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為了徹底摸清白泥的成分及物化性質(zhì)，南堿公司近年來與省農(nóng)科院、華南理工大學(xué)、廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院等單位合作，對白泥進(jìn)行了全面系統(tǒng)的分析，得出了白泥固相主要含CaCO3、MgOH2兩種物質(zhì)，其同時(shí)具有顆粒細(xì)小、空隙大、含水量大和溶膠效應(yīng)等特性。由于純堿生產(chǎn)及廢水處理的需要，南堿公司自有臥式板框壓濾機(jī)、隔膜式壓濾機(jī)、帶式過濾機(jī)、真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)等脫水設(shè)備，且擁有豐富的使用經(jīng)驗(yàn)，在白泥脫水性能研究方面具備一定的基礎(chǔ)。經(jīng)查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料及與天津堿廠、連云港堿廠、青島堿業(yè)等兄弟單位進(jìn)行技術(shù)交流后得知，立式自動(dòng)壓濾機(jī)已廣泛應(yīng)用于白泥脫水領(lǐng)域，而臥式螺旋沉降離心機(jī)在澳大利亞Penrice純堿廠已使用多年，白泥脫水效果非常理想，但在國內(nèi)卻鮮有報(bào)道。

一、白泥成分分析

1.1 白泥主成分及巖相組成

2009年8月，廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院采用X射線衍射儀對白泥樣品進(jìn)行了物相分析，將白泥的樣品信號分別與PDF數(shù)據(jù)庫中標(biāo)準(zhǔn)卡片數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，判定白泥樣品中含量超過3%的物相組成有：CaCO₃、CaSO₄、MgO?；谏鲜龇治鼋Y(jié)果，廣東電科院隨后對白泥中可能存在的主要物質(zhì)進(jìn)行了全分析，分析結(jié)果顯示，白泥的水分較多，在40%左右；在固體干基中，含量較多的是CaCO₃（超過60%），其次為CaSO₄（20%左右）、Cl^-（7.5%左右）、MgO（5%左右）等。此結(jié)果與天津堿廠在上世紀(jì)90年代初委托南開大學(xué)中心實(shí)驗(yàn)室用X射線衍射儀分析得到的數(shù)據(jù)基本吻合，其分析結(jié)果為：白泥的巖相主要是CaCO₃，其次是Ca0.98Na0.03SO₄·0.47H₂0和CaCl₂·Ca（OH）₂·H₂0兩種帶結(jié)晶水的復(fù)鹽及微量的NaCl。

1.2 白泥粒度分布情況

經(jīng)查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料得知，天津堿廠于上世紀(jì)90年代委托北京有色金屬冶金設(shè)計(jì)研究總院曾對蒸氨廢液中固體粒子的粒度分布情況進(jìn)行過測定。65%以上（體積分?jǐn)?shù)）的白泥粒徑＜10μm（相當(dāng)于1250目），95%以上的白泥粒徑＜25μm（相當(dāng)于500目），白泥的粒徑為38μm（相當(dāng)于320目）。東南大學(xué)曾經(jīng)用掃描電鏡對連云港堿廠提供的白泥進(jìn)行過分析，結(jié)果表明白泥中具有極發(fā)育的空隙體系，包括粒間空隙、集合體空隙及聚集體空隙，從而造就了白泥顆粒細(xì)小、空隙大、含水量大和具有溶膠效應(yīng)等特性。

二、主流固液分離設(shè)備簡介

2.1 臥式板框壓濾機(jī)

臥式板框壓濾機(jī)是一種成熟的間歇式脫水裝置，自問世以來廣泛應(yīng)用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)之中，其具有結(jié)構(gòu)簡單、單位過濾面積占地較少、過濾面積選擇范圍大、操作容易、固液分離效果好，滿足大多數(shù)物料的固液分離要求，尤其適合進(jìn)行黏細(xì)物料的脫水操作。

