機(jī)械式高壓壓榨在鈦石膏脫水領(lǐng)域的應(yīng)用

黃宋義

摘? 要：鈦石膏是采用硫酸法生產(chǎn)鈦白粉時(shí)，為治理生產(chǎn)所附帶的酸性廢水，而加入石灰（或電石渣）以中和大量的酸性廢水而產(chǎn)生的以二水石膏為主要成分的酸性工業(yè)污泥，被稱為鈦石膏（又稱紅石膏、黃石膏），鈦石膏漿料濃度一般是在2%～5%之間，脫水是對(duì)鈦石膏進(jìn)行綜合環(huán)保處置前一個(gè)很關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。

關(guān)鍵詞：高壓? 脫水? 含水率? 低能耗

中圖分類號(hào)：TU522 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）09（b）-0043-02

鈦白粉廣泛用于涂料、塑料、橡膠、油墨、紙張、化纖、陶瓷、日化、醫(yī)藥、食品等行業(yè)，隨著各個(gè)行業(yè)近幾年的蓬勃發(fā)展，鈦白粉的需求量劇增，各大鈦白粉廠家不斷擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2018年底國(guó)內(nèi)鈦白粉生產(chǎn)規(guī)模接近300t/年，按每生產(chǎn)1t鈦白粉產(chǎn)生6t鈦石膏計(jì)算，每年需要進(jìn)行脫水的石膏量接近2000t的規(guī)模。在過(guò)去，鈦石膏大都是經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單脫水后，進(jìn)行填埋或者堆放，不單是資源化利用率極低，還占據(jù)大量的土地面積，由于脫水不夠充分，大部分都是含水率在45%～55%之間，在填埋或堆放過(guò)程中出現(xiàn)石膏漿液滲出，影響地表水的質(zhì)量指標(biāo)。中央“十八大”提出了“生態(tài)文明”建設(shè)的總體發(fā)展戰(zhàn)略，影響環(huán)境的固體廢棄物，要進(jìn)行“綜合利用”處理[1]，其中就包括工業(yè)生產(chǎn)的鈦石膏。為此，鈦石膏的高干度脫水是后端進(jìn)行各種行之有效處置的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。該文針對(duì)高壓壓榨力對(duì)鈦石膏的脫水效果進(jìn)行分析比較。通過(guò)在同等條件下對(duì)鈦石膏進(jìn)行不同壓榨壓力進(jìn)行脫水所得到數(shù)據(jù)結(jié)果。

1? 鈦石膏的過(guò)濾脫水特性及常用裝備

過(guò)濾是固液分離的組成部分，它利用過(guò)濾介質(zhì)或多孔膜截留液體中難溶的顆粒到達(dá)過(guò)濾作用，鈦石膏的主要成分為CaSO4·2H2O，其含量為60%～80%，屬于無(wú)機(jī)化學(xué)石膏，主要的雜質(zhì)有Fe（OH）3、FeSO4和AL（OH）3，與天然石膏相比具有：含水量大、粘度大、雜質(zhì)含量高、晶體尺寸較小等特點(diǎn)，平均粒徑在10～25μm之間，粒度分布較為均勻，可以采用一般過(guò)濾方式進(jìn)行脫水[2]。工業(yè)鈦石膏的水分一般認(rèn)為有以下四種結(jié)合形式：間隙水（自由水）、毛細(xì)水、吸附水、內(nèi)部水，前兩種形式的水分可以用機(jī)械壓力去除，后兩種水分很難[3]。目前行業(yè)內(nèi)普遍采用板框壓濾機(jī)、隔膜壓濾機(jī)、離心機(jī)等過(guò)濾設(shè)備對(duì)鈦石膏進(jìn)行脫水，壓榨壓力范圍在0.8～2.5MPa，脫水后濾餅含水率在45%～55%之間（如圖1所示）。

2? 機(jī)械式高壓壓榨對(duì)鈦石膏脫水作用和意義

在作者所在單位研制的污泥高壓深度脫水工業(yè)生產(chǎn)型試驗(yàn)機(jī)上，通過(guò)在同等條件下（如進(jìn)料濃度、進(jìn)料壓力、進(jìn)料時(shí)間、壓榨時(shí)間等），對(duì)鈦石膏采用不同壓榨壓力進(jìn)行脫水比較，經(jīng)大量的試驗(yàn)結(jié)果所得到含水率與壓榨壓力關(guān)系曲線圖如圖2所示。

