式自動(dòng)板框壓濾機(jī)這兩大類。板框式壓濾機(jī)是目前應(yīng)用最多且最成功的壓濾設(shè)備，在氧化鋁廠赤泥分離工序中得到了非常廣泛的應(yīng)用。近年來，隨著國(guó)家對(duì)企業(yè)的環(huán)保要求越來越嚴(yán)格，板框壓濾機(jī)由于可以實(shí)現(xiàn)赤泥的干法排放，在赤泥分離中的優(yōu)勢(shì)越來越明顯，眾多氧化鋁廠采用了板框壓濾機(jī)對(duì)赤泥進(jìn)行過濾，如河南中美鋁業(yè)有限公司采用5臺(tái)KXF250/1500型快開式板框壓濾機(jī)對(duì)赤泥進(jìn)行過濾處理，是國(guó)內(nèi)拜耳法氧化鋁生產(chǎn)中第一家完全采用干排法處理赤泥的企業(yè)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益[8]。目前，在氧化鋁廠赤泥分離洗滌中主要使用的是立式自動(dòng)板框壓濾機(jī)，LAROX PF型自動(dòng)壓濾機(jī)在赤泥分離洗滌中應(yīng)用最廣，該機(jī)是一種立式、壓榨型、濾布全行走式全自動(dòng)壓濾機(jī)，此外，LAROX PF型自動(dòng)壓濾機(jī)還具有如下優(yōu)點(diǎn)：壓榨力可達(dá)1.6MPa，濾餅殘余水分含量很低，可用于赤泥脫水，一般可使赤泥濾餅水分降至10%以下，可取消干燥工序，從而達(dá)到簡(jiǎn)化工藝流程、降低投資、節(jié)省能源、改善操作環(huán)境和降低運(yùn)行與維護(hù)費(fèi)用等目的。其次，該過濾機(jī)也可采用逆流或順流洗滌，洗滌均勻，洗滌效率高于其他任何洗滌系統(tǒng)，洗滌液耗量低、循環(huán)量減少。洗滌液耗量低使得引入系統(tǒng)的水量減少，從而可大幅降低能耗。目前，我國(guó)已引進(jìn)了LAROX公司PF型自動(dòng)壓濾機(jī)制造技術(shù)，合作制造了PF型立式自動(dòng)壓濾機(jī)，最大可生產(chǎn)過濾面積32m2的機(jī)型[1]。

在投資方面，板框壓濾機(jī)雖然單機(jī)價(jià)格較便宜，每臺(tái)售價(jià)在200萬(wàn)元左右，然而在實(shí)際的大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用中，赤泥的分離洗滌工作量非常大，如果使用板框壓濾機(jī)則需要若干臺(tái)同時(shí)投用才可以滿足處理量，因而，在最初投資方面，板框壓濾機(jī)所占費(fèi)用不小。

在人力資源消耗方面，板框壓濾機(jī)一般很難做到完全無人看管，每臺(tái)要一個(gè)人操作，如若卸泥再不能達(dá)到自動(dòng)化程度，則人力資源消耗更大。

板框壓濾機(jī)處理赤泥的干排法盡管運(yùn)行成本高、使用人工多、處理能力易受設(shè)備限制，但同時(shí)也有其極其明顯的優(yōu)點(diǎn)：受地理環(huán)境影響?。粺o需建設(shè)大型赤泥庫(kù)；赤泥庫(kù)維護(hù)成本低；為赤泥循環(huán)利用提供便利條件；更有利于環(huán)保，符合我國(guó)持續(xù)發(fā)展、科學(xué)發(fā)展的國(guó)策，具有很好的社會(huì)效益。

2.2 圓盤加壓過濾機(jī)

圓盤加壓過濾機(jī)是近年來在國(guó)際上出現(xiàn)的一種高效、節(jié)能、環(huán)保、可連續(xù)工作、全自動(dòng)化操作、處理量大的新型固液分離設(shè)備。它的基本原理是將過濾機(jī)置于一個(gè)密封的加壓倉(cāng)中，在機(jī)頭處裝有排料裝置，待過濾的懸浮液由喂料泵給入到過濾機(jī)的槽體中，加壓倉(cāng)內(nèi)充有一定壓力的壓縮空氣，在濾盤上，通過分配閥與通大氣的汽水分離器形成壓差，這樣，在加壓倉(cāng)的壓力作用下，槽體內(nèi)的液體通過浸入懸浮液中的過濾介質(zhì)排出，而固體顆粒被收集到過濾盤上形成濾餅。隨著濾盤的旋轉(zhuǎn)，濾餅經(jīng)過干燥降水后，到卸料區(qū)卸入到排料裝置的上倉(cāng)中。這樣連續(xù)運(yùn)行，當(dāng)達(dá)到一定量后，由排料裝置間歇排出到大氣中，整個(gè)過程自動(dòng)進(jìn)行。

