赤泥分离洗涤用过滤机的综合效益分析

郭志峰(神华准能资源综合开发有限公司，内蒙古 薛家湾 010300)

赤泥分离洗涤用过滤机的综合效益分析

郭志峰(神华准能资源综合开发有限公司，内蒙古 薛家湾 010300)

文章主要对赤泥分离洗涤用各种类型的过滤机进行了一个全面、综合的效益分析，对目前各大氧化铝厂广泛使用的各种赤泥过滤机的操作条件、适用范围、优缺点、运行成本、过滤效率、运行周期和应用现状等主要性能参数进行了一个详细的综述研究，并对各种类型过滤机的选型依据进行了探讨。

过滤机；赤泥；分离洗涤；综合效益

过滤机是实现氧化铝厂赤泥分离洗涤的关键性设备，其种类繁多，按过滤的推动力来分类，其可以分为真空过滤机、加压过滤机和离心过滤机三大类[1]。过滤机的选型至关重要,不同类型的过滤机不仅适用范围不一样，而且选型不当还会导致过滤机在低效下运行,生产能力达不到要求,过滤质量不稳定,操作费用高，给生产造成损失。为了全面系统的了解不同种类的过滤机在赤泥分离洗涤方面各自的优越性，现就赤泥分离洗涤常用的各种过滤机的综合效益进行一个全面的分析比较。

目前，我国氧化铝厂大部分采用烧结法或联合法生产氧化铝，工艺技术日趋成熟，但是，与国外采用拜耳法生产氧化铝相比，普遍存在着产出率低、能耗高等缺点。因此，要和用拜耳法生产的氧化铝相抗衡，就必须提高产出率、降低能源消耗。众所周知，在烧结法氧化铝生产中，熟料溶出后，赤泥如果不能快速进行液固分离，铝酸钠溶液就会和赤泥中的原硅酸钙发生反应，造成氧化铝损失，即氧化铝生产上所说的二次反应。试验研究表明，熟料在溶出时，氧化铝溶出在15min内即达到最高值，以后随着时间的延长，氧化铝的溶出率将逐渐下降，在3h左右损失3%以上。因此，为了提高氧化铝的溶出率，在溶出后，要求赤泥分离一般在3h内快速完成[2]。在我国传统烧结法氧化铝生产中，赤泥分离工艺采用的设备主要为沉降槽，这类设备虽然操作简单、技术成熟，但是，分离洗涤时间长，对物料的适应性不强，粗液氧化铝浓度一般在120g.L-1左右，氧化铝浓度再提高就会导致溶液粘度的增大，使得赤泥的沉降性能变差，难以完成赤泥的分离洗涤。另外，采用沉降槽进行赤泥的分离洗涤还会向系统中引入大量的洗水，使得后续的蒸发工序能耗增加。因而，选择先进合理的赤泥快速分离工艺技术及设备，一直是烧结法生产氧化铝的重要课题之一。近年来随着液-固分离技术的发展，各种新型过滤机在氧化铝厂赤泥分离洗涤中得到了广泛的应用，极大地提高了氧化铝厂赤泥的处理速度和能力，取得了良好的经济效益。因此，我们就各种过滤机在氧化铝厂赤泥分离洗涤应用上的综合效益进行一个全面的分析比较。

1 真空过滤机综合经济效益分析

真空过滤机是以真空负压为推动力实现固液分离的设备，在结构上，过滤区段沿水平长度方向布置，可以连续完成过滤、洗涤、吸干、滤布再生等作业。在氧化铝厂赤泥分离洗涤工序中采用最多的真空过滤机主要为转鼓真空过滤机、翻盘真空过滤机和立盘真空过滤机这几种。下面就这几种真空过滤机在氧化铝厂赤泥分离洗涤应用上的综合效益进行一个全面的分析。

1.1 转鼓真空过滤机

转鼓真空过滤机是指过滤、脱水、洗涤、卸饼、滤布再生等各项操作工序同时在转鼓的不同部位上进行，转鼓每回转一圈，完成一个操作循环。此设备的过滤推动力为真空，50-80kPa左右。转鼓真空过滤机主要由过滤转鼓、带有搅拌器的滤槽、分配头、卸料机构、洗涤装置和传动机构等所组成。转鼓真空过滤机在过滤时，转鼓一部分浸在料浆中，由原动机通过减速装置带动旋转。整个转鼓大致可分为四个工作区域，分别为过滤区、洗涤及脱水区、卸料区和再生区。