由圖2可見，在一定程度上，隨著外部所施加的機(jī)械式壓榨壓力越大，經(jīng)脫水后的鈦石膏含水率越低，當(dāng)壓榨壓力大于10MPa之后，對(duì)脫水效果的影響不大，可以忽略不計(jì)壓榨壓力對(duì)脫水效果的作用。由圖3可見，經(jīng)10MPa壓榨壓力脫水的鈦石膏表觀堅(jiān)硬，易于破碎，含水率很低，無(wú)需進(jìn)行其他干燥（如熱干化）來(lái)進(jìn)一步降低水份，可直接作為水泥緩凝劑、建材原料等資源化綜合利用[4]。

隨著國(guó)內(nèi)鈦白粉需求量和生產(chǎn)規(guī)模的逐年上升，同時(shí)導(dǎo)致大量的鈦石膏工業(yè)副產(chǎn)品產(chǎn)生，如何對(duì)其進(jìn)行資源化綜合利用形成良性發(fā)展將是個(gè)廠家考慮的關(guān)鍵課題，處置不當(dāng)或沒有好的技術(shù)路線處理，鈦石膏的將會(huì)是各大鈦白粉廠家的包袱，嚴(yán)重時(shí)可直接影響到廠家的存亡。為此，各鈦白粉廠家需要選擇高效、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)的技術(shù)路線來(lái)處理鈦石膏脫水，為后端鈦石膏進(jìn)行各種資源化利用創(chuàng)造良好的條件。目前鈦石膏作為水泥緩凝劑原料進(jìn)水泥窯前要求的含水率是40%以下，作為建材原料在進(jìn)行煅燒前要求含水率20%以下[5]。在脫水設(shè)備壓榨壓力不夠大的條件下，初次脫水后還需進(jìn)行二次熱干燥來(lái)達(dá)到處置含水率的要求，整個(gè)脫水過(guò)程成本高，加大企業(yè)的成本壓力。從石膏資源的角度考慮，當(dāng)前可開采的天然石膏資源越來(lái)越少，但是石膏的使用需求量卻沒降低，這就有可能導(dǎo)致天然石膏因過(guò)量開采而枯竭。如果是能有效地把現(xiàn)有的工業(yè)鈦石膏資源化利用起來(lái)，既能很好地解決其帶來(lái)的各種環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)，形成良好的循環(huán)經(jīng)濟(jì)效益，又能緩解天然石膏的庫(kù)存量劇降風(fēng)險(xiǎn)。

廣東省機(jī)械研究所研發(fā)制造的高壓壓濾機(jī)，在吸取傳統(tǒng)隔膜壓濾機(jī)、板框壓濾機(jī)等設(shè)備優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上做了大量的升級(jí)、優(yōu)化和創(chuàng)新設(shè)計(jì)，在壓榨工作壓力穩(wěn)定達(dá)到10MPa的工況下確保濾板無(wú)損壞，濾布無(wú)破損，避免了傳統(tǒng)隔膜壓濾機(jī)的設(shè)計(jì)缺陷，設(shè)備運(yùn)行能耗甚至更低。通過(guò)機(jī)械式高壓壓濾方式可將鈦石膏實(shí)現(xiàn)高干度脫水，含水率在20%以下，可滿足鈦石膏后續(xù)進(jìn)行資源化處置的脫水工藝要求。

通過(guò)大量的試驗(yàn)和工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)可知，在足夠大壓榨力（10MPa）的直接作用下，鈦石膏脫水效果是最充分最徹底的，脫水效率較高，而且這種機(jī)械式高壓壓榨同時(shí)也是最節(jié)省能耗的脫水方式，深度脫水后的鈦石膏可滿足各種資源化利用技術(shù)路線低含水率的要求，最終實(shí)現(xiàn)工業(yè)副產(chǎn)鈦石膏資源循環(huán)化綜合利用的愿景。

參考文獻(xiàn)

[1] 國(guó)家發(fā)改委發(fā)布戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)產(chǎn)品和服務(wù)指導(dǎo)目錄（2016版）（節(jié)能環(huán)保部分）7.3.2.

[2] 丁啟圣，王維一.新型實(shí)用過(guò)濾技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2017.

[3] 廖傳華，王小軍，高豪杰，等.污泥無(wú)害化與資源化的化學(xué)處理技術(shù)[M].北京：中國(guó)石化出版社，2019.

[4] 江蘇一夫科技股份有限公司.工業(yè)副產(chǎn)石膏深加工技術(shù)理論與實(shí)踐[M].北京：中國(guó)建材工業(yè)出版社，2016.

[5] 江蘇一夫科技股份有限公司.工業(yè)副產(chǎn)石膏研究報(bào)告匯編[M].北京：中國(guó)建材工業(yè)出版社，2016.