氧化鋁廠(chǎng)防腐隔膜泵使用的可行性研究

王志旺

（中國(guó)有色（沈陽(yáng)）泵業(yè)有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110144）

1 耐酸泵的可用性研究背景

近年來(lái)隨著國(guó)內(nèi)能源價(jià)格的迅速上升，國(guó)家對(duì)氧化鋁工藝產(chǎn)業(yè)鏈的節(jié)能問(wèn)題提出了非常嚴(yán)格的要求，并且制定了相關(guān)政策和標(biāo)準(zhǔn)，因此節(jié)能將成為以后氧化鋁發(fā)展的主旋律。現(xiàn)在鋁土礦品位不斷下降以及現(xiàn)有氧化鋁生產(chǎn)方法能耗較大、以及對(duì)環(huán)境的污染一直得不到有效的解決。這些因素一直制約著氧化鋁的生產(chǎn)和發(fā)展。“一步酸溶法”循環(huán)流化床粉煤灰制備氧化鋁成套工藝技術(shù)能夠緩解我國(guó)鋁土礦資源緊缺局面，綜合我國(guó)富含高鋁煤礦資源的優(yōu)勢(shì)，具有廣闊的開(kāi)發(fā)前景[1]。“一步酸溶法”工藝采用中溫（≤160℃）低壓（≤1Mpa）直接酸溶的方法提取氧化鋁，因此其工藝過(guò)程含有約31%的鹽酸，強(qiáng)酸介質(zhì)的腐蝕性對(duì)漿體的輸送設(shè)備提出了較高的要求，漿體溶出指標(biāo)如下表所示：

表1 高鋁礦中礦漿溶出指標(biāo)

2 國(guó)內(nèi)外耐酸泵發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展前景

隨著科技的不斷發(fā)展，耐酸泵在化工、冶金、電力、造紙、食品、制藥、合成纖維等工業(yè)中占有越來(lái)越重要的地位。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外的耐酸泵主要包括全塑泵、襯里泵、陶瓷泵等產(chǎn)品。近些年來(lái)隨著高分子材料科學(xué)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外非金屬化工泵發(fā)展迅速，在防腐泵的產(chǎn)量中占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)[2]。

圖1 隔膜泵的泵體

非金屬材料具有優(yōu)良的耐腐蝕性能，其中耐腐蝕塑料能適應(yīng)絕大多數(shù)強(qiáng)酸、強(qiáng)堿腐蝕環(huán)境，與金屬材料相比具有價(jià)格、成本優(yōu)勢(shì)[3]。非金屬材料雖然能夠適應(yīng)惡劣的酸堿腐蝕環(huán)境，但是其承受拉應(yīng)力時(shí)容易產(chǎn)生應(yīng)力開(kāi)裂，同時(shí)受工藝、結(jié)構(gòu)、材料、密封上的限制，使得塑料泵在高溫、高壓、密封和使用壽命等特性上具有一定的局限性，限制了塑料泵的發(fā)展和應(yīng)用。

圖2 酸堿腐蝕環(huán)境下塑料泵葉片圖

陶瓷不但具有較高的耐腐蝕性能,而且具有良好的硬度、耐壓強(qiáng)度高、耐磨性好。

陶瓷除氫氟酸熱堿外，對(duì)其它液體都具有良好的耐腐蝕性。陶瓷泵是最早應(yīng)用的非金屬泵之一，但是陶瓷對(duì)機(jī)械沖擊和熱沖擊比較敏感，因此要盡量降低受沖擊力的工況，并避免冷熱驟變；同時(shí)陶瓷的結(jié)構(gòu)工藝性能較差，在應(yīng)用中也受到一定的限制。

襯膠泵是通過(guò)特殊的工藝將橡膠附著于過(guò)流件的內(nèi)壁,使用時(shí)正確選擇橡膠類(lèi)型，以滿(mǎn)足用戶(hù)不同工況的要求。隔膜泵作為氧化鋁生產(chǎn)工藝系統(tǒng)中料漿輸送的核心設(shè)備已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。