目前，国内氧化铝厂主要使用新型100m2转鼓真空过滤机用于赤泥的过滤，如中国铝业山西分公司拜耳法赤泥过滤使用6台100m2真空转鼓过滤机，主体设备引进法国道尔公司[3]。中国铝业山东分公司拜尔法和烧结法生产赤泥过滤中则是使用了国产新型100m2转鼓真空过滤机[4]。单台l00m3转鼓过滤机的产能已经超过了3台40m2转鼓过滤机的产能，滤饼的含水率也比较低[5]。实践证明，100m3转鼓过滤机提高了过滤效率和设备生产能力，减少了碱液浪费，降低了劳动强度，是值得推广的高效真空赤泥过滤设备。

从各大氧化铝厂使用转鼓真空过滤机的应用现状来看，转鼓真空过滤机具有结构简单、占地面积小、处理量大、价格低、维修工作量小、初期投资比其他脱水方式低等诸多优点，是现阶段氧化铝厂赤泥过滤应用最普遍的设备之一。

1.2 翻盘真空过滤机

翻盘真空过滤机是在水平回转圆盘上径向设置多个独立扇形滤盘，且滤盘能绕自身径向轴线翻转卸渣的一种真空过滤机，也称之为水平旋转翻盘真空过滤机。该机适用于分离浓度较高（含固量在20%）、密度大、固相颗粒粗且不均匀的悬浮液，尤其适用于要求滤布再生方便及滤饼需进行充分洗涤的场合，广泛应用于湿法冶金、氧化铝生产、化工等部门。

在大型氧化铝厂赤泥分离洗涤工序中，翻盘真空过滤机的应用还不是非常广泛。中国铝业河南分公司曾对翻盘真空过滤机对赤泥的过滤洗涤进行了专门的工业化试验，试验表明翻盘真空过滤机作为一种快速分离设备在理论上可以实现对氧化铝厂赤泥的快速分离，且对氧化铝溶出率、滤饼含水率等指标的控制也较好，可以满足高浓度溶出的要求，是一种比较好的快速分离设备。但是，存在产能过低、滤布使用寿命短、占地面积大、转盘易被腐蚀等缺点，如果能进行进一步的改进，提高产能，改进换布方式，减轻换布时的劳动强度，对转盘喷涂防腐材料防止腐蚀，翻盘真空过滤机将会在氧化铝的生产中得到大规模应用[6]。

1.3 立盘真空过滤机

立盘真空过滤机是由数个过滤圆盘装在一根水平空心轴上的真空过滤机。它能过滤密度小，不易沉淀的料浆。不论料浆是否有黏性，只要其固相浓度为1%～20%，且在2min内能在过滤表面均匀地形成3mm以上厚度的滤饼，都能进行过滤。因此，该设备广泛应用于采矿、煤炭、冶金和水泥、轻工等方面的大规模生产。

立盘真空过滤机与转鼓真空过滤机相比，具有结构紧凑、占地面积小、单位过滤面积造价低、单位产量耗电少、可不设搅拌装置、更换滤布方便等特点。其缺点为滤饼洗涤困难、甚至不能洗涤、滤饼厚度不均、易于龟裂、滤饼含湿量较高、滤布易堵塞等。

目前，立盘真空过滤机广泛应用于各大氧化铝厂种分工序后氢氧化铝种子的过滤，在赤泥的过滤中应用还不是很多，究其原因，主要是因为立盘真空过滤机对赤泥不能进行洗涤，同时赤泥也容易堵塞滤布。然而，立盘真空过滤机在高铁赤泥的除砂方面却具有非常好的用途，通过特殊的设计，立盘真空过滤机可以将氧化铝厂高铁赤泥中颗粒比较大的、主要成分为氧化铁的赤泥砂分选出来，立盘过滤机在赤泥排砂工序中的应用效果表明，大约占赤泥总量一半的赤泥砂可被高效的分离排除，分离出的赤泥砂中的含铁量在30%～45%，总体的减排效果和经济价值都非常可观[7]。

2 加压过滤机综合经济效益分析

根据结构形式，可将现有加压过滤机分为：板框式压滤机、厢式压滤机、加压叶滤机、圆盘加压过滤机、带式压滤机和气压罐式连续压滤机等。其中在氧化铝厂赤泥分离洗涤工序中通常使用的是板框式压滤机和圆盘加压过滤机这两种过滤机。加压过滤技术因其高效节能、全自动操作的特性受到用户的普遍认同，有效地解决了真空过滤机长期存在的生产能力低，滤饼水分高的弊病。其主要特点是：

