赤泥專用過濾機(jī)的研制開發(fā)及工業(yè)應(yīng)用

路光遠(yuǎn)，宋 虎，張盼龍，張 宏，代朝磊，申 飛

1洛陽礦山機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 河南洛陽 471039

2礦山重型裝備國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 河南洛陽 471039

我國鋁土礦儲(chǔ)量約 10 億 t，鋁硅比為 4～ 6的鋁土礦占總儲(chǔ)量的 49%，鋁礦石品位為 40%～60%[1]。而重慶地區(qū)鋁土礦的鋁硅比平均約為 4.6，總儲(chǔ)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(jìn)口的局面。

1 項(xiàng)目背景

某公司在重慶建設(shè)的 80 萬 t/a 氧化鋁項(xiàng)目，是國內(nèi)首條采用串聯(lián)法生產(chǎn)氧化鋁工藝綜合處理重慶地區(qū)低品位高含硫鋁土礦的氧化鋁生產(chǎn)線。串聯(lián)法生產(chǎn)氧化鋁生料漿的調(diào)配主要將拜耳法赤泥漿、蒸發(fā)排鹽的結(jié)晶堿、石灰石、無煙煤和純堿等物料進(jìn)行混合，熟料按照堿比和鈣比進(jìn)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(shí)現(xiàn)。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(yè)采用高效濃密機(jī)沉降，沉降槽底流含水率約為 58%，未達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)為 50%的要求，導(dǎo)致燒結(jié)法入窯生料含水率約為 44%，造成熟料窯產(chǎn)能降低[2]。為了使串聯(lián)法生產(chǎn)氧化鋁穩(wěn)定并達(dá)產(chǎn)，經(jīng)考察研究，決定增加拜耳法赤泥過濾系統(tǒng)，鑒于傳統(tǒng) GLL 系列過濾機(jī)無法正常過濾赤泥料漿，基于對(duì)赤泥現(xiàn)場(chǎng)大量過濾試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析以及長(zhǎng)期的過濾機(jī)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，筆者在傳統(tǒng) GLL 過濾機(jī)[3]的基礎(chǔ)上研發(fā)了 GPYC-160 赤泥專用過濾機(jī)。

2 赤泥專用過濾機(jī)的主要結(jié)構(gòu)

GPYC-160 赤泥專用過濾機(jī)主要由槽體、中心軸、分配頭、傳動(dòng)裝置、扇形板裝置、吹風(fēng)裝置等組成，如圖 2 所示。相較于傳統(tǒng) GLL 系列過濾機(jī)，赤泥專用過濾機(jī)在關(guān)鍵結(jié)構(gòu)方面有針對(duì)性的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

圖2 GPYC-160 赤泥專用過濾機(jī)的結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of GPYC-160 special filter for red mud

2.1 扇形板

傳統(tǒng) GLL 系列過濾機(jī)扇形板的材質(zhì)一般為碳鋼邊框+工程塑料，邊框?yàn)樘间摬馁|(zhì)，濾芯為工程塑料，扇形板內(nèi)部的流道為連通設(shè)計(jì)?？紤]到赤泥物料密度大、過濾難、卸料難的特性，筆者在扇形板結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了創(chuàng)新。

(1) 高強(qiáng)度結(jié)構(gòu) 赤泥專用過濾機(jī)扇形板的板芯采用全碳鋼包裹星型結(jié)構(gòu)，如圖 3 所示。面板采用厚為 2.5 mm、開孔率為 30%的碳鋼網(wǎng)格面板；側(cè)面用加強(qiáng)螺栓固定星型板芯，避免運(yùn)行中扇形板變形。

圖3 扇形板的結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure of fan-shaped board

(2) 獨(dú)立流道結(jié)構(gòu) 赤泥專用過濾機(jī)扇形板的兩個(gè)工作面采用單面獨(dú)立的流道設(shè)計(jì) (見圖 4)，保證每個(gè)面都是一個(gè)獨(dú)立的真空過濾系統(tǒng)。該設(shè)計(jì)降低了單面濾布破損對(duì)整個(gè)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(jié)能效果[4]。

圖4 獨(dú)立流道結(jié)構(gòu)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(jī)為 8 盤雙分配頭結(jié)構(gòu)，每側(cè) 4 個(gè)盤面，中心軸是過濾機(jī)實(shí)現(xiàn)過濾功能的關(guān)鍵部件之一。該中心軸為焊接異形軸結(jié)構(gòu)，流道橫截面為梯形斷面。與傳統(tǒng) GLL 過濾機(jī)不同，赤泥專用過濾機(jī)單流道徑向分割成 4 個(gè)流道 (見圖 5)，每個(gè)扇形板對(duì)應(yīng)一個(gè)獨(dú)立的流道，流道之間不會(huì)竄氣，各流道的流速一致，保證每個(gè)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(tái)連接，安裝方便，密封效果好。

