赤泥分離洗滌用過濾機的綜合效益分析

郭志峰(神華準能資源綜合開發有限公司，內蒙古 薛家灣 010300)

赤泥分離洗滌用過濾機的綜合效益分析

郭志峰(神華準能資源綜合開發有限公司，內蒙古 薛家灣 010300)

文章主要對赤泥分離洗滌用各種類型的過濾機進行了一個全面、綜合的效益分析，對目前各大氧化鋁廠廣泛使用的各種赤泥過濾機的操作條件、適用范圍、優缺點、運行成本、過濾效率、運行周期和應用現狀等主要性能參數進行了一個詳細的綜述研究，并對各種類型過濾機的選型依據進行了探討。

過濾機；赤泥；分離洗滌；綜合效益

過濾機是實現氧化鋁廠赤泥分離洗滌的關鍵性設備，其種類繁多，按過濾的推動力來分類，其可以分為真空過濾機、加壓過濾機和離心過濾機三大類[1]。過濾機的選型至關重要,不同類型的過濾機不僅適用范圍不一樣，而且選型不當還會導致過濾機在低效下運行,生產能力達不到要求,過濾質量不穩定,操作費用高，給生產造成損失。為了全面系統的了解不同種類的過濾機在赤泥分離洗滌方面各自的優越性，現就赤泥分離洗滌常用的各種過濾機的綜合效益進行一個全面的分析比較。

目前，我國氧化鋁廠大部分采用燒結法或聯合法生產氧化鋁，工藝技術日趨成熟，但是，與國外采用拜耳法生產氧化鋁相比，普遍存在著產出率低、能耗高等缺點。因此，要和用拜耳法生產的氧化鋁相抗衡，就必須提高產出率、降低能源消耗。眾所周知，在燒結法氧化鋁生產中，熟料溶出后，赤泥如果不能快速進行液固分離，鋁酸鈉溶液就會和赤泥中的原硅酸鈣發生反應，造成氧化鋁損失，即氧化鋁生產上所說的二次反應。試驗研究表明，熟料在溶出時，氧化鋁溶出在15min內即達到最高值，以后隨著時間的延長，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內快速完成[2]。在我國傳統燒結法氧化鋁生產中，赤泥分離工藝采用的設備主要為沉降槽，這類設備雖然操作簡單、技術成熟，但是，分離洗滌時間長，對物料的適應性不強，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導致溶液粘度的增大，使得赤泥的沉降性能變差，難以完成赤泥的分離洗滌。另外，采用沉降槽進行赤泥的分離洗滌還會向系統中引入大量的洗水，使得后續的蒸發工序能耗增加。因而，選擇先進合理的赤泥快速分離工藝技術及設備，一直是燒結法生產氧化鋁的重要課題之一。近年來隨著液-固分離技術的發展，各種新型過濾機在氧化鋁廠赤泥分離洗滌中得到了廣泛的應用，極大地提高了氧化鋁廠赤泥的處理速度和能力，取得了良好的經濟效益。因此，我們就各種過濾機在氧化鋁廠赤泥分離洗滌應用上的綜合效益進行一個全面的分析比較。

1 真空過濾機綜合經濟效益分析

真空過濾機是以真空負壓為推動力實現固液分離的設備，在結構上，過濾區段沿水平長度方向布置，可以連續完成過濾、洗滌、吸干、濾布再生等作業。在氧化鋁廠赤泥分離洗滌工序中采用最多的真空過濾機主要為轉鼓真空過濾機、翻盤真空過濾機和立盤真空過濾機這幾種。下面就這幾種真空過濾機在氧化鋁廠赤泥分離洗滌應用上的綜合效益進行一個全面的分析。

