論述氧化鋁行業(yè)沉降槽的優(yōu)化設(shè)計(jì)與改造

摘要：隨著社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步，重視氧化鋁行業(yè)沉降槽的優(yōu)化設(shè)計(jì)與改造對(duì)于現(xiàn)實(shí)生活中具有重要的意義。本文主要介紹氧化鋁行業(yè)沉降槽的優(yōu)化設(shè)計(jì)與改造的有關(guān)內(nèi)容。

關(guān)鍵詞 沉降槽；氧化鋁；優(yōu)化；設(shè)計(jì)；改造；原理；高效化；

引言

沉降槽是氧化鋁生產(chǎn)液固分離主要設(shè)備之一。清液密度、底流密度、泥層高度三大指標(biāo)可直接反映沉降槽運(yùn)行是否穩(wěn)定。目前，這三大參數(shù)皆通過(guò)人工取樣來(lái)進(jìn)行分析。由于人工分析時(shí)間滯后較大，且勞動(dòng)強(qiáng)度高，造成系統(tǒng)穩(wěn)定性較差，嚴(yán)重影響產(chǎn)能和產(chǎn)品質(zhì)量。能否實(shí)現(xiàn)三大指標(biāo)的在線實(shí)時(shí)顯示就成為提高沉降槽分離效果的主要問(wèn)題。

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一、沉降分離的相關(guān)原理

在氧化鋁生產(chǎn)中, 一般采用重力沉降分離的方法對(duì)稀釋漿液進(jìn)行液固分離。沉降速度的大小決定生產(chǎn)能力的大小。稀釋漿液進(jìn)入沉降槽后, 流動(dòng)速度慢( 小于 1 5m/ s) , 固體赤泥勻速沉降速度符合斯托克斯沉降終速公式：

式中 v0自由沉降終速, m/ s;

g 重力加速度, 9 81 m/ s;

dp固體顆粒直徑, m;

ρs固體顆粒密度, kg/ m

ρ流體介質(zhì)密度, kg/ m

µ流體介質(zhì)的粘度,N s/ m。

由公式( 1) 可知, 赤泥顆粒沉降速度與流體密度粘度系數(shù)顆粒直徑 dp有關(guān)。通過(guò)控制以下幾個(gè)參數(shù), 可以提高沉降速度。( 1) 增大顆粒直徑 dρ。首先, 本廠采用高效管道化溶出技術(shù), 溶出率高達(dá) 95%, 若增大稀釋礦漿的粒度, 勢(shì)必降低溶出率, 對(duì)整個(gè)生產(chǎn)是不經(jīng)濟(jì)的;而通過(guò)添加高效絮凝劑, 優(yōu)化絮凝劑的成分和配比,可以使小顆粒凝聚加快變大, 提高沉降速度。(2) 改變稀釋漿液的密度 。稀釋漿液密度變小, 粘度相應(yīng)變小, 沉降速度相應(yīng)提高。但依靠控制管道化溶出過(guò)程來(lái)降低稀釋漿液密度, 其稀釋礦漿濃度亦會(huì)降低, 將影響溶出產(chǎn)出率; 而通過(guò)提高沉降一次洗液流量來(lái)降低稀釋礦漿濃度, 又會(huì)對(duì)沉降槽內(nèi)清液層造成沖

擊, 沉降性能變差, 沉降系統(tǒng)難以穩(wěn)定運(yùn)行。所以, 只有在不改變稀釋漿液進(jìn)料密度的前提下, 利用沉降槽內(nèi)的上層清液對(duì)進(jìn)料稀釋礦漿進(jìn)行二次稀釋, 才能使沉降漿液密度變小, 以提高沉降速度, 達(dá)到提高沉降槽產(chǎn)能的目的。

二、沉降系統(tǒng)的高效化改造

原沉降系統(tǒng)槽體為單層懸掛式中心傳動(dòng)沉降槽( 見(jiàn)圖 1) 。據(jù)高效沉降槽理論, 普通沉降槽高效化改造包括以下幾方面: 增加槽體直筒邊長(zhǎng)度、加大槽底錐度、改進(jìn)進(jìn)出料方式、攪拌耙機(jī)的高效改造及絮凝劑添加點(diǎn)改造等。改造后結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖 2。

