大宗固廢硅鋁高效分離和過(guò)濾設(shè)備的技術(shù)創(chuàng)新

周志誠(chéng)

（湖州核華環(huán)?？萍加邢薰?，浙江 湖州 313000）

1 引言

受地域資源稟賦和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平影響，我國(guó)的山西、內(nèi)蒙古、陜西等地區(qū)在工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過(guò)程中，產(chǎn)生各種的大宗工業(yè)固體廢物（簡(jiǎn)稱“大宗固廢”），包括尾礦、煤矸石、粉煤灰、冶煉渣、工業(yè)副石膏、赤泥和電石渣等。這些大宗固廢，對(duì)環(huán)境影響很大，堆存成本高，利用率低，同時(shí)存在安全隱患，其中粉煤灰最為突出。大宗固廢的綜合利用是節(jié)能環(huán)保戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，是解決大宗固廢不當(dāng)處置與堆存所帶來(lái)的環(huán)境污染和安全隱患的治本之策，是當(dāng)前實(shí)現(xiàn)工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要舉措，更是確保我國(guó)工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一項(xiàng)長(zhǎng)遠(yuǎn)的戰(zhàn)略方針。

我國(guó)鋁土礦資源儲(chǔ)量很少、品位很差，絕大部分為高硅含量的一水硬鋁石型鋁土礦，還已經(jīng)面臨枯竭。氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)大多需要采用進(jìn)口軟鋁石型鋁土礦與國(guó)產(chǎn)的硬鋁石型鋁土礦配合，采用拜耳法與堿-石灰燒結(jié)法相結(jié)合使用的“聯(lián)合法”進(jìn)行氧化鋁生產(chǎn)，生產(chǎn)技術(shù)落后，生產(chǎn)成本較高。為了保證國(guó)家氧化鋁工業(yè)（鋁工業(yè)）安全，政府出臺(tái)了一系列鼓勵(lì)尋找新的替代鋁土礦的鋁礦資源的政策。其中，最重視也最可行的是利用在蒙西（鄂爾多斯）、晉北（朔州）地區(qū)發(fā)現(xiàn)的大宗固廢高鋁煤矸石與高鋁粉煤灰代替鋁土礦提取氧化鋁，優(yōu)化高鋁粉煤灰綜合利用工藝技術(shù)，降低綜合成本，提高粉煤灰利用率和效益，完善產(chǎn)業(yè)鏈，促進(jìn)高鋁粉煤灰綜合利用產(chǎn)業(yè)化，實(shí)現(xiàn)消耗粉煤灰固廢的存量、節(jié)約資源、改善環(huán)境、獲得經(jīng)濟(jì)效益的戰(zhàn)略目的。

獲得國(guó)家發(fā)明專利的JSTK氧化鋁生產(chǎn)技術(shù)，充分結(jié)合橡膠帶式真空過(guò)濾機(jī)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，將該設(shè)備運(yùn)用于大宗固廢硅鋁高效分離和過(guò)濾，可以開發(fā)利用的原料包括各種煤矸石、各種粉煤灰、高嶺土、黏土、黃砂以及各種氧化鋁含量的鋁土礦渣等大宗固廢。JSTK技術(shù)不受原料中二氧化硅含量（鋁硅比）影響，徹底解決了困擾全球氧化鋁工業(yè)近160年的“二氧化硅對(duì)氧化鋁提取過(guò)程的干擾問(wèn)題”，能從含有氧化鋁與二氧化硅的原料中同時(shí)提取出氧化鋁與二氧化硅，兩者的凈提取率均達(dá)到95%以上，是目前全球氧化鋁提取率最高的技術(shù)。

JSTK氧化鋁技術(shù)的主要工藝環(huán)節(jié)包括配料、兩次濕磨、燒堿堿熔、硅鋁溶出及分離和過(guò)濾、鋁溶出及分離和過(guò)濾、稀釋水解、二氧化硅分離和過(guò)濾、碳化、氫氧化鋁分離和過(guò)濾、苛化及分離與過(guò)濾、廢水處理系統(tǒng)等。其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一就是各個(gè)工藝線路中的料漿的高效分離和快速過(guò)濾。