1.1 轉鼓真空過濾機

轉鼓真空過濾機是指過濾、脫水、洗滌、卸餅、濾布再生等各項操作工序同時在轉鼓的不同部位上進行，轉鼓每回轉一圈，完成一個操作循環。此設備的過濾推動力為真空，50-80kPa左右。轉鼓真空過濾機主要由過濾轉鼓、帶有攪拌器的濾槽、分配頭、卸料機構、洗滌裝置和傳動機構等所組成。轉鼓真空過濾機在過濾時，轉鼓一部分浸在料漿中，由原動機通過減速裝置帶動旋轉。整個轉鼓大致可分為四個工作區域，分別為過濾區、洗滌及脫水區、卸料區和再生區。

目前，國內氧化鋁廠主要使用新型100m2轉鼓真空過濾機用于赤泥的過濾，如中國鋁業山西分公司拜耳法赤泥過濾使用6臺100m2真空轉鼓過濾機，主體設備引進法國道爾公司[3]。中國鋁業山東分公司拜爾法和燒結法生產赤泥過濾中則是使用了國產新型100m2轉鼓真空過濾機[4]。單臺l00m3轉鼓過濾機的產能已經超過了3臺40m2轉鼓過濾機的產能，濾餅的含水率也比較低[5]。實踐證明，100m3轉鼓過濾機提高了過濾效率和設備生產能力，減少了堿液浪費，降低了勞動強度，是值得推廣的高效真空赤泥過濾設備。

從各大氧化鋁廠使用轉鼓真空過濾機的應用現狀來看，轉鼓真空過濾機具有結構簡單、占地面積小、處理量大、價格低、維修工作量小、初期投資比其他脫水方式低等諸多優點，是現階段氧化鋁廠赤泥過濾應用最普遍的設備之一。

1.2 翻盤真空過濾機

翻盤真空過濾機是在水平回轉圓盤上徑向設置多個獨立扇形濾盤，且濾盤能繞自身徑向軸線翻轉卸渣的一種真空過濾機，也稱之為水平旋轉翻盤真空過濾機。該機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行充分洗滌的場合，廣泛應用于濕法冶金、氧化鋁生產、化工等部門。

在大型氧化鋁廠赤泥分離洗滌工序中，翻盤真空過濾機的應用還不是非常廣泛。中國鋁業河南分公司曾對翻盤真空過濾機對赤泥的過濾洗滌進行了專門的工業化試驗，試驗表明翻盤真空過濾機作為一種快速分離設備在理論上可以實現對氧化鋁廠赤泥的快速分離，且對氧化鋁溶出率、濾餅含水率等指標的控制也較好，可以滿足高濃度溶出的要求，是一種比較好的快速分離設備。但是，存在產能過低、濾布使用壽命短、占地面積大、轉盤易被腐蝕等缺點，如果能進行進一步的改進，提高產能，改進換布方式，減輕換布時的勞動強度，對轉盤噴涂防腐材料防止腐蝕，翻盤真空過濾機將會在氧化鋁的生產中得到大規模應用[6]。

1.3 立盤真空過濾機

立盤真空過濾機是由數個過濾圓盤裝在一根水平空心軸上的真空過濾機。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內能在過濾表面均勻地形成3mm以上厚度的濾餅，都能進行過濾。因此，該設備廣泛應用于采礦、煤炭、冶金和水泥、輕工等方面的大規模生產。

立盤真空過濾機與轉鼓真空過濾機相比，具有結構緊湊、占地面積小、單位過濾面積造價低、單位產量耗電少、可不設攪拌裝置、更換濾布方便等特點。其缺點為濾餅洗滌困難、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，立盤真空過濾機廣泛應用于各大氧化鋁廠種分工序后氫氧化鋁種子的過濾，在赤泥的過濾中應用還不是很多，究其原因，主要是因為立盤真空過濾機對赤泥不能進行洗滌，同時赤泥也容易堵塞濾布。然而，立盤真空過濾機在高鐵赤泥的除砂方面卻具有非常好的用途，通過特殊的設計，立盤真空過濾機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，立盤過濾機在赤泥排砂工序中的應用效果表明，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濟價值都非常可觀[7]。

