赤泥專用過濾機的研制開發及工業應用

路光遠，宋 虎，張盼龍，張 宏，代朝磊，申 飛

1洛陽礦山機械工程設計研究院有限責任公司 河南洛陽 471039

2礦山重型裝備國家重點實驗室 河南洛陽 471039

我國鋁土礦儲量約 10 億 t，鋁硅比為 4～ 6的鋁土礦占總儲量的 49%，鋁礦石品位為 40%～60%[1]。而重慶地區鋁土礦的鋁硅比平均約為 4.6，總儲量超過 5 000 萬 t。合理利用高硫低品位鋁土礦，可在一定程度上緩解我國鋁土礦大量進口的局面。

1 項目背景

某公司在重慶建設的 80 萬 t/a 氧化鋁項目，是國內首條采用串聯法生產氧化鋁工藝綜合處理重慶地區低品位高含硫鋁土礦的氧化鋁生產線。串聯法生產氧化鋁生料漿的調配主要將拜耳法赤泥漿、蒸發排鹽的結晶堿、石灰石、無煙煤和純堿等物料進行混合，熟料按照堿比和鈣比進行配料。生料漿的水分主要來自拜耳法赤泥漿，其含水量的多少通過控制拜耳法赤泥漿的含水量來實現。拜耳法赤泥過濾流程如圖 1 所示。

圖1 拜耳法赤泥過濾流程Fig.1 Process flow of Bayer process red mud filtration

原拜耳法赤泥洗滌作業采用高效濃密機沉降，沉降槽底流含水率約為 58%，未達到設計指標為 50%的要求，導致燒結法入窯生料含水率約為 44%，造成熟料窯產能降低[2]。為了使串聯法生產氧化鋁穩定并達產，經考察研究，決定增加拜耳法赤泥過濾系統，鑒于傳統 GLL 系列過濾機無法正常過濾赤泥料漿，基于對赤泥現場大量過濾試驗數據的分析以及長期的過濾機設計經驗，筆者在傳統 GLL 過濾機[3]的基礎上研發了 GPYC-160 赤泥專用過濾機。

2 赤泥專用過濾機的主要結構

GPYC-160 赤泥專用過濾機主要由槽體、中心軸、分配頭、傳動裝置、扇形板裝置、吹風裝置等組成，如圖 2 所示。相較于傳統 GLL 系列過濾機，赤泥專用過濾機在關鍵結構方面有針對性的創新設計。

圖2 GPYC-160 赤泥專用過濾機的結構Fig.2 Structure of GPYC-160 special filter for red mud

2.1 扇形板

傳統 GLL 系列過濾機扇形板的材質一般為碳鋼邊框+工程塑料，邊框為碳鋼材質，濾芯為工程塑料，扇形板內部的流道為連通設計。考慮到赤泥物料密度大、過濾難、卸料難的特性，筆者在扇形板結構上進行了創新。

(1) 高強度結構 赤泥專用過濾機扇形板的板芯采用全碳鋼包裹星型結構，如圖 3 所示。面板采用厚為 2.5 mm、開孔率為 30%的碳鋼網格面板；側面用加強螺栓固定星型板芯，避免運行中扇形板變形。

圖3 扇形板的結構Fig.3 Structure of fan-shaped board

(2) 獨立流道結構 赤泥專用過濾機扇形板的兩個工作面采用單面獨立的流道設計 (見圖 4)，保證每個面都是一個獨立的真空過濾系統。該設計降低了單面濾布破損對整個扇形板過濾效果的影響，提高了真空使用效率和濾餅卸餅率，具有良好的節能效果[4]。

圖4 獨立流道結構的扇形板Fig.4 Fan-shaped board with separate flow passage

2.2 中心軸

赤泥專用過濾機為 8 盤雙分配頭結構，每側 4 個盤面，中心軸是過濾機實現過濾功能的關鍵部件之一。該中心軸為焊接異形軸結構，流道橫截面為梯形斷面。與傳統 GLL 過濾機不同，赤泥專用過濾機單流道徑向分割成 4 個流道 (見圖 5)，每個扇形板對應一個獨立的流道，流道之間不會竄氣，各流道的流速一致，保證每個扇形板上的濾餅厚度均勻一致，具有較好的卸餅率。中心軸與扇形板采用凸臺連接，安裝方便，密封效果好。