南堿公司現(xiàn)有4臺XMZ-500/1500型、2臺XMZ-800/2000型板框壓濾機(jī)，生產(chǎn)廠家均為無錫洗選設(shè)備公司，單臺設(shè)備的過濾面積均為500㎡，全部用于蒸氨廢液底流進(jìn)行固液分離使用?？傮w而言，6臺壓濾機(jī)基本能滿足企業(yè)的環(huán)保治理需求、濾餅含水率穩(wěn)定在50%左右，但是亦不可避免地出現(xiàn)了濾布堵塞、破損，濾液跑冒滴漏嚴(yán)重，系統(tǒng)長周期穩(wěn)定運(yùn)行率偏低等問題，加之系統(tǒng)自動(dòng)化程度較低、工人的勞動(dòng)強(qiáng)度過大導(dǎo)致了生產(chǎn)效率較低。

2.2 隔膜式壓濾機(jī)

隔膜式壓濾機(jī)是近年來出現(xiàn)的新型間歇式脫水裝置，是普通板框壓濾機(jī)的替代升級產(chǎn)品，已廣泛應(yīng)用于冶金、煤氣、造紙、煉焦、制藥、食品、釀造、精細(xì)化工等行業(yè)。其具有過濾壓力高、耐腐蝕性能好、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)在單位面積處理能力、降低濾餅水分、對處理物料性質(zhì)的適應(yīng)性等方面都表現(xiàn)出了顯著的優(yōu)越性。

南堿公司現(xiàn)有1臺應(yīng)用于白泥脫水，型號為XMAZG658/2000-U的隔膜式壓濾機(jī)，生產(chǎn)廠家為河北景津壓濾機(jī)有限公司，設(shè)備的過濾面積為700㎡。就使用情況而言，經(jīng)隔膜式壓濾機(jī)處理后的白泥含水率穩(wěn)定在50%以下，脫水效果、生產(chǎn)效率和系統(tǒng)穩(wěn)定性方面略優(yōu)于板框壓濾機(jī)，但是亦不可避免地出現(xiàn)濾布堵塞、破損，濾液跑冒滴漏等問題。

2.3 帶式脫水機(jī)

帶式脫水機(jī)是一種高效的固液分離設(shè)備，廣泛應(yīng)用于食品、制藥、化工、造紙、冶金、環(huán)保等行業(yè)，尤其在城市污水處理和工業(yè)污泥脫水中應(yīng)用非常普遍。其具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、易于維護(hù)、處理能力大、可連續(xù)作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)，其在環(huán)境保護(hù)工作中的優(yōu)越性已經(jīng)被普遍地認(rèn)識，在此領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

南堿公司現(xiàn)有1臺應(yīng)用于脫硫石膏脫水、型號為NP-2000的帶式脫水機(jī)，生產(chǎn)廠家為煙臺鑫海礦山機(jī)械有限公司，設(shè)備的處理能力均為50t/d。就使用情況而言，脫硫石膏的含水率穩(wěn)定在10%以下，但是系統(tǒng)亦出現(xiàn)過漏漿、噴漿的問題。筆者曾使用此裝置對蒸氨廢液的底流進(jìn)行固液分離試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明雖然經(jīng)帶式脫水機(jī)處理后的白泥濾餅含水率穩(wěn)定低于40%，脫水效果明顯優(yōu)于板框壓濾機(jī)和隔膜式壓濾機(jī)，但是亦時(shí)常出現(xiàn)濾孔堵塞和濾層過薄的問題，難以真正發(fā)揮設(shè)備的有效產(chǎn)能，事實(shí)上此次試驗(yàn)過程中白泥濾餅的平均產(chǎn)量低于1.5t/h。

2.4 轉(zhuǎn)鼓真空過濾機(jī)

轉(zhuǎn)鼓真空過濾機(jī)是一種連續(xù)式的高效過濾機(jī)，起初用于制堿和采礦工業(yè)，后來慢慢擴(kuò)展到食品、醫(yī)藥、有機(jī)化學(xué)、廢水處理等領(lǐng)域。其具有過濾適應(yīng)性好，能處理黏性、具可壓縮性濾餅及容易堵塞濾布的物料，而且能自動(dòng)連續(xù)操作，可有效提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。