2 加壓過濾機綜合經濟效益分析

根據結構形式，可將現有加壓過濾機分為：板框式壓濾機、廂式壓濾機、加壓葉濾機、圓盤加壓過濾機、帶式壓濾機和氣壓罐式連續壓濾機等。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和圓盤加壓過濾機這兩種過濾機。加壓過濾技術因其高效節能、全自動操作的特性受到用戶的普遍認同，有效地解決了真空過濾機長期存在的生產能力低，濾餅水分高的弊病。其主要特點是：

具有較高的生產能力，較低的濾餅水分，能耗低，節省了大量的電力，

具有很高的社會效益和經濟效益。

2.1 板框式壓濾機

板框加壓過濾機是指由濾框、過濾介質和濾板交替排列組成濾室的加壓過濾設備，簡稱板框式壓濾機。它可以分為臥式板框壓濾機和立式自動板框壓濾機這兩大類。板框式壓濾機是目前應用最多且最成功的壓濾設備，在氧化鋁廠赤泥分離工序中得到了非常廣泛的應用。近年來，隨著國家對企業的環保要求越來越嚴格，板框壓濾機由于可以實現赤泥的干法排放，在赤泥分離中的優勢越來越明顯，眾多氧化鋁廠采用了板框壓濾機對赤泥進行過濾，如河南中美鋁業有限公司采用5臺KXF250/1500型快開式板框壓濾機對赤泥進行過濾處理，是國內拜耳法氧化鋁生產中第一家完全采用干排法處理赤泥的企業，取得了良好的經濟和社會效益[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板框壓濾機，LAROX PF型自動壓濾機在赤泥分離洗滌中應用最廣，該機是一種立式、壓榨型、濾布全行走式全自動壓濾機，此外，LAROX PF型自動壓濾機還具有如下優點：壓榨力可達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，從而達到簡化工藝流程、降低投資、節省能源、改善操作環境和降低運行與維護費用等目的。其次，該過濾機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，洗滌液耗量低、循環量減少。洗滌液耗量低使得引入系統的水量減少，從而可大幅降低能耗。目前，我國已引進了LAROX公司PF型自動壓濾機制造技術，合作制造了PF型立式自動壓濾機，最大可生產過濾面積32m2的機型[1]。

在投資方面，板框壓濾機雖然單機價格較便宜，每臺售價在200萬元左右，然而在實際的大規模工業化應用中，赤泥的分離洗滌工作量非常大，如果使用板框壓濾機則需要若干臺同時投用才可以滿足處理量，因而，在最初投資方面，板框壓濾機所占費用不小。

在人力資源消耗方面，板框壓濾機一般很難做到完全無人看管，每臺要一個人操作，如若卸泥再不能達到自動化程度，則人力資源消耗更大。

板框壓濾機處理赤泥的干排法盡管運行成本高、使用人工多、處理能力易受設備限制，但同時也有其極其明顯的優點：受地理環境影響小；無需建設大型赤泥庫；赤泥庫維護成本低；為赤泥循環利用提供便利條件；更有利于環保，符合我國持續發展、科學發展的國策，具有很好的社會效益。

2.2 圓盤加壓過濾機

圓盤加壓過濾機是近年來在國際上出現的一種高效、節能、環保、可連續工作、全自動化操作、處理量大的新型固液分離設備。它的基本原理是將過濾機置于一個密封的加壓倉中，在機頭處裝有排料裝置，待過濾的懸浮液由喂料泵給入到過濾機的槽體中，加壓倉內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，在加壓倉的壓力作用下，槽體內的液體通過浸入懸浮液中的過濾介質排出，而固體顆粒被收集到過濾盤上形成濾餅。隨著濾盤的旋轉，濾餅經過干燥降水后，到卸料區卸入到排料裝置的上倉中。這樣連續運行，當達到一定量后，由排料裝置間歇排出到大氣中，整個過程自動進行。

