臥螺離心機(jī)在燒結(jié)法粗液分離中的應(yīng)用研究
行業(yè)動(dòng)態(tài)
1 前言
粗液分離是氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵工藝，粗液分離效果的好壞，直接影響氧化鋁回收率的高低。加快粗液分離速度，是減少溶出過(guò)程中的二次反應(yīng)、提高氧化鋁凈溶直接的辦法。
強(qiáng)化燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁過(guò)程中，如果能夠較好地解決高濃度鋁酸鈉溶液與赤泥快速分離問(wèn)題，則可以大幅度降低強(qiáng)化燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁的汽耗，大大提高熟料的氧化鋁凈溶，進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
為了加快分離速度，減少二次反應(yīng)，在氧化鋁行業(yè)曾先后用于分離的設(shè)備包括：沉降槽、過(guò)濾沉降槽、板框壓濾機(jī)、帶使和轉(zhuǎn)盤(pán)真空過(guò)濾機(jī)等?，F(xiàn)保留使用的設(shè)備僅為沉降槽，而其它設(shè)備均因存在工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、分離不均勻、洗滌不充分和濾布消耗量大等問(wèn)題，而限制了這類(lèi)設(shè)備產(chǎn)能的提高，從經(jīng)濟(jì)的角度來(lái)看，不適應(yīng)氧化鋁生產(chǎn)的不斷擴(kuò)大。在合成高效絮凝劑等添加劑出現(xiàn)后，沉降槽的產(chǎn)能有了較大提高，但中國(guó)鋁業(yè)中州分公司在使用強(qiáng)化燒結(jié)法生產(chǎn)工藝后，熟料中的A/S有了很大提高，赤泥的細(xì)度也相應(yīng)減小，對(duì)粗液分離提出了更高的要求。為了適應(yīng)強(qiáng)化燒結(jié)法生產(chǎn)工藝的要求，須尋求一種更為先進(jìn)的分離設(shè)備。
2 設(shè)備選型
臥螺離心機(jī)是現(xiàn)今在水處理行業(yè)應(yīng)用較為有效的設(shè)備之一。經(jīng)過(guò)調(diào)研和分析，該公司選用上海離心機(jī)研究所生產(chǎn)的LW530×2270NY型離心機(jī)作為分離設(shè)備，進(jìn)行高濃度下的快速分離試驗(yàn)。
2.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)
LW530×2270NY型臥式螺旋卸料離心機(jī)由轉(zhuǎn)鼓、螺旋、液壓差速器、液壓泵站、液固相收集腔、電機(jī)傳動(dòng)裝置和變頻器等構(gòu)成。
2.2 工作原理
啟動(dòng)液壓電機(jī)，使轉(zhuǎn)鼓與螺旋產(chǎn)生差速，通過(guò)主機(jī)變頻器逐步升速到額定轉(zhuǎn)速，在液壓差速器的作用下，使螺旋產(chǎn)生一個(gè)超前轉(zhuǎn)鼓的穩(wěn)定差速器，以實(shí)現(xiàn)螺旋的卸料功能。
機(jī)器轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，懸浮液由進(jìn)料管進(jìn)入離心機(jī)，在強(qiáng)大的離心力場(chǎng)作用下，比重大的固體離子被甩在沉降壁面上，并很快沉積在轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)壁上，在螺旋的推動(dòng)下，沉渣不斷被推向轉(zhuǎn)鼓的小端，從出渣口排出。清液經(jīng)分離葉片進(jìn)一步澄清后，由轉(zhuǎn)鼓溢流孔排出。在整個(gè)分離過(guò)程中，懸浮液不斷地輸入，澄清的液相不斷排出，從而實(shí)現(xiàn)了連續(xù)自動(dòng)分離。
2.3 設(shè)備性能參數(shù)
臥式螺旋卸料離心機(jī)適用于分離固相含量＜10%，液固體積濃度＜50%，液固重度差＞0.05g/cm3，固相離子直徑＞5μm的懸浮液。當(dāng)液固重度差較大時(shí)，固相粒子直徑＞2μm的懸浮液也可以分離。
粗液的比重一般為1.2～1.25g/cm3，赤泥的比重為2.79g/cm3，重度差為1.57g/cm3，赤泥的粒度分布-5μm是19.9%，-2μm是10.79%。因此在離心分離機(jī)的適用范圍內(nèi)，可以進(jìn)行離心分離。
3 試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果