圖5 中心軸的結(jié)構(gòu)Fig.5 Structure of central axis

制造時(shí)，中心軸焊后需要整體退火，以消除焊接應(yīng)力，獲得良好的機(jī)械性能；同時(shí)，每個(gè)流道均要經(jīng)過嚴(yán)格的加壓試漏，確保流道之間相互獨(dú)立。

2.3 吹風(fēng)卸料系統(tǒng)

過濾后的赤泥濾餅含水率為 38%～ 40%，濾餅黏性較大，采用傳統(tǒng)的吹風(fēng)卸料方式難以充分地將濾餅卸落。在正常風(fēng)壓和風(fēng)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(yuǎn)的扇形板卸料效果較差。綜合分析，4 個(gè)扇形板共用同一個(gè)流道時(shí)，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(shí)流道內(nèi)的風(fēng)壓降低，導(dǎo)致距離分配頭較遠(yuǎn)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(jī)采用雙管路吹風(fēng)卸料系統(tǒng) (見圖 6)，吹風(fēng)管路 1 負(fù)責(zé)第1 和第 2 盤面的卸料，吹風(fēng)管路 2 負(fù)責(zé)第 3 和第 4 盤面的卸料。該設(shè)計(jì)可以有效降低因扇形板和分配頭的距離不同而對(duì)卸料造成的不良影響，在設(shè)備高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)仍能保證各個(gè)扇形板充分卸料。

圖6 雙管路吹風(fēng)卸料系統(tǒng)Fig.6 Double pipeline blowing discharge system

2.4 槽體卸料口防積料設(shè)計(jì)

過濾后的赤泥濾餅黏性較大，在吹風(fēng)卸料過程中極易粘到卸料口鋼板上，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)造成卸料口積料乃至堵塞，甚至導(dǎo)致過濾機(jī)驟停，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)，損壞設(shè)備。為了避免出現(xiàn)上述問題，在赤泥專用過濾機(jī)槽體卸料口進(jìn)行防積料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在卸料口內(nèi)壁加襯 (見圖 7)，鑲嵌摩擦因數(shù)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(yùn)行中襯板脫落。

圖7 槽體卸料口防積料結(jié)構(gòu)Fig.7 Material deposit resistance structure at discharge port of tank

2.5 濾布結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng) GLL 過濾機(jī)濾布采用整體無紡布結(jié)構(gòu)。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(jī)上采用單絲布，但單絲布在扇形板上較難實(shí)現(xiàn)高效密封。為了防止濾布根部和頭部漏氣，濾布采用 3 段結(jié)合的結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)有利于設(shè)備保持高真空可靠運(yùn)行。

圖8 3 段結(jié)合的濾布結(jié)構(gòu)Fig.8 Structure of three-segment filtration cloth

3 工業(yè)應(yīng)用

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試，GPYC-160 赤泥專用過濾機(jī)成功帶料運(yùn)行，運(yùn)行時(shí)的真空度約為 0.05 MPa，轉(zhuǎn)速為 0.8～ 1.0 r/min，各項(xiàng)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。濾盤盤面整體平整度較高，未出現(xiàn)明顯偏擺現(xiàn)象；吹風(fēng)卸料未出現(xiàn)盤面之間卸料不徹底的情況；槽體卸料口未出現(xiàn)明顯積料情況，設(shè)備運(yùn)行情況良好。通過增加拜耳法赤泥過濾系統(tǒng)，使氧化鋁生產(chǎn)達(dá)到了良好效果。

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

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

實(shí)踐證明，GPYC-160 赤泥專用過濾機(jī)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(lián)燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁的順利實(shí)施。

4 結(jié)語

通過對(duì)拜耳法赤泥過濾工藝流程的分析，針對(duì)赤泥難過率及過濾后濾餅黏度大、卸餅難的特性，在傳統(tǒng) GLL 過濾機(jī)的基礎(chǔ)上，對(duì)扇形板、流道、中心軸、吹風(fēng)卸料系統(tǒng)以及濾布等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)進(jìn)行針對(duì)性的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，研發(fā)了 GPYC-160 赤泥專用過濾機(jī)。赤泥漿含水率由 54% 降到 42%，通過調(diào)配后可控制在38%，生料漿含水率由 44% 降到 38%，降低了燒結(jié)法入窯生料含水率，提高了熟料窯的產(chǎn)能。對(duì)于相對(duì)貧瘠的鋁土礦的開發(fā)利用，這不僅為氧化鋁企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，而且符合氧化鋁工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的政策要求，有利于我國氧化鋁行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。