燒結法溶出漿料快速液固分離設備
我國是當今世界氧化鋁第一生產(chǎn)大國，但是，我國的鋁土礦資源不僅短缺且品質(zhì)差，絕大多數(shù)有工業(yè)開采價值的礦山的鋁土礦的鋁硅比平均值僅為5左右，不適宜用簡單拜耳法（鋁硅比需＞9）生產(chǎn)氧化鋁。因此，目前我國許多氧化鋁廠采用拜耳法和燒結法聯(lián)合流程生產(chǎn)氧化鋁，即先用改良的拜耳法處理鋁硅比大于7的鋁土礦，然后再用燒結法處理拜耳法赤泥回收其中氧化鋁和氧化鈉（串聯(lián)法），或選用拜耳法和燒結法并聯(lián)、混聯(lián)流程生產(chǎn)氧化鋁，也有選擇富礦燒結法生產(chǎn)氧化鋁的。目前，在我國生產(chǎn)的氧化鋁產(chǎn)品中至少有五分之一來自燒結法。未來，隨著我國鋁土礦資源逐年的高消耗，鋁土礦品位的不斷下降，燒結法生產(chǎn)氧化鋁比例還將進一步增大。
燒結法通常指堿石灰燒結法，適宜處理中低品位（3~5）鋁土礦，但工藝復雜、能耗高、產(chǎn)品成本高、赤泥排放量大，污染環(huán)境，亟待改進優(yōu)化才能適應我國鋁工業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。
燒結法中熟料的快速溶出和液固分離技術是簡化工藝流程、節(jié)約投資、減少占地、降低能耗、提高氧化鋁和氧化鈉回收率、降低赤泥堿量、提升赤泥資源化利用水平的一項關鍵技術。但是，受濾布結硬現(xiàn)象的困擾，燒結法溶出漿料一直采用沉降法進行液固分離。所以，消除鋁酸鈉漿料液固分離時濾布結硬現(xiàn)象即成為一重要的攻關課題。
1、 燒結法溶出漿料液固過濾分離時濾布的結硬現(xiàn)象
對燒結法溶出漿料快速進行液固分離最簡捷的辦法就是過濾分
離。雖然過濾機型有很多種，但是，卻難以用來過濾分離鋁酸鈉漿料，根本原因是過濾分離時，溶液中的鋁酸鈉在抽濾過程中易水解和分解析出Al(OH)3，即發(fā)生下述反應：
(1) NaAl(OH)4﹢aq → NaOH﹢Al (OH)3﹢aq
(2) NaAl(OH)4﹢CO2 → Na2CO3﹢Al (OH)3﹢H2O
這些析出的Al(OH)3在抽濾過程中，易在濾布的表面和毛細通道中聚集結晶，造成濾布毛細通道堵塞，使濾布逐漸失去過濾性能。與此同時，隨著濾布周而復始地使用，結晶體不斷充實編織纖維體間的空間，最后使濾布結硬，無法再過濾分離鋁酸鈉漿料。
2、 前人對熟料溶出漿料快速液固分離的工作
無疑地，不使用濾布是防治和消除濾布結硬問題最簡便的方法。所以，研究人員首先想到的是選用無濾布的過濾機用來分離燒結法溶出漿料。
2002年底鄭州鋁廠與上海離心機研究所聯(lián)合選用LW530X2270NY型臥式離心機對燒結法熟料溶出漿料進行液固分離試驗。在試驗中，試驗樣機處理量達40M3/時，并且在熟料溶出漿料中添加絮凝劑的前提下，獲得粗液中浮游物的平均值為1.92g/L；赤泥稠漿的水份為37.12%；赤泥氧化鋁溶出率的平均值為95.81%的結果。與同期沉降槽底流赤泥氧化鋁溶出率92.2%相比較提高了3.61%。2003年中南大學潘長躍和山東氧化鋁廠劉金星等人也做過類似的試驗，雖然實現(xiàn)了熟料溶出漿料的快速液固分離，但粗液的浮游物平均值高達7.69g/l. 在這些試驗中，都存在離心機軸承易損壞、進料口易磨損、出渣口易堵塞、筒壁易結疤、維修次數(shù)多等不足，驗證了這類設備難以滿足氧化鋁生產(chǎn)大流量、連續(xù)穩(wěn)定運行的要求。