3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/strong>
檢驗(yàn)離心分離機(jī)應(yīng)用在燒結(jié)法粗液、赤泥快速分離上的可行性，包括離心機(jī)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的周期、結(jié)疤對(duì)設(shè)備的影響情況、設(shè)備的產(chǎn)能以及設(shè)備的可靠性等。
3.2 試驗(yàn)結(jié)果
將溶出漿液直接送入離心分離機(jī)進(jìn)行分離，以分析其穩(wěn)定運(yùn)行的作業(yè)條件和產(chǎn)能大小。經(jīng)過(guò)591h的運(yùn)行，期間共停車(chē)15次，經(jīng)過(guò)兩次大修。
3.2.1 結(jié)疤情況
試驗(yàn)機(jī)內(nèi)的轉(zhuǎn)鼓分三段：清液區(qū)、進(jìn)料區(qū)和排渣區(qū)。其中清液區(qū)的結(jié)疤形狀為：轉(zhuǎn)鼓內(nèi)結(jié)疤8～10mm，螺旋結(jié)疤3～5mm，呈深藍(lán)色。進(jìn)料區(qū)：轉(zhuǎn)鼓內(nèi)結(jié)疤8～10mm，螺旋結(jié)疤3～5mm，呈褐色。
進(jìn)料管亦存在一定程度的結(jié)疤，但在試驗(yàn)中，并未發(fā)現(xiàn)離心機(jī)的振動(dòng)加劇。因此可以認(rèn)為：采用臥螺離心機(jī)進(jìn)行粗液分離，結(jié)疤對(duì)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的影響可以忽略。
3.2.2 可維修性
在試驗(yàn)中，曾由于操作不當(dāng)造成離心機(jī)堵塞，進(jìn)行過(guò)兩次解體大修，對(duì)其中的積料和結(jié)疤進(jìn)行了徹底清理。再次安裝后，設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，未出現(xiàn)因檢修而致設(shè)備停運(yùn)的情況。
因此，可以認(rèn)為，檢修工作只要按照設(shè)計(jì)和檢修規(guī)程執(zhí)行，該設(shè)備仍具有一定的可維修性。
3.2.3 工藝指標(biāo)
試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)產(chǎn)能為30m3/h。當(dāng)離心機(jī)的進(jìn)料量穩(wěn)定在13.5～17m3/h、平均為14m3/h時(shí)，溢流浮游物平均為0.66g/l，底流水份平均為39%。離心機(jī)試驗(yàn)底流赤泥氧化鋁溶出率平均為94.4%，與同期沉降槽底流氧化鋁溶出率93.47%相比，提高0.97%；當(dāng)離心機(jī)的進(jìn)料量穩(wěn)定在25～35m3/h，平均為30m3/h時(shí)，溢流浮游物平均為1.44g/l，底流水份平均為40%。離心機(jī)試驗(yàn)底流赤泥氧化鋁溶出率平均為95.37%，與同期沉降槽底流氧化鋁溶出率93.04%相比，提高2.33%。
3.2.4 絮凝劑對(duì)工藝指標(biāo)的影響
為提高產(chǎn)能加入適量的絮凝劑后，離心機(jī)的進(jìn)料量可由35m3/h提高至45m3/h，平均為39.6m3/h。絮凝劑的加入量低至160～200ml，為干赤泥量的0.05‰；高至350～500ml，為干赤泥量的0.18‰。溢流浮游物平均為1.92g/l，底流水份平均為37.12%。底流赤泥氧化鋁溶出率平均為95.81%，與同期沉降槽底流氧化鋁溶出率92.20%相比提高了3.61%。
4 試驗(yàn)機(jī)存在的問(wèn)題
從試驗(yàn)過(guò)程來(lái)看，工藝指標(biāo)達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，離心分離后，粗液浮游物平均為1.61g/l，氧化鋁溶出率平均為95.29%，與同期沉降槽底流赤泥相比，氧化鋁溶出率提高2.33%；但設(shè)備本身仍然存在諸多問(wèn)題。
4.1 軸向密封效果差，軸承損壞
試驗(yàn)中因軸承損壞，曾造成兩次停機(jī)檢修。
現(xiàn)有的設(shè)備結(jié)構(gòu)并未考慮軸向密封問(wèn)題，只是在殼體的兩端采用了毛氈密封，這對(duì)易結(jié)硬的物料基本上不起作用；同時(shí)，這種結(jié)構(gòu)也不利于對(duì)物料的密封。
4.2 出渣口易堵塞，不利于出料
由于氧化鋁赤泥的粘度大，易結(jié)硬，因此，排出的渣應(yīng)迅速脫離設(shè)備。試驗(yàn)中，經(jīng)常因出渣排出不及時(shí)造成堵塞。
4.3 保護(hù)罩上未設(shè)置出氣筒，護(hù)罩內(nèi)的廢氣難以排出