2 橡膠帶式真空過(guò)濾機(jī)的工作原理

橡膠帶式真空過(guò)濾機(jī)（DU型）以濾布為過(guò)濾介質(zhì)。料漿經(jīng)進(jìn)料裝置均勻分布在移動(dòng)的濾布上，經(jīng)過(guò)真空室的真空抽吸，料漿中的水分依次通過(guò)濾布、真空室、橡膠帶的排液孔等進(jìn)入排液總管，并最終經(jīng)過(guò)汽水分離器等排出；同時(shí)料漿抽濾后形成的濾餅向前行進(jìn)接受洗滌，并再經(jīng)真空抽吸，直至在卸料輥處由刮刀卸除，從而實(shí)現(xiàn)料漿的固液過(guò)濾分離。橡膠帶式真空過(guò)濾機(jī)的工作原理如圖1所示。

圖1 橡膠帶式真空過(guò)濾機(jī)的工作原理

3 橡膠帶式真空過(guò)濾機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)

橡膠帶式真空過(guò)濾機(jī)的結(jié)構(gòu)組成主要包括橡膠帶及柔性裙邊、過(guò)濾布、真空室（包括真空箱、真空滑臺(tái)、摩擦帶及密封膠墊、真空滑臺(tái)密封潤(rùn)滑水系統(tǒng)等）、驅(qū)動(dòng)輥、從動(dòng)輥、進(jìn)料槽、驅(qū)動(dòng)裝置、濾布自動(dòng)糾偏裝置、濾布張緊裝置、濾布清洗再生裝置、濾布舒展裝置、濾餅洗滌裝置、壓布輥裝置、擋料板裝置、卸料裝置（包括刮板、重錘、轉(zhuǎn)動(dòng)支架等）、橡膠帶上托輥、橡膠帶下托輥和機(jī)架等，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2所示。

圖2 橡膠帶式真空過(guò)濾機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

橡膠帶式真空過(guò)濾機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工藝優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在過(guò)濾面為水平開敞式，上面加料，過(guò)濾效率高；有效過(guò)濾長(zhǎng)度和寬度可以根據(jù)料漿的性質(zhì)、工藝的特性、場(chǎng)地的大小等因素調(diào)整；過(guò)濾長(zhǎng)度上可以設(shè)置淋洗、過(guò)濾、抽干等區(qū)間，以滿足料漿的分離和過(guò)濾要求。通過(guò)設(shè)置多級(jí)淋洗，達(dá)到充分洗滌的工藝要求。過(guò)濾速度采用變頻控制，濾餅厚度可調(diào)。濾布可正反兩面同時(shí)清洗再生，保證濾布的過(guò)濾性能，提高濾布的使用周期。全過(guò)程都在真空負(fù)壓狀態(tài)下分離和過(guò)濾，連續(xù)運(yùn)行，效率高。

正是具備上述這些特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，使得橡膠帶式真空過(guò)濾機(jī)在JSTK氧化鋁技術(shù)的工藝選擇中不可替代的脫穎而出，諸如離心過(guò)濾機(jī)、廂式壓濾機(jī)、加壓過(guò)濾機(jī)、葉濾機(jī)、圓盤脫水機(jī)、立式壓濾機(jī)、轉(zhuǎn)臺(tái)翻盤過(guò)濾機(jī)等都不適合，都不能很好地滿足JSTK氧化鋁技術(shù)的工藝要求。

4 運(yùn)用于大宗固廢硅鋁高效分離和過(guò)濾的橡膠帶式真空過(guò)濾機(jī)的技術(shù)創(chuàng)新

采用JSTK氧化鋁技術(shù)，綜合利用各種含有硅和鋁成分的大宗固廢，實(shí)現(xiàn)硅鋁高效分離和過(guò)濾，有著特殊的工藝條件，需要對(duì)橡膠帶式真空過(guò)濾機(jī)的常規(guī)設(shè)計(jì)和配置進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新。

4.1 真空箱加設(shè)檢修視窗

橡膠帶式真空過(guò)濾機(jī)真空箱，常規(guī)設(shè)計(jì)和制作都是采用鋼板折彎焊制陳棱形箱體，不設(shè)置觀察視窗。在橡膠帶式真空過(guò)濾機(jī)工作過(guò)程中，一般情況下是滿足使用要求的。JSTK技術(shù)工藝中可能存在濾液遇降溫容易結(jié)晶或起垢，配套一種帶視窗的真空箱，在真空箱箱體的合適部位開設(shè)窺視窗，一方面可以觀測(cè)內(nèi)部水位，防止?jié)M水運(yùn)行，另一方面可以方便檢查箱體內(nèi)側(cè)表面是否有結(jié)晶或結(jié)垢，并對(duì)其進(jìn)行沖洗清理，提高設(shè)備運(yùn)行的安全性，確保其脫水效果。帶視窗真空箱如圖3所示。