2.1改造前準(zhǔn)備

對(duì)老沉降槽的改造通常需要對(duì)原有土建基礎(chǔ)部分及槽體壁厚重新檢測(cè)及校驗(yàn), 本次改造將盡量利用原有的土建基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)與槽體鋼板。沉降槽筒體增高后, 容積增大, 設(shè)備帶料重量隨之增加; 對(duì)新增的荷載部分, 土建專業(yè)應(yīng)對(duì)原有基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理。在使用過(guò)程中, 沉降槽體槽壁因腐蝕減薄, 整個(gè)槽體強(qiáng)度減小, 如果槽體腐蝕嚴(yán)重, 則設(shè)備無(wú)法進(jìn)行改造利用。在土建基礎(chǔ)及槽壁腐蝕條件允許時(shí), 方可利用原有土建基礎(chǔ)及槽體進(jìn)行高效化改造。

2.2加高槽體筒體

根據(jù)傳統(tǒng)沉降理論, 沉降槽的生產(chǎn)能力 Q 僅與沉降槽面積S 有關(guān), 而與槽深度無(wú)關(guān)或者影響極小。但是增加沉降槽筒體高度, 能夠增加沉降槽壓縮區(qū)物料的壓縮時(shí)間, 對(duì)降低沉降槽底流液固比具有很大的作用。由于原沉降槽體基礎(chǔ)荷載受限, 槽體帶料總重不得超過(guò)土建承受能力, 所以槽體直筒僅加高 500mm。在原沉降槽直筒體距下部 3m 處的位置將筒體切割成兩部分, 然后再將高約 1 65m 的筒體焊接在兩筒體之間( 見(jiàn)圖 2) 。上部筒體和下部筒體的錐體部分繼續(xù)使用。因在槽體下層腐蝕嚴(yán)重, 導(dǎo)致槽壁鋼板腐蝕速度較快, 故將新加入的 1 65 m 筒體( 槽壁較厚) 焊接于槽體中下部。

2.3增設(shè)新錐底

高效沉降槽的顯著特點(diǎn)是底部錐度較大,沉降系統(tǒng)的高效沉降槽錐底為 30 ,

沉降槽體大錐底為 10 ( 槽底面與水平面夾角) , 小錐體為 15 ( 見(jiàn)圖1) 。本次改造在原筒體內(nèi)套中裝設(shè)新制作的 25 錐底, 保留原槽體 10 錐底, 用角鋼圈及角鋼支架將新老錐底焊接。這樣, 可以重復(fù)利用原有放射形片墻式基礎(chǔ)支撐, 與 10 老錐體底面接觸良好。25 新錐體套接在10 老錐體的內(nèi)部, 兩錐底夾層內(nèi)僅為鋼結(jié)構(gòu)支撐部件, 沒(méi)有物料。

2.4改進(jìn)進(jìn)出料裝置

高效沉降槽的進(jìn)出料部分是高效沉降的重要組成部分。進(jìn)料部分根據(jù)內(nèi)循環(huán)自稀釋技術(shù), 采用進(jìn)料筒加文丘里射管和下料筒結(jié)構(gòu)。高效沉降槽的進(jìn)料內(nèi)循環(huán)自稀釋技術(shù)是利用文丘里管( 即利用流股的動(dòng)能與勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化) 控制進(jìn)料稀釋料漿與沉降槽槽內(nèi)上層清液混合, 從而達(dá)到最佳進(jìn)料固含, 以提高赤泥沉降速度, 提高沉降產(chǎn)能。內(nèi)循環(huán)自稀釋技術(shù)的特征是不改變?nèi)芤撼煞? 不增加沉降槽的總進(jìn)料量。稀釋液利用沉降槽清液層內(nèi)的清液, 以降低沉降槽內(nèi)下料筒的固含, 從而使沉降速度和處理能力大幅度提高。改造時(shí), 文丘里射管徑根據(jù)沉降槽處理進(jìn)料液量和經(jīng)驗(yàn)流速計(jì)算確定, 二沉降系統(tǒng)的分離槽按照處理 1000m3/ h 的液量, 管徑規(guī)格確定為DN500。下料筒的作用為與外部清液層隔離, 使混合物料能夠直接進(jìn)入沉降槽的沉降過(guò)濾帶。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)清液層高度約 5 m, 考慮到改造后清液層高度增加, 進(jìn)料筒規(guī)格約為 3000 6500。原出料方式為約 1500 的小錐底底部出料, 底流依靠液柱靜壓自流入混合槽。改造后, 沉降槽下部出料將制作成 2000 3000 的下渣筒, 在該小筒體側(cè)部開(kāi)孔出料, 底流直接由渣漿泵打入下一級(jí)進(jìn)料分配頭。底流輸送在增加渣漿泵( 帶變頻) 后, 底流流量實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。由于高效耙機(jī)主軸安裝需在底部固定。小筒體底部需制作土建基礎(chǔ)凸臺(tái), 以支撐主軸分擔(dān)槽體液柱靜壓及攪拌機(jī)械部分重量。