具有较高的生产能力，较低的滤饼水分，能耗低，节省了大量的电力，

具有很高的社会效益和经济效益。

2.1 板框式压滤机

板框加压过滤机是指由滤框、过滤介质和滤板交替排列组成滤室的加压过滤设备，简称板框式压滤机。它可以分为卧式板框压滤机和立式自动板框压滤机这两大类。板框式压滤机是目前应用最多且最成功的压滤设备，在氧化铝厂赤泥分离工序中得到了非常广泛的应用。近年来，随着国家对企业的环保要求越来越严格，板框压滤机由于可以实现赤泥的干法排放，在赤泥分离中的优势越来越明显，众多氧化铝厂采用了板框压滤机对赤泥进行过滤，如河南中美铝业有限公司采用5台KXF250/1500型快开式板框压滤机对赤泥进行过滤处理，是国内拜耳法氧化铝生产中第一家完全采用干排法处理赤泥的企业，取得了良好的经济和社会效益[8]。目前，在氧化铝厂赤泥分离洗涤中主要使用的是立式自动板框压滤机，LAROX PF型自动压滤机在赤泥分离洗涤中应用最广，该机是一种立式、压榨型、滤布全行走式全自动压滤机，此外，LAROX PF型自动压滤机还具有如下优点：压榨力可达1.6MPa，滤饼残余水分含量很低，可用于赤泥脱水，一般可使赤泥滤饼水分降至10%以下，可取消干燥工序，从而达到简化工艺流程、降低投资、节省能源、改善操作环境和降低运行与维护费用等目的。其次，该过滤机也可采用逆流或顺流洗涤，洗涤均匀，洗涤效率高于其他任何洗涤系统，洗涤液耗量低、循环量减少。洗涤液耗量低使得引入系统的水量减少，从而可大幅降低能耗。目前，我国已引进了LAROX公司PF型自动压滤机制造技术，合作制造了PF型立式自动压滤机，最大可生产过滤面积32m2的机型[1]。

在投资方面，板框压滤机虽然单机价格较便宜，每台售价在200万元左右，然而在实际的大规模工业化应用中，赤泥的分离洗涤工作量非常大，如果使用板框压滤机则需要若干台同时投用才可以满足处理量，因而，在最初投资方面，板框压滤机所占费用不小。

在人力资源消耗方面，板框压滤机一般很难做到完全无人看管，每台要一个人操作，如若卸泥再不能达到自动化程度，则人力资源消耗更大。

板框压滤机处理赤泥的干排法尽管运行成本高、使用人工多、处理能力易受设备限制，但同时也有其极其明显的优点：受地理环境影响小；无需建设大型赤泥库；赤泥库维护成本低；为赤泥循环利用提供便利条件；更有利于环保，符合我国持续发展、科学发展的国策，具有很好的社会效益。

2.2 圆盘加压过滤机

圆盘加压过滤机是近年来在国际上出现的一种高效、节能、环保、可连续工作、全自动化操作、处理量大的新型固液分离设备。它的基本原理是将过滤机置于一个密封的加压仓中，在机头处装有排料装置，待过滤的悬浮液由喂料泵给入到过滤机的槽体中，加压仓内充有一定压力的压缩空气，在滤盘上，通过分配阀与通大气的汽水分离器形成压差，这样，在加压仓的压力作用下，槽体内的液体通过浸入悬浮液中的过滤介质排出，而固体颗粒被收集到过滤盘上形成滤饼。随着滤盘的旋转，滤饼经过干燥降水后，到卸料区卸入到排料装置的上仓中。这样连续运行，当达到一定量后，由排料装置间歇排出到大气中，整个过程自动进行。