目前，圓盤加壓過濾機(jī)應(yīng)用最多的領(lǐng)域?yàn)檫x煤廠浮選精煤和原生煤泥的脫水，在氧化鋁廠赤泥分離中的應(yīng)用還不是很廣泛，但是，作為一種極有前景的新型過濾技術(shù)，各大氧化鋁廠對(duì)圓盤加壓過濾機(jī)在燒結(jié)法赤泥分離上的應(yīng)用前景進(jìn)行了專門的研究。如中國(guó)鋁業(yè)中州鋁廠進(jìn)行了圓盤加壓過濾機(jī)快速分離赤泥的小型工業(yè)化試驗(yàn)，試驗(yàn)表明圓盤加壓過濾機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)赤泥的快速分離，赤泥在分離過程中基本不發(fā)生二次反應(yīng)，并探索了赤泥在加壓過濾中的脫水規(guī)律及結(jié)疤情況，赤泥在脫水后，水分小于30%就會(huì)失去粘性，在加壓過濾機(jī)排料及輸送過程中基本不結(jié)疤[9]。通過試驗(yàn)可以表明圓盤加壓過濾機(jī)完全可以應(yīng)用于氧化鋁廠赤泥的分離。圓盤加壓過濾技術(shù)因其高效節(jié)能、全自動(dòng)操作的特性受到用戶的普遍認(rèn)同，有效地解決了盤式真空過濾機(jī)長(zhǎng)期存在的生產(chǎn)能力低、濾餅水分高的弊病。其主要特點(diǎn)是：具有較高的生產(chǎn)能力，較低的濾餅水分，能耗低，節(jié)省了大量的電力，具有很高的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。因此圓盤加壓過濾機(jī)如能在氧化鋁廠赤泥分離生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用，必將帶來革命性的變革，使燒結(jié)法氧化鋁生產(chǎn)技術(shù)水平邁上新的臺(tái)階。從技術(shù)指標(biāo)看，圓盤加壓過濾機(jī)大大優(yōu)于目前使用的沉降槽、真空過濾機(jī)等設(shè)備，在氧化鋁行業(yè)中應(yīng)用前景十分光明。

3 選型

在氧化鋁廠赤泥分離洗滌工序過濾機(jī)的具體選型的過程中，應(yīng)綜合考慮如下各種因素對(duì)過濾的影響：（1）濾漿的過濾特性：當(dāng)濾漿的黏度、蒸汽壓和溫度較高時(shí)采用加壓過濾機(jī)較為有利；當(dāng)濾漿易揮發(fā)、有毒性時(shí)，應(yīng)采用密閉性好的加壓式過濾機(jī)；當(dāng)濾漿接近飽和，易析出時(shí)，應(yīng)選用可以用溶劑或溫水進(jìn)行洗滌的過濾機(jī)；當(dāng)濾餅形成速度低時(shí)，應(yīng)當(dāng)采用加壓過濾機(jī)，反之，則應(yīng)采用真空過濾機(jī)；過濾機(jī)的選型還應(yīng)綜合考慮濾漿中固體顆粒的大小等因素。（2）過濾的推動(dòng)力：加壓過濾機(jī)可以獲得較高的過濾速度，適合于濾漿處理量比較大的工藝；真空過濾機(jī)使用的真空度一般為53～80kPa，主要優(yōu)點(diǎn)是容易實(shí)現(xiàn)連續(xù)過濾，易檢修和觀察濾餅的狀態(tài)，濾餅的排出也比加壓式容易，其缺點(diǎn)是適應(yīng)性差，對(duì)于濾漿流量、黏度和固體的性質(zhì)等發(fā)生變化的場(chǎng)合難以適應(yīng)。（3）過濾操作周期：過濾操作周期分為連續(xù)式和間斷式，連續(xù)式過濾機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是適合于大規(guī)模生產(chǎn)，節(jié)省人力，而且在有效利用過濾面積方面也比間歇式有利；間歇式過濾機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)性強(qiáng)，價(jià)格便宜。無論是采用連續(xù)式還是間歇式，選型時(shí)都應(yīng)同時(shí)考慮前、后工序的平衡問題。（4）濾餅的洗滌：濾餅的洗滌效果、洗液和濾液的分離程度都是過濾機(jī)選型的重要因素，一般真空式比加壓式容易取得好的洗滌效果。在真空式中，水平型比轉(zhuǎn)鼓型洗滌效果好。（5）濾餅的剝離排出：濾餅的剝離排出主要是針對(duì)真空過濾機(jī)的選型而言。真空過濾機(jī)有一個(gè)在給定時(shí)間內(nèi)形成濾餅最小厚度的限制，小于該限制值時(shí)，濾餅不易剝離，會(huì)使過濾能力急劇降低。一般在選擇連續(xù)真空過濾機(jī)的型式時(shí)，首先要進(jìn)行濾葉試驗(yàn)，根據(jù)濾葉上形成的濾餅的厚度和附著性，定性地判斷濾餅的剝離性，并據(jù)此選定過濾機(jī)及卸料方式。（6）濾餅排放的要求：當(dāng)濾餅要求干排時(shí)，則選擇板框壓濾機(jī)等加壓過濾機(jī)較好。

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