2.5選用高效化攪拌耙機(jī)

沉降槽中耙機(jī)的作用為: 壓縮后的底流由耙機(jī)耙向下渣筒, 底流由下渣筒側(cè)部出料, 耙機(jī)緩慢旋動(dòng)可促進(jìn)底流壓縮, 但不能引起攪動(dòng), 以免影響沉降。本次改造采用浙江恒豐泰減速機(jī)制造有限公司的高效耙機(jī), 耙機(jī)轉(zhuǎn)速約 0 152r/ min。該裝置機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單,耙機(jī)扭矩較原來(lái)大, 耙機(jī)無(wú)需提升。該攪拌耙機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定, 檢修維護(hù)方便, 此外, 耙機(jī)傳動(dòng)采用德國(guó)FLENDER 減速機(jī)。該減速機(jī)在河南分公司 2002 年種分槽改機(jī)械攪拌時(shí)應(yīng)用于生產(chǎn)中, 至今尚未發(fā)生任何故障。設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率提高, 運(yùn)行平穩(wěn), 為沉降槽高效化運(yùn)行提供了有力保障。

2.6絮凝劑添加改造

選擇高效能絮凝劑是加速赤泥沉降的有效方法之一。目前拜爾法沉降系統(tǒng)使用的高分子絮凝劑多為陰離子型的聚丙烯酸鹽或聚丙烯酰胺的水解產(chǎn)物。在絮凝劑的作用下, 赤泥漿液中處于分散狀態(tài)的細(xì)小泥顆粒互相聯(lián)合成團(tuán), 粒度增大, 因而有效地提高了沉降速率。

絮凝劑的加入量原則上是在保證赤泥沉降速度和澄清度的情況下, 盡量少加。加入量過(guò)多, 會(huì)增大溶液中有機(jī)物含量, 溶液粘度增大, 反而影響赤泥沉降

和壓縮性能。而分次且多點(diǎn)加入, 可使絮凝劑有效分散, 與漿液充分接觸, 這樣不僅降低了絮凝劑的用量, 而且可以提高沉降速度和溢流澄清度。原沉降槽在飼料箱上開(kāi)口加入淀粉類絮凝劑( 如麥麩等) , 絮凝劑在水中溶解性能差, 用量大。本次改造采用高效能絮凝劑( 聚丙烯酸鹽等) , 按照分配比例50% 、25% 、25% 分別在沉降槽的進(jìn)料管前部、文丘里管中部及下料筒分三點(diǎn)加入絮凝劑。絮凝劑的多點(diǎn)加入獲得了均勻、連續(xù)絮凝的效果, 提高了絮凝沉降分離效率, 最終降低了絮凝劑的消耗量。從生產(chǎn)車間的絮凝劑使用量統(tǒng)計(jì)分析, 在增加絮凝劑加入點(diǎn)后, 單槽絮凝劑使用量比原來(lái)減少了5% 。

三、改造效果

改造后, 二沉降系統(tǒng)單槽的處理能力及指標(biāo)參數(shù)明顯提高, 改造前后工藝參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表 1。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，改造后沉降槽產(chǎn)能提高 60% , 清液層高度提高 20%, 沉降槽底流液固比明顯降低, 沉降系統(tǒng)產(chǎn)能極大提高。因此，沉降槽的優(yōu)化改造設(shè)計(jì)為氧化鋁行業(yè)的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的推力。

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