圖3 帶視窗真空箱（單位：mm）

帶視窗真空箱的技術(shù)特點(diǎn)有：①采用長(zhǎng)方孔形式設(shè)計(jì)視窗；②真空箱內(nèi)部設(shè)加強(qiáng)筋條，確保箱體上開孔后的耐負(fù)壓強(qiáng)度；③采用足夠厚度的有機(jī)玻璃作為可視媒介，既可以有效觀察真空箱內(nèi)部情況，又有足夠的耐負(fù)壓能力；④采用橡膠密封墊密封視窗的四周，防止真空泄漏；⑤采用密布式螺栓組固定視窗壓板，確保視窗的密封性能。

4.2 非標(biāo)加寬擋料板裝置（兩側(cè)擋板及裙邊雙作用）

橡膠帶式真空過(guò)濾機(jī)的橡膠帶通常采用柔性裙邊作為濾布兩側(cè)的支撐，在過(guò)濾面上形成一定的空間，讓料漿以一定的體積流量正常的在設(shè)備上布料、分離和過(guò)濾。JSTK技術(shù)工藝要求一段時(shí)間內(nèi)在過(guò)濾機(jī)上方存儲(chǔ)一定數(shù)量的料漿，緩慢抽濾，充分淋洗。為了防止料漿在過(guò)濾機(jī)的上部四周外溢，需在過(guò)濾機(jī)機(jī)架兩側(cè)設(shè)置非標(biāo)加寬擋料板裝置，同時(shí)增加濾布寬度，結(jié)合柔性裙邊的作用，在現(xiàn)場(chǎng)將柔性裙邊粘結(jié)在過(guò)濾機(jī)橡膠帶的兩側(cè)無(wú)溝槽部位上，一方面在過(guò)濾機(jī)上方堆放一定容積的物料，同時(shí)可以防止擋板裝置底部漏真空。非標(biāo)加寬擋料板裝置如圖4所示。

圖4 非標(biāo)加寬擋料板裝置

非標(biāo)加寬擋料板裝置的結(jié)構(gòu)部件主要有加寬型PP擋板、左右對(duì)稱式PP擋板安裝斜撐、左右對(duì)稱式PP擋板、左右對(duì)稱式PP擋板固定角鐵、安裝螺栓組件等。采用螺栓組件將PP擋板固定在擋板固定角鐵上，再用螺栓組件將他們安裝在擋板安裝斜撐上，再用螺栓組件將他們安裝在機(jī)架兩側(cè)橫擋上。

4.3 氣缸式自動(dòng)擋料裝置（進(jìn)料端為固定式擋料板）

為了防止料漿在過(guò)濾機(jī)的上部四周外溢，除了需在過(guò)濾機(jī)機(jī)架兩側(cè)設(shè)置非標(biāo)加寬擋料板裝置外，還需要在過(guò)濾機(jī)運(yùn)行方向的前后位置設(shè)置擋料裝置，即分別在進(jìn)料端設(shè)置固定式擋料板（如圖5所示），出料端尾部設(shè)置氣缸式自動(dòng)擋料裝置，以便在過(guò)濾機(jī)上方堆放一定容積的物料，停放一定的時(shí)間，對(duì)濾餅進(jìn)行充分的噴淋和洗滌，從而提高硅鋁分離的效率。同時(shí)，在需要卸料的時(shí)候，自動(dòng)開啟氣缸式擋料裝置，進(jìn)行濾餅輸出。氣缸式擋料裝置如圖6所示。

圖5 固定式擋料板裝置

圖6 氣缸式自動(dòng)擋料裝置

氣缸式自動(dòng)擋料裝置的結(jié)構(gòu)部件主要有推拉氣缸、自動(dòng)擋料架、自動(dòng)擋料架固定架、自動(dòng)擋料架轉(zhuǎn)軸、自動(dòng)擋料架擋板、插銷、安裝螺栓組件等。自動(dòng)擋料架擋板及推拉氣缸分別采用螺栓組件及插銷等安裝在自動(dòng)擋料架上，用螺栓組件轉(zhuǎn)軸等將他們安裝在擋料架固定架上，再用螺栓組件將他們安裝在機(jī)架橫梁上。