目前，圆盘加压过滤机应用最多的领域为选煤厂浮选精煤和原生煤泥的脱水，在氧化铝厂赤泥分离中的应用还不是很广泛，但是，作为一种极有前景的新型过滤技术，各大氧化铝厂对圆盘加压过滤机在烧结法赤泥分离上的应用前景进行了专门的研究。如中国铝业中州铝厂进行了圆盘加压过滤机快速分离赤泥的小型工业化试验，试验表明圆盘加压过滤机能够实现赤泥的快速分离，赤泥在分离过程中基本不发生二次反应，并探索了赤泥在加压过滤中的脱水规律及结疤情况，赤泥在脱水后，水分小于30%就会失去粘性，在加压过滤机排料及输送过程中基本不结疤[9]。通过试验可以表明圆盘加压过滤机完全可以应用于氧化铝厂赤泥的分离。圆盘加压过滤技术因其高效节能、全自动操作的特性受到用户的普遍认同，有效地解决了盘式真空过滤机长期存在的生产能力低、滤饼水分高的弊病。其主要特点是：具有较高的生产能力，较低的滤饼水分，能耗低，节省了大量的电力，具有很高的社会效益和经济效益。因此圆盘加压过滤机如能在氧化铝厂赤泥分离生产中得到广泛的应用，必将带来革命性的变革，使烧结法氧化铝生产技术水平迈上新的台阶。从技术指标看，圆盘加压过滤机大大优于目前使用的沉降槽、真空过滤机等设备，在氧化铝行业中应用前景十分光明。

3 选型

在氧化铝厂赤泥分离洗涤工序过滤机的具体选型的过程中，应综合考虑如下各种因素对过滤的影响：（1）滤浆的过滤特性：当滤浆的黏度、蒸汽压和温度较高时采用加压过滤机较为有利；当滤浆易挥发、有毒性时，应采用密闭性好的加压式过滤机；当滤浆接近饱和，易析出时，应选用可以用溶剂或温水进行洗涤的过滤机；当滤饼形成速度低时，应当采用加压过滤机，反之，则应采用真空过滤机；过滤机的选型还应综合考虑滤浆中固体颗粒的大小等因素。（2）过滤的推动力：加压过滤机可以获得较高的过滤速度，适合于滤浆处理量比较大的工艺；真空过滤机使用的真空度一般为53～80kPa，主要优点是容易实现连续过滤，易检修和观察滤饼的状态，滤饼的排出也比加压式容易，其缺点是适应性差，对于滤浆流量、黏度和固体的性质等发生变化的场合难以适应。（3）过滤操作周期：过滤操作周期分为连续式和间断式，连续式过滤机的主要优点是适合于大规模生产，节省人力，而且在有效利用过滤面积方面也比间歇式有利；间歇式过滤机的主要优点是适应性强，价格便宜。无论是采用连续式还是间歇式，选型时都应同时考虑前、后工序的平衡问题。（4）滤饼的洗涤：滤饼的洗涤效果、洗液和滤液的分离程度都是过滤机选型的重要因素，一般真空式比加压式容易取得好的洗涤效果。在真空式中，水平型比转鼓型洗涤效果好。（5）滤饼的剥离排出：滤饼的剥离排出主要是针对真空过滤机的选型而言。真空过滤机有一个在给定时间内形成滤饼最小厚度的限制，小于该限制值时，滤饼不易剥离，会使过滤能力急剧降低。一般在选择连续真空过滤机的型式时，首先要进行滤叶试验，根据滤叶上形成的滤饼的厚度和附着性，定性地判断滤饼的剥离性，并据此选定过滤机及卸料方式。（6）滤饼排放的要求：当滤饼要求干排时，则选择板框压滤机等加压过滤机较好。

[1]陈家镛.湿法冶金手册[M].北京：冶金工业出版社,2005: 400-401.

[2]梅剑珊.氧化铝生产工艺[M].内部教材,1989.

[3]陈新选,马文选.100m2真空转鼓过滤机在拜耳法生产中的应用[J].设备及自动化,2003:38-39.

[4]杨小波.100m2新型赤泥转鼓过滤讥的开发与应用[J].中国金属通报,2009:246-247.

[5]王庆安.赤泥高效过滤机的创新设计及CAD[D].西安:西安建筑科技大学,2010.

[6]赵福辉.翻盘式真空过滤机在烧结法赤泥分离中的应用研究[J].世界有色金属,2006:21-23.

[7]冯瑜.立盘过滤机在赤泥减排中的应用[A].第十五届中国科协年会第15分会场：全国铝冶金技术研讨会论文集[C], 2013.

[8]王相如,雷振,杨磊等.浅谈快开式板框压滤机在拜耳法氧化铝生产的赤泥处理中的应用[A].中西部第三届有色金属工业发展论坛[C],2010.

[9]莫进超,王二星.加压过滤机在赤泥快速分离上的应用研究[J].有色设备,2001(2):23-25.

[10]王军,冷正旭,陈旭等.氧化铝生产烧结法赤泥分离设备[P].中国:02222019,2002.