圖3 襯膠泵閥件內(nèi)部結(jié)構(gòu)

3 耐鹽酸防腐隔膜泵的可行性研究

現(xiàn)在氧化鋁主要通過(guò)堿液提取氧化鋁，堿性的漿體對(duì)金屬的腐蝕非常小，隔膜泵的過(guò)流部件完全可以使用碳鋼或合金鋼等。

“一步酸溶法”氧化鋁溶出工藝系統(tǒng)與現(xiàn)有堿法生產(chǎn)氧化鋁工藝的區(qū)別在于使用將粉煤灰與鹽酸混合直接酸溶的方法提取氧化鋁。

根據(jù)輸送料漿介質(zhì)的特性及隔膜泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)建立技術(shù)攻關(guān)點(diǎn)并采用理論分析和試驗(yàn)數(shù)據(jù)相結(jié)合的方式進(jìn)行分析研究，為進(jìn)一步的產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供依據(jù)。“一步酸溶法”提取氧化鋁生產(chǎn)工藝含有約31%鹽酸的漿體對(duì)金屬有很強(qiáng)的腐蝕性。

輸送泵使用過(guò)鈦合金材質(zhì)的離心泵和非金屬材質(zhì)的氣動(dòng)隔膜泵，但是效果均不理想。在強(qiáng)酸、高溫、高轉(zhuǎn)速共同影響下材料的使用壽命非常低。鹽酸作對(duì)金屬部件有很強(qiáng)腐蝕性且腐蝕速度快，過(guò)流件采用合金鋼和碳鋼的隔膜泵無(wú)法適應(yīng)其工況條件，因此解決過(guò)流件的耐腐蝕性是關(guān)鍵性技術(shù)難題。

同時(shí)進(jìn)出料中閥件的耐沖擊性和腐蝕性也是一個(gè)亟需解決的技術(shù)難題。

圖4 耐鹽酸防腐隔膜泵的閥箱體

料漿主要與液力端中的隔膜腔、進(jìn)出料閥、料漿緩沖裝置以及進(jìn)出料管道接觸，防腐結(jié)構(gòu)主要考慮包括材料的選擇、結(jié)構(gòu)的研究以及密封材料的選擇。考慮到內(nèi)襯結(jié)構(gòu)的特殊性，需要重新對(duì)過(guò)流部件的結(jié)構(gòu)重新設(shè)計(jì)，必須滿(mǎn)足過(guò)流部件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于操作同時(shí)符合內(nèi)襯的結(jié)構(gòu)要求。酸性介質(zhì)及新的防腐結(jié)構(gòu)需要有針對(duì)性的進(jìn)行密封結(jié)構(gòu)及密封材料進(jìn)行重新研究。

4 耐鹽酸防腐隔膜泵前景展望

耐鹽酸防腐隔膜泵是一項(xiàng)新的技術(shù)突破，對(duì)于料漿輸送行業(yè)來(lái)說(shuō)是具有重大的戰(zhàn)略意義和現(xiàn)實(shí)意義。不僅可以解決我國(guó)鋁土礦短缺的新創(chuàng)舉，同時(shí)對(duì)發(fā)展煤炭伴生資源經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)是一項(xiàng)新的舉措。

同時(shí)也是變廢為寶、改善環(huán)境的新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、綠色循環(huán)經(jīng)濟(jì)的新成果，對(duì)保證我國(guó)工業(yè)的健康持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展起到一定的推動(dòng)作用。

而耐鹽酸防腐隔膜泵作為該系統(tǒng)中漿體輸送核心設(shè)備，不僅填補(bǔ)國(guó)內(nèi)外鹽酸防腐隔膜泵的空白，同時(shí)對(duì)擴(kuò)充往復(fù)泵應(yīng)用行業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展有重大的促進(jìn)作用，能夠推進(jìn)本行業(yè)領(lǐng)域的科技創(chuàng)新。