2006年“燒結法溶出赤泥過濾濾布結硬的防治與再生技術研究”被列為國家“十一五”科技攻關課題“高效低耗氧化鋁選冶技術研究”的主要研究項目之一。該項目由中鋁山西分公司和鄭州輕金屬研究院聯(lián)合攻關，項目組依據(jù)大量氧化鋁生產(chǎn)技術分析和實驗室研究成果在山西鋁廠進行了工業(yè)化試驗。2007年9月，工業(yè)試驗取得突破性進展。試驗過濾機連續(xù)運行6天，開發(fā)出一整套高效分離技術，可使熟料的氧化鋁的凈溶提高2%以上。2010年~2011年間，山西鋁廠與沈陽鋁鎂設計院在上述研究的基礎上，進行了大型過濾機（72m2）的赤泥過濾分離試驗，但運行中出現(xiàn)濾布折皺和跑偏現(xiàn)象，阻礙了過濾機的連續(xù)運行。該項研究中采用高苛性比堿液溶解結硬濾布上的氫氧化鋁，使用的苛性堿溶液溫度較高，溶煮時間長，易損傷濾布，是使濾布出現(xiàn)松弛和折皺現(xiàn)象的主要原因。并且，僅靠溶煮是不能快速地完全清除濾布毛細通道中的析出物的，因此，濾布在線再生不夠徹底。目前，該項研究仍在優(yōu)化中。
還有報道研究人員曾嘗試用板框壓濾機、翻盤過濾機和濾布袋過濾分離熟料溶出漿料的，終因濾布結硬和不能連續(xù)作業(yè)而未能在氧化鋁生產(chǎn)中得到工業(yè)化應用。
3、 消除濾布結硬現(xiàn)象的研究
我們對結硬濾布進行堿液浸泡消除結硬現(xiàn)象的實驗結果表明，用一定濃度的NaOH溶液浸泡結硬濾布一定時間后，濾布的結硬狀況即有所改變，但濾布的過濾性能卻不能得到完全恢復再生。這表明濾布表面和近表面的毛細通道口的Al(OH)3晶體已被溶解，但毛細通道中的Al(OH)3晶體并沒有被NaOH溶液溶解。特別是，短時間浸泡濾布，濾布的結硬狀況改觀不大，由此推斷，濾布的結硬主要是濾布毛細通道中析出的Al(OH)3晶體充填所致。
既然用適當溫度和濃度的NaOH溶液可以消減濾布的結硬，就表明濾布上的Al(OH)3結晶是完全可被NaOH溶解的，毛細通道中的Al(OH)3結晶只要能與NaOH接觸，即能被溶解和清除。
采用中斷過濾，用適當溫度和濃度的NaOH代替鋁酸鈉漿料，抽濾溶解濾布中的Al(OH)3結晶是可行的。但破壞了工藝的連續(xù)作業(yè)，這樣做NaOH溶液消耗大，還需一套加熱保溫NaOH溶液存儲系統(tǒng)。要不中斷連續(xù)過濾，必須考慮采用快速溶解毛細通道中Al(OH)3結晶的方法。實驗中，我們采用了超聲波清洗槽對結硬濾布進行溶洗，發(fā)現(xiàn)在適當溫度和濃度的NaOH溶液中，借助超聲波可很快地完全消除濾布的結硬現(xiàn)象，使濾布恢復近100%的過濾性能。
4、 溶、清洗裝置的設計與制造
超聲波在介質(zhì)中傳播時使溶液產(chǎn)生無數(shù)個微小的真空泡（空化作用），當泡爆破時會產(chǎn)生很強大的沖擊能，可將所遇到的固著物打散，加之超聲波頻率高、波長短、穿透能力強，特別適合清理復雜結構和毛細通道中的污垢，再加之空化作用可有效地促進化學反應，所以，設計選擇了帶有超聲波的溶洗裝置來消除濾布結硬現(xiàn)象。
超聲波溶清洗裝置如圖1所示意，主要由盛液槽、超聲波發(fā)生器、加熱裝置和濾布導向輥構成。
濾布途經(jīng)溶洗槽時受到堿溶液和超聲波的共同作用，其纖維縫隙間的結晶體被快速溶解成鋁酸鈉又回到溶液中，即達到了溶洗濾布消除濾布結硬的目的。
本文章由正達環(huán)保設備有限公司，臥螺離心機制造專家