南堿公司現(xiàn)有3臺φ2250×1910、過濾面積為20㎡的真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)，主要用于分離NaHCO3半成品，使用效果良好。經(jīng)與重堿車間濾過崗位的操作工溝通交流及現(xiàn)場實(shí)地考察后發(fā)現(xiàn)，為了確保真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)高效穩(wěn)定運(yùn)行，碳化取出液的物質(zhì)構(gòu)成、成分比例必須盡量保持穩(wěn)定、避免大幅波動(dòng)，否則極易出現(xiàn)濾層過薄的問題從而大幅降低NaHCO3的產(chǎn)量。由于蒸氨廢液底流由諸多物質(zhì)組成、且易受前面蒸餾工序的影響，同時(shí)其含有的Mg（OH）2在堿性條件下呈絮狀分布，因此可以預(yù)見使用其對白泥進(jìn)行脫水時(shí)，勢必出現(xiàn)濾孔堵塞和濾層過薄的問題，難以充分發(fā)揮設(shè)備的產(chǎn)能，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐稍O(shè)備損壞的后果。

2.5 立式自動(dòng)壓濾機(jī)

立式自動(dòng)壓濾機(jī)（又稱濾布全行走式自動(dòng)壓濾機(jī)）于20世紀(jì)60年代由前蘇聯(lián)設(shè)計(jì)開發(fā)成功，廣泛應(yīng)用于鎳精礦、氧化鋅浸出液、酵素、淀粉、堿渣、沸石、銅精礦等產(chǎn)品的過濾。其具有入料時(shí)間短、濾餅水分低、全自動(dòng)化運(yùn)行、濾布可再生、濾板密封壓力高、不噴料漿、系統(tǒng)穩(wěn)定性高和可節(jié)約大量人力資源等優(yōu)點(diǎn)。

天津堿廠于1999年6月率先引進(jìn)芬蘭LAROX公司的PF全自動(dòng)壓濾機(jī)，其過濾能力高達(dá)50kg/㎡·h，為國產(chǎn)過濾機(jī)的6～10倍，白泥濾餅含水率≤46%，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。經(jīng)與天津堿廠、連云港堿廠的相關(guān)技術(shù)人員交流后得知，雖然經(jīng)LAROX公司的PF全自動(dòng)壓濾機(jī)處理后白泥濾餅的含水率指標(biāo)非常理想，但是與傳統(tǒng)的板框壓濾工藝相比，此類設(shè)備及配套設(shè)施的一次性建設(shè)成本非常昂貴，同時(shí)日常的運(yùn)行成本亦不低，因此短時(shí)間內(nèi)難以在國內(nèi)推廣使用。

2.6 臥式螺旋沉降離心機(jī)

臥式螺旋沉降離心機(jī)是一種利用離心沉降原理來實(shí)現(xiàn)固液分離的設(shè)備，廣泛應(yīng)用于懸浮液的濃縮、脫水、分級、澄清等領(lǐng)域，其對固體顆粒直徑≥3μm、重量濃度≤50%或者體積濃度≤70%、固液密度差≥0.05g/cm3的各種懸浮液均適用。