圖5 中心軸的結構Fig.5 Structure of central axis

制造時，中心軸焊后需要整體退火，以消除焊接應力，獲得良好的機械性能；同時，每個流道均要經過嚴格的加壓試漏，確保流道之間相互獨立。

2.3 吹風卸料系統

過濾后的赤泥濾餅含水率為 38%～ 40%，濾餅黏性較大，采用傳統的吹風卸料方式難以充分地將濾餅卸落。在正常風壓和風量條件下，同一單流道中，距離分配頭最近的扇形板卸料效果良好，距離分配頭較遠的扇形板卸料效果較差。綜合分析，4 個扇形板共用同一個流道時，距離分配頭最近的扇形板上的濾餅首先脫落，濾餅脫落的同時流道內的風壓降低，導致距離分配頭較遠的扇形板上的濾餅難以脫落。為了提高赤泥濾餅的卸料率，GPYC-160 赤泥專用過濾機采用雙管路吹風卸料系統 (見圖 6)，吹風管路 1 負責第1 和第 2 盤面的卸料，吹風管路 2 負責第 3 和第 4 盤面的卸料。該設計可以有效降低因扇形板和分配頭的距離不同而對卸料造成的不良影響，在設備高速運轉時仍能保證各個扇形板充分卸料。

圖6 雙管路吹風卸料系統Fig.6 Double pipeline blowing discharge system

2.4 槽體卸料口防積料設計

過濾后的赤泥濾餅黏性較大，在吹風卸料過程中極易粘到卸料口鋼板上，長時間運行會造成卸料口積料乃至堵塞，甚至導致過濾機驟停，嚴重影響正常生產，損壞設備。為了避免出現上述問題，在赤泥專用過濾機槽體卸料口進行防積料結構設計。在卸料口內壁加襯 (見圖 7)，鑲嵌摩擦因數較小且耐腐蝕的聚乙烯板，聚乙烯板與卸料口鋼板在卸料口高度方向上用3 排沉頭螺栓固定，保證卸料口鋼板與聚乙烯板緊密貼合，防止運行中襯板脫落。

圖7 槽體卸料口防積料結構Fig.7 Material deposit resistance structure at discharge port of tank

2.5 濾布結構

傳統 GLL 過濾機濾布采用整體無紡布結構。單絲布比無紡布更適合過濾赤泥物料，因而在赤泥專用過濾機上采用單絲布，但單絲布在扇形板上較難實現高效密封。為了防止濾布根部和頭部漏氣，濾布采用 3 段結合的結構，中部采用單絲布；頭部采用拼接無紡布，便于熱熔密封；根部采用不透氣的 1288 濾布，利用喉箍箍緊密封，密封效果良好 (見圖 8)。該濾布結構有利于設備保持高真空可靠運行。

圖8 3 段結合的濾布結構Fig.8 Structure of three-segment filtration cloth

3 工業應用

經過現場安裝調試，GPYC-160 赤泥專用過濾機成功帶料運行，運行時的真空度約為 0.05 MPa，轉速為 0.8～ 1.0 r/min，各項指標滿足設計要求。濾盤盤面整體平整度較高，未出現明顯偏擺現象；吹風卸料未出現盤面之間卸料不徹底的情況；槽體卸料口未出現明顯積料情況，設備運行情況良好。通過增加拜耳法赤泥過濾系統，使氧化鋁生產達到了良好效果。

(1) 降低了生料漿含水率和設備能耗 赤泥漿含水率由 54% 降到 42%，通過調配后可控制在 38%，即生料漿含水率由 44% 降到 38%，節能 6.26×107kJ/h，折合標煤 2.14 t/h。

(2) 提高了熟料窯產能 生料漿含水率降到38%，相當于將有 25.8 m3/h的料漿代替水分進入大窯，可多產熟料 23.3 t/h，折合氧化鋁 12.1 t/h，全年可多產氧化鋁 10.6 萬 t。

實踐證明，GPYC-160 赤泥專用過濾機可以高效可靠地過濾赤泥物料，大幅降低拜耳法赤泥含水率，保證了串聯燒結法生產氧化鋁的順利實施。

4 結語

通過對拜耳法赤泥過濾工藝流程的分析，針對赤泥難過率及過濾后濾餅黏度大、卸餅難的特性，在傳統 GLL 過濾機的基礎上，對扇形板、流道、中心軸、吹風卸料系統以及濾布等關鍵結構進行針對性的創新設計，研發了 GPYC-160 赤泥專用過濾機。赤泥漿含水率由 54% 降到 42%，通過調配后可控制在38%，生料漿含水率由 44% 降到 38%，降低了燒結法入窯生料含水率，提高了熟料窯的產能。對于相對貧瘠的鋁土礦的開發利用，這不僅為氧化鋁企業創造了可觀的經濟效益，而且符合氧化鋁工業結構調整的政策要求，有利于我國氧化鋁行業可持續發展。