目前，圓盤加壓過濾機應用最多的領域為選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用還不是很廣泛，但是，作為一種極有前景的新型過濾技術，各大氧化鋁廠對圓盤加壓過濾機在燒結法赤泥分離上的應用前景進行了專門的研究。如中國鋁業中州鋁廠進行了圓盤加壓過濾機快速分離赤泥的小型工業化試驗，試驗表明圓盤加壓過濾機能夠實現赤泥的快速分離，赤泥在分離過程中基本不發生二次反應，并探索了赤泥在加壓過濾中的脫水規律及結疤情況，赤泥在脫水后，水分小于30%就會失去粘性，在加壓過濾機排料及輸送過程中基本不結疤[9]。通過試驗可以表明圓盤加壓過濾機完全可以應用于氧化鋁廠赤泥的分離。圓盤加壓過濾技術因其高效節能、全自動操作的特性受到用戶的普遍認同，有效地解決了盤式真空過濾機長期存在的生產能力低、濾餅水分高的弊病。其主要特點是：具有較高的生產能力，較低的濾餅水分，能耗低，節省了大量的電力，具有很高的社會效益和經濟效益。因此圓盤加壓過濾機如能在氧化鋁廠赤泥分離生產中得到廣泛的應用，必將帶來革命性的變革，使燒結法氧化鋁生產技術水平邁上新的臺階。從技術指標看，圓盤加壓過濾機大大優于目前使用的沉降槽、真空過濾機等設備，在氧化鋁行業中應用前景十分光明。

3 選型

在氧化鋁廠赤泥分離洗滌工序過濾機的具體選型的過程中，應綜合考慮如下各種因素對過濾的影響：（1）濾漿的過濾特性：當濾漿的黏度、蒸汽壓和溫度較高時采用加壓過濾機較為有利；當濾漿易揮發、有毒性時，應采用密閉性好的加壓式過濾機；當濾漿接近飽和，易析出時，應選用可以用溶劑或溫水進行洗滌的過濾機；當濾餅形成速度低時，應當采用加壓過濾機，反之，則應采用真空過濾機；過濾機的選型還應綜合考慮濾漿中固體顆粒的大小等因素。（2）過濾的推動力：加壓過濾機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；真空過濾機使用的真空度一般為53～80kPa，主要優點是容易實現連續過濾，易檢修和觀察濾餅的狀態，濾餅的排出也比加壓式容易，其缺點是適應性差，對于濾漿流量、黏度和固體的性質等發生變化的場合難以適應。（3）過濾操作周期：過濾操作周期分為連續式和間斷式，連續式過濾機的主要優點是適合于大規模生產，節省人力，而且在有效利用過濾面積方面也比間歇式有利；間歇式過濾機的主要優點是適應性強，價格便宜。無論是采用連續式還是間歇式，選型時都應同時考慮前、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真空過濾機的選型而言。真空過濾機有一個在給定時間內形成濾餅最小厚度的限制，小于該限制值時，濾餅不易剝離，會使過濾能力急劇降低。一般在選擇連續真空過濾機的型式時，首先要進行濾葉試驗，根據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，并據此選定過濾機及卸料方式。（6）濾餅排放的要求：當濾餅要求干排時，則選擇板框壓濾機等加壓過濾機較好。

[1]陳家鏞.濕法冶金手冊[M].北京：冶金工業出版社,2005: 400-401.

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[5]王慶安.赤泥高效過濾機的創新設計及CAD[D].西安:西安建筑科技大學,2010.

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[7]馮瑜.立盤過濾機在赤泥減排中的應用[A].第十五屆中國科協年會第15分會場：全國鋁冶金技術研討會論文集[C], 2013.

[8]王相如,雷振,楊磊等.淺談快開式板框壓濾機在拜耳法氧化鋁生產的赤泥處理中的應用[A].中西部第三屆有色金屬工業發展論壇[C],2010.

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