臥螺離心機(jī)是一種采用螺旋卸料方式、實(shí)現(xiàn)固液沉降分離的新型離心機(jī)，其主要由高轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)鼓、差速器、空心轉(zhuǎn)軸和與轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)向相同但轉(zhuǎn)速比轉(zhuǎn)鼓略低的螺旋輸送器等部件組成。其實(shí)現(xiàn)固液分離的基本原理是：待分離的懸浮液由空心轉(zhuǎn)軸送入轉(zhuǎn)筒后，在高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用下，立即被甩入轉(zhuǎn)鼓腔內(nèi)。強(qiáng)大的離心力（由高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓產(chǎn)生）把比液相密度大的固相顆粒甩貼在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上，形成固環(huán)層（即固體層）；水分由于密度較小、且離心力小，因此只能在固環(huán)層內(nèi)側(cè)形成液體層，稱為液環(huán)層。由于螺旋卸料裝置和轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速不同，二者存在著相對運(yùn)動(dòng)（即轉(zhuǎn)速差），利用螺旋和轉(zhuǎn)鼓的相對運(yùn)動(dòng)把固環(huán)層的污泥緩慢地推動(dòng)到轉(zhuǎn)鼓的錐端，其經(jīng)過干燥區(qū)后，由轉(zhuǎn)鼓呈圓周狀分布的出口連續(xù)排出；而液環(huán)層的液體則在自身重力的作用下由臥螺離心機(jī)靠物料入口端的堰口連續(xù)溢流排至轉(zhuǎn)鼓外，形成分離液。與國內(nèi)板框壓濾機(jī)分離白泥相比較，臥螺沉降離心機(jī)的工藝簡化了很多，具有連續(xù)操作、運(yùn)行平穩(wěn)、勞動(dòng)強(qiáng)度較小等優(yōu)點(diǎn)。

鑒于臥式螺旋沉降離心機(jī)在澳大利亞Penrice純堿廠的白泥脫水效果非常優(yōu)異，自2010年3月以來，南堿公司與國內(nèi)多家臥螺離心機(jī)生產(chǎn)廠家合作開展白泥脫水研究，相關(guān)的試驗(yàn)結(jié)果表明大長徑比、大錐角的臥式螺旋沉降離心機(jī)非常適合蒸氨廢液底流固液分離使用，經(jīng)其處理后的白泥濾餅含水率普遍低于45%，而且能做到連續(xù)生產(chǎn)且操作簡單方便。相對于板框壓濾工藝而言，使用其處理白泥時(shí)必須使用陰離子絮凝劑，這樣才能有效提高裝置的處理效果及處理量，絮凝劑的消耗在一定程度上會(huì)增加用戶的使用成本；在充分考慮一次建設(shè)成本、日常運(yùn)行成本及裝置的長周期運(yùn)行等因素后，筆者認(rèn)為臥式螺旋沉降離心機(jī)比PF全自動(dòng)立式壓濾機(jī)更適合蒸氨廢液底流實(shí)現(xiàn)固液分離使用，裝置的推廣應(yīng)用潛力巨大。

三、白泥脫水設(shè)備的適用性

在全面考慮建設(shè)成本、日常運(yùn)行費(fèi)用、處理能力、自動(dòng)化程度等因素的基礎(chǔ)上，為了更加直觀地比較上述六種脫水設(shè)備的相關(guān)情況，筆者專門做了匯總?cè)缦拢?/p>

由前面白泥成分的介紹可知，白泥中具有極發(fā)育的空隙體系，包括粒間空隙、集合體空隙及聚集體空隙，從而造就了白泥顆粒細(xì)小、空隙大、含水量大和具有膠體性質(zhì)等特性，同時(shí)白泥中的Mg（OH）2在堿性條件下呈絮狀，因此在使用帶式脫水機(jī)、轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)對白泥進(jìn)行脫水時(shí)，不可避免地出現(xiàn)了濾孔堵塞和濾層過薄的問題，難以真正發(fā)揮設(shè)備的有效產(chǎn)能。臥式板框壓濾機(jī)及隔膜式壓濾機(jī)在使用過程中則經(jīng)常出現(xiàn)濾布堵塞、破損，濾液跑冒滴漏嚴(yán)重，系統(tǒng)長周期穩(wěn)定運(yùn)行性偏低等問題；而立式自動(dòng)壓濾機(jī)的一次性投資非常昂貴，且運(yùn)行成本亦不低。因此在綜合考慮設(shè)備投入、運(yùn)行成本、脫水效果和生產(chǎn)效率等因素后，筆者認(rèn)為臥式螺旋沉降離心機(jī)是目前較適合于白泥脫水使用的固液分離設(shè)備。