流程中的物料溫度在80℃左右，其產(chǎn)生的廢氣無(wú)法排出，依靠密封亦難以完全封死，造成傳動(dòng)系統(tǒng)污染，易出故障。
4.4 進(jìn)料口易磨損
由于進(jìn)料部位的結(jié)構(gòu)為垂直出料，造成物料反射，使進(jìn)料口磨損嚴(yán)重，因此會(huì)降低設(shè)備的使用壽命。
4.5 未設(shè)溢流裝置
試驗(yàn)中進(jìn)料量波動(dòng)，進(jìn)入分離機(jī)的物料有時(shí)大于設(shè)定的產(chǎn)能，形成進(jìn)料口倒料。試驗(yàn)機(jī)對(duì)物料波動(dòng)特別是進(jìn)料量大于設(shè)計(jì)產(chǎn)能時(shí)的情況，沒(méi)有應(yīng)對(duì)措施，造成環(huán)境污染。
4.6 部件拆卸不便
轉(zhuǎn)鼓的連接法蘭因位置小，不易拆檢；差速器與螺旋軸的連接銷(xiāo)軸亦不易拆除，拆檢困難。
5 改進(jìn)措施
盡管臥螺離心機(jī)能夠獲得較好的工藝指標(biāo)，但其自身結(jié)構(gòu)存在問(wèn)題，需進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)。從試驗(yàn)過(guò)程可以看出，排渣口堵塞是造成設(shè)備停機(jī)較多、且較不易處理的故障。
為了能在生產(chǎn)中使用該設(shè)備，從燒結(jié)法物料的特性出發(fā)，結(jié)合該設(shè)備本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出了以下改進(jìn)措施。
5.1 改進(jìn)密封結(jié)構(gòu)
在兩端的出料位置各設(shè)置一個(gè)擋料環(huán)，以加強(qiáng)軸向密封效果。
5.2 設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)的擋料圈
在出渣口處設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)的擋料圈，并在保護(hù)罩上設(shè)計(jì)洗液沖洗口，使泥渣能夠及時(shí)排出，避免泥渣堵塞。
5.3 改造保護(hù)罩
將保護(hù)罩的下半部分改為斜斗形，并加沖洗管，以便及時(shí)沖洗里面的積泥；同時(shí)加上拔氣筒，以排出保護(hù)罩內(nèi)的熱氣；將保護(hù)罩上的加強(qiáng)筋板設(shè)置在外壁（原設(shè)計(jì)在內(nèi)壁）；清液出口加集料裝置，結(jié)構(gòu)類(lèi)似出渣口，以減少物料外溢。
5.4 進(jìn)料出口加防磨層
在螺旋中心的進(jìn)料出口加防磨層，即在出口位置向前耐磨材料或?qū)Τ隹谛螤钤僮龈倪M(jìn)，以延長(zhǎng)使用壽命。
5.5 設(shè)置溢流裝置
為了應(yīng)對(duì)由于進(jìn)料量的波動(dòng)、造成進(jìn)入分離機(jī)的物料有時(shí)大于其設(shè)定的產(chǎn)能、出現(xiàn)出料口倒料的情況，設(shè)置溢流裝置，在保證機(jī)器產(chǎn)能的前提下，可以自動(dòng)分流。
5.6 加大連接法蘭尺寸
轉(zhuǎn)鼓的分體連接法蘭適當(dāng)加大，考慮螺栓連接或其他有利于拆卸的連接方式，至少在半徑上增加30mm，可預(yù)留扳手轉(zhuǎn)動(dòng)空間，保證檢修拆卸方便，可靠。
6 試驗(yàn)結(jié)論
（1）采用臥式螺旋離心分離機(jī)進(jìn)行鋁酸鈉溶液與赤泥的快速分離，基本上可以達(dá)到快速分離的目的。
（2）離心分離后粗液浮游物平均為1.61g/l，氧化鋁溶出率平均為95.29%，與同期沉降槽底流赤泥相比，氧化鋁溶出率提高2.33%。
（3）在離心分離機(jī)相同的轉(zhuǎn)速下，添加絮凝劑可以提高離心機(jī)的產(chǎn)能。該離心分離機(jī)的額定產(chǎn)能為30m3/h，添加絮凝劑時(shí)可以達(dá)到39.6m3/h，并且粗液浮游物平均為1.92g/l，氧化鋁溶出率平均為95.81%，與同期沉降槽底流赤泥相比，氧化鋁溶出率提高3.61%。
（4）離心分離機(jī)在額定流量和較低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行比較穩(wěn)定，但是，轉(zhuǎn)速低導(dǎo)致浮游物升高。
（5）燒結(jié)法赤泥容易結(jié)硬，在如何解決排渣口結(jié)硬導(dǎo)致設(shè)備停機(jī)問(wèn)題上，還需對(duì)排渣口做進(jìn)一步的改進(jìn)。
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