4.4 出料端夾布裝置

參照水平帶式真空過(guò)濾機(jī)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的有效寬度系列，常規(guī)橡膠帶式真空過(guò)濾機(jī)配套濾布的總寬度一般比有效寬度多200～300 mm不等。而在JSTK氧化鋁技術(shù)的工藝中運(yùn)用的橡膠帶式真空過(guò)濾機(jī)，需要加寬濾布寬度，這樣就增加了濾布的抗皺性要求。為了防止加寬型濾布在出料端展開時(shí)因落差較大出現(xiàn)褶皺，在濾布的兩側(cè)機(jī)架上設(shè)置夾布裝置，使濾布在一定夾力的作用下適時(shí)舒展。夾布裝置的位置和加緊力可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)最佳舒展效果，確保濾布工作狀態(tài)正常。出料端夾布裝置如圖7所示。

圖7 出料端夾布裝置

出料端夾布裝置的結(jié)構(gòu)部件主要有夾輥、夾輥安裝塊、夾輥調(diào)節(jié)板、可調(diào)式固定支架和安裝螺栓組件等。

4.5 異型壓布輥及安裝龍門架

常規(guī)橡膠帶式真空過(guò)濾機(jī)配套的壓布輥結(jié)構(gòu)采用的是兩側(cè)圓錐體，中間圓筒。兩端軸頭安裝軸承座，固定在機(jī)架橫梁上。因?yàn)闉V布的寬度是常規(guī)尺寸，壓布輥中間筒體的直徑比較小，在兩側(cè)圓錐體的擠壓下，濾布邊緣不會(huì)對(duì)壓布輥兩端的軸頭產(chǎn)生接觸磨損。

濾布加寬型橡膠帶式真空過(guò)濾機(jī)的壓布輥則需要進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化。如果沿用常規(guī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，則需要將壓布輥的中間筒體直徑增加很多，從成本和整體機(jī)構(gòu)比例上都不是合理的選擇。為了防止加寬型濾布運(yùn)行過(guò)程中對(duì)壓布輥軸頭產(chǎn)生接觸磨損，采用龍門架結(jié)構(gòu)固定異形壓布輥及軸承座，有效滿足了濾布正常運(yùn)行的要求，同時(shí)節(jié)省了制作壓布輥的成本。

異型壓布輥及安裝龍門架的結(jié)構(gòu)部件主要有壓布輥、軸承座、異型壓布輥安裝龍門架和安裝螺栓組件等。異型壓布輥及安裝龍門架如圖8所示。

圖8 異型壓布輥及安裝龍門架

4.6 特種工藝濾布

利用JSTK氧化鋁技術(shù)從固廢中提取氧化鋁和二氧化硅，需要經(jīng)過(guò)濕式球磨、燒堿堿熔、高溫反應(yīng)釜溶出等工藝工序，對(duì)橡膠帶式真空過(guò)濾機(jī)配套的濾布提出了非常嚴(yán)格的技術(shù)要求：高溫（耐溫140℃）、強(qiáng)堿（PH＞＞14）、粒度細(xì)（最小2 500～3 000目），常規(guī)的普通濾布性能無(wú)法滿足。采用特殊材料制作、特殊方法編織的特種工藝濾布，性能滿足了高溫強(qiáng)堿過(guò)濾精度細(xì)的復(fù)雜條件，成功實(shí)現(xiàn)了氧化鋁和二氧化硅等混合溶液的高效分離和快速過(guò)濾。

常規(guī)濾布的接頭處或不設(shè)蓋布，或在過(guò)濾面上設(shè)蓋布。特種濾布接頭的下部增加軟托布，防止了接頭處泄露真空，避免了卸料刮刀對(duì)濾布接頭上蓋布的阻力，提高了過(guò)濾效率，延長(zhǎng)了濾布?jí)勖?。特種工藝淲布如圖9所示。

圖9 特種工藝濾布

4.7 組合式濾布再生裝置

一般情況下，橡膠帶式真空過(guò)濾機(jī)的濾布清洗再生裝置，設(shè)置正反面沖洗水管，采用一定流量和壓力的工藝水，即可達(dá)到濾布的清洗再生效果。由于利用JSTK氧化鋁技術(shù)從固廢中提取氧化鋁和二氧化硅的工藝受水耗量及水平衡限制，不能靠單純的用大水量沖洗再生濾布，橡膠帶式真空過(guò)濾機(jī)采用組合式的濾布清洗再生裝置：增設(shè)一套電動(dòng)刷輥裝置對(duì)濾布進(jìn)行滾刷再生；增設(shè)一套高壓壓縮空氣管路，利用壓縮空氣吹掃濾布；增設(shè)一套超聲波清洗裝置對(duì)濾布進(jìn)行超聲波微震再生；調(diào)小濾布沖洗噴嘴的型號(hào)規(guī)格，既降低了對(duì)工藝水的用量，滿足系統(tǒng)的水平衡要求，又確保了濾布的過(guò)濾性能，提高了濾布的使用壽命。

