introductory

為了徹底摸清白泥的成分及物化性質(zhì)，南堿公司近年來(lái)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(duì)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、Ｍｇ（ＯＨ）２兩種物質(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(guò)濾機(jī)、真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)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(guó)內(nèi)卻鮮有報(bào)道。

１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(duì)白泥樣品進(jìn)行了物相分析，相關(guān)的衍射如圖１所示。將白泥的樣品信號(hào)分別與ＰＤＦ數(shù)據(jù)庫(kù)中標(biāo)準(zhǔn)卡片數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，判定白泥樣品中含量超過(guò)３％的物相組成有：ＣａＣＯ３、ＣａＳＯ４、ＭｇＯ。基于上述分析結(jié)果，廣東電科院隨后對(duì)白泥中可能存在的主要物質(zhì)進(jìn)行了全分析，結(jié)果如表１所示，其中樣品１直接取自壓濾機(jī)，樣品２取自白泥儲(chǔ)倉(cāng)。分析結(jié)果顯示，白泥的水分較多，在４０％左右；在固體干基中，含量最多的是ＣａＣＯ３（超過(guò)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(kāi)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Ｃａ０．９８Ｎａ０．０３ＳＯ４·０．４７Ｈ２Ｏ和ＣａＣｌ２·Ｃａ（ＯＨ）２·Ｈ２Ｏ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(duì)蒸氨廢液中固體粒子的粒度分布情況進(jìn)行過(guò)測(cè)定，分析結(jié)果如表２。

由表２可知，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），白泥的最大粒徑為３８μｍ（相當(dāng)于３２０目）。東南大學(xué)曾經(jīng)用掃描電鏡對(duì)連云港堿廠提供的白泥進(jìn)行過(guò)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［４］。

２主流固液分離設(shè)備簡(jiǎn)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(wèn)世以來(lái)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(jiǎn)單、單位過(guò)濾面積占地較少、過(guò)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)物料的固液分離需求，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(tái)ＸＭＺ－５００／１５００型、２臺(tái)ＸＭＺ－８００／２０００型板框壓濾機(jī)，單臺(tái)設(shè)備的過(guò)濾面積均為５００ｍ２，全部用于蒸氨廢液底流進(jìn)行固液分離使用。總體而言，６臺(tái)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(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行率偏低等問(wèn)題，加之系統(tǒng)自動(dòng)化程度較低、工人的勞動(dòng)強(qiáng)度過(guò)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(lái)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(jí)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(guò)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(duì)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(tái)應(yīng)用于白泥脫水，型號(hào)為ＸＭＡＺＧ６５８／２０００－Ｕ的隔膜式壓濾機(jī)，設(shè)備的過(guò)濾面積為７００ｍ２。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)，但是亦不可避免地多次出現(xiàn)濾布堵塞、破損，濾液跑冒滴漏等問(wèn)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(jiǎn)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(shí)，在此領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。南堿公司現(xiàn)有１臺(tái)應(yīng)用于脫硫石膏脫水、型號(hào)為ＮＰ－２０００的帶式脫水機(jī)，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(guò)漏漿、噴漿的問(wèn)題。筆者曾使用此裝置對(duì)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(guò)薄的問(wèn)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(guò)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(guò)濾機(jī)轉(zhuǎn)鼓真空過(guò)濾機(jī)是一種連續(xù)式的高效過(guò)濾機(jī)，其最初用于制堿和采礦工業(yè)，后來(lái)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(guò)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(tái)φ２２５０×１９１０、過(guò)濾面積為２０ｍ２的真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)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(chē)間濾過(guò)崗位的操作工溝通交流及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地考察后發(fā)現(xiàn)，為了確保真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)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(guò)薄的問(wèn)題從而大幅降低ＮａＨ－ＣＯ３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(jiàn)使用其對(duì)白泥進(jìn)行脫水時(shí)，勢(shì)必出現(xiàn)濾孔堵塞和濾層過(guò)薄的問(wèn)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(kāi)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(guò)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ＬＡＲ－ＯＸ公司的ＰＦ全自動(dòng)壓濾機(jī)，其過(guò)濾能力高達(dá)５０ｋｇ（干基）／ｍ２·ｈ，為國(guó)產(chǎn)過(guò)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，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(guó)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)是一種是利用離心沉降原理來(lái)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(jí)、澄清等領(lǐng)域，其對(duì)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(duì)運(yùn)動(dòng)（即轉(zhuǎn)速差），利用螺旋和轉(zhuǎn)鼓的相對(duì)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(guò)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(guó)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(jiǎn)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(lái)，南堿公司與國(guó)內(nèi)多家臥螺離心機(jī)生產(chǎn)廠家合作開(kāi)展白泥脫水研究，相關(guān)的試驗(yàn)結(jié)果表明大長(zhǎng)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(jiǎn)單方便。相對(duì)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(zhǎng)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。

３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(mén)做了匯總?cè)绫恚乘尽?/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(guò)濾機(jī)對(duì)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(guò)薄的問(wèn)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(guò)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(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行性偏低等問(wèn)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)是目前最適合于白泥脫水使用的固液分離設(shè)備。

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