4.8 全自動(dòng)智能控制系統(tǒng)

綜合運(yùn)用各類儀表控制設(shè)備運(yùn)行的工藝數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的全自動(dòng)和高度智能化。

采用智能絕對(duì)壓力變送器檢測(cè)和控制橡膠帶式真空過(guò)濾機(jī)的運(yùn)行負(fù)壓；采用超聲波料位變送器檢測(cè)和控制橡膠帶式真空過(guò)濾機(jī)的濾餅厚度及運(yùn)行速度；采用電磁流量計(jì)分別檢測(cè)和控制橡膠帶式真空過(guò)濾機(jī)滑臺(tái)密封潤(rùn)滑水、濾布清洗水、濾餅淋洗水等的工作流量；采用濾布糾偏開關(guān)、濾布過(guò)偏開關(guān)、橡膠帶過(guò)偏開關(guān)、急停開關(guān)、拉線開關(guān)和張緊/松弛開關(guān)等，自動(dòng)控制設(shè)備的正常和安全運(yùn)行。采用“PLC+觸摸屏+通信接口”系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)橡膠帶式真空過(guò)濾機(jī)的自動(dòng)化、智能化控制。

4.9 其他技術(shù)改進(jìn)

1）為了滿足內(nèi)蒙古和山西等大宗固廢存量龐大的地方的高海拔要求，橡膠帶式真空過(guò)濾機(jī)配套的真空泵選型系數(shù)適當(dāng)加大，提高真空泵的抽氣量和運(yùn)行負(fù)壓。

2）為了提高濾餅的剝離效率，減小硬質(zhì)刮刀對(duì)濾布的磨損，卸料刮刀采用牛筋板材質(zhì)。

3）針對(duì)氫氧化鋁濾餅上層開裂導(dǎo)致真空泄漏的問(wèn)題，在濾餅上部加設(shè)覆蓋布，以保持過(guò)濾所需的真空負(fù)壓。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)橡膠帶式真空過(guò)濾機(jī)的技術(shù)創(chuàng)新和改進(jìn)，科學(xué)運(yùn)用于JSTK大宗固廢硅鋁高效分離和過(guò)濾工藝，結(jié)合山西和內(nèi)蒙古兩個(gè)萬(wàn)噸試驗(yàn)線項(xiàng)目的實(shí)際投產(chǎn)運(yùn)行情況，總體上達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，為后續(xù)工業(yè)化擴(kuò)大規(guī)模積累了經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和技術(shù)準(zhǔn)備。這些創(chuàng)新和改進(jìn)的技術(shù)及裝置，已經(jīng)得到了相關(guān)專利的保護(hù)，如專利：CN 20172 0436809.8“一種帶視窗真空箱”、202120165113.2“一種輸送帶式真空抽濾機(jī)”、202120325208.6“一種帶有視窗真空箱的水平過(guò)濾機(jī)”、202120722688X“一種固廢硅鋁高效分離和過(guò)濾的橡膠帶式真空過(guò)濾機(jī)”等。

大宗固廢高鋁粉煤灰等應(yīng)用JSTK技術(shù)能直接生產(chǎn)的硅鋁產(chǎn)品市場(chǎng)規(guī)模約為3 600億元；連同副產(chǎn)品，產(chǎn)品市場(chǎng)總規(guī)模近4 200億元。

有理由相信，隨著不斷的技術(shù)創(chuàng)新和優(yōu)化，橡膠帶式真空過(guò)濾機(jī)運(yùn)用于JSTK大宗固廢硅鋁高效分離和過(guò)濾，必將實(shí)現(xiàn)消耗粉煤灰固廢的存量、節(jié)約資源、改善環(huán)境、獲得經(jīng)濟(jì)效益的目的，實(shí)現(xiàn)國(guó)家保護(hù)能源安全的戰(zhàn)略目標(biāo)。