馬向陽， 和逸飛， 趙江濤， 王莉莉

(洛陽香江萬基鋁業(yè)有限公司， 河南 洛陽 471800)

0 前言

沉降槽是氧化鋁生產(chǎn)中常用的一種液固分離設(shè)備，廣泛應(yīng)用于赤泥分離洗滌工序[1]。高效沉降槽具有處理量大、占地小、溢流清、底流固含大和洗滌效率高等優(yōu)點(diǎn)[2]。隨著生產(chǎn)的快速發(fā)展，某氧化鋁廠根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際運(yùn)行情況先后對(duì)氧化鋁連續(xù)生產(chǎn)流程中管道化溶出等工序中工藝設(shè)備進(jìn)行了提產(chǎn)改造，同時(shí)隨著礦石資源的逐漸貧乏，礦石品位日益下降，而赤泥沉降工序卻仍維持原兩套沉降分離系統(tǒng)(沉降槽配置一期有5臺(tái)平底槽、2臺(tái)高效深錐槽，二期有6臺(tái)深錐槽。其中一期1～4#平底槽規(guī)格為Φ40×6 m，一期5#平底槽為Φ40×8 m，一期6#高效深錐槽為Φ24×22.5 m。二期1～4#高效深錐槽規(guī)格為Φ22×16 m，二期5～6#高效深錐槽規(guī)格為Φ22×18 m，二期7#高效深錐槽規(guī)格為Φ24×22.5 m)，故赤泥分離洗滌工序逐漸成為生產(chǎn)中的“瓶頸”。另一方面國家用能管控政策日益嚴(yán)格，生產(chǎn)企業(yè)節(jié)能降耗改造項(xiàng)目推進(jìn)便愈發(fā)緊迫。該公司于2021年開始對(duì)二期6#槽、4#槽進(jìn)料系統(tǒng)進(jìn)行改造，投產(chǎn)后運(yùn)行良好，提高了赤泥沉降工序的產(chǎn)能，降低了沉降車間用電能耗。

1 項(xiàng)目實(shí)施的意義和必要性

隨著鋁土礦品位的持續(xù)下降，拜耳法氧化鋁生產(chǎn)工藝中沉降槽處理泥量不斷增加，沉降槽能否通過成為氧化鋁生產(chǎn)中制約提產(chǎn)的主要瓶頸，為解決在低鋁硅比條件下沉降槽通過能力，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)，同時(shí)最大限度降低生產(chǎn)成本，因而提出本改造項(xiàng)目。

原沉降槽設(shè)計(jì)礦石品位A/S在6.0，而目前氧化鋁廠入磨礦石A/S均值4.0左右，沉降槽運(yùn)行單分離四次洗滌(沉降槽規(guī)格：分離槽、公備槽、一洗槽22×16 m；二三洗槽22×18 m；四洗槽24×22.5 m)，沉降槽平均處理泥量大于原設(shè)計(jì)的190 t/h；隨著礦石A/S下降，給沉降分離洗滌系統(tǒng)造成了很大壓力，成為公司生產(chǎn)中制約提產(chǎn)的主要瓶頸環(huán)節(jié)。因此，對(duì)沉降系統(tǒng)進(jìn)行高效化改造，以提高其處理能力，對(duì)改善赤泥的分離和洗滌，提高氧化鋁生產(chǎn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)尤為迫切和重要。

2 沉降分離相關(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[3]。沉降速度的大小決定生產(chǎn)能力的大小。顆粒在有限空間中的沉降稱之為干涉沉降[4]，其中赤泥粒群在礦漿中的沉降就是典型的干涉沉降。

干涉沉降速度的通用公式為：

(1)

(2)

式中λ—容積濃度，以單位體積的液體含有固體的量的濃度體系稱為容積濃度；

k、a、b—常數(shù)。

可以看出干涉沉降速度與赤泥漿液容積濃度λ有關(guān)[5]，赤泥容積濃度λ越高，稀釋礦漿密度就越大，粘性也隨之增加，沉降速度越小。即沉降速度隨著沉降漿液液固比的升高而升高。僅采用洗液降低稀釋礦漿濃度，會(huì)對(duì)清液層造成影響，導(dǎo)致沉降性能變差，只有保持稀釋礦漿進(jìn)料密度不變條件下，利用上清液進(jìn)行二次稀釋，進(jìn)而提高沉降性能，達(dá)到高效沉淀提高產(chǎn)能目的。

3 改造總體思路

沉降槽進(jìn)料原有流程為：前一沉降槽的底流赤泥與后一沉降槽的溢流經(jīng)過混合，進(jìn)入該沉降槽進(jìn)行赤泥沉降液固分離。因沉降槽的進(jìn)料在槽頂?shù)奈恢?，因此底流、溢流均需要使用離心泵輸送至槽頂位置。因二期1～4#高效深錐槽規(guī)格為Φ22×16 m，二期5～6#高效深錐槽規(guī)格為Φ22×18 m，7#高效深錐槽為Φ24×22.5 m。從沉降槽規(guī)格可以看出，二期5#槽至4#槽有2 m的高度差，二期7#槽至6#槽有4.5 m的高度差。

高效沉降槽進(jìn)料部分是高效沉降的重要組進(jìn)料部分，為充分利用洗滌段沉降槽高度落差、提高沉降槽處理能力、降低用電能耗，計(jì)劃對(duì)沉降槽洗滌段二期4#槽、二期6#槽的進(jìn)料系統(tǒng)逐步提升改造，將中心井進(jìn)料系統(tǒng)由文丘里改為溜槽式進(jìn)料系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)管道自溢流，優(yōu)化原后一臺(tái)槽溢流通過溢流泵打到前一槽的流程。退出共5臺(tái)洗滌槽溢流泵，其中3臺(tái)75 kW、2臺(tái)110 kW。為增加沉降槽處理泥量能力，在溜槽式進(jìn)料系統(tǒng)中增加虹吸管、虹吸泵，實(shí)現(xiàn)沉降槽內(nèi)強(qiáng)制虹吸清液內(nèi)循環(huán)稀釋，提高沉降槽中心井內(nèi)料漿液固比，增加赤泥顆粒干涉沉降速度，由此來提高沉降槽赤泥處理能力。

4 改造主要內(nèi)容

原有文丘里進(jìn)料裝置為根據(jù)內(nèi)循環(huán)自稀釋技術(shù)，采用中心井加文丘里射管結(jié)構(gòu)(如圖1所示)，進(jìn)料管為DN400，經(jīng)過文丘里“喇叭口”后變徑為DN600管道。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)使進(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。中心井的作用為與外部清液層隔離，使混合物料能夠直接進(jìn)入沉降槽的沉降過濾帶。內(nèi)循環(huán)自稀釋技術(shù)的特征是不改變?nèi)芤撼煞郑辉黾映两挡鄣目傔M(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。

圖1 文丘里進(jìn)料裝置

改造時(shí)，溜槽寬度及坡度尺寸根據(jù)沉降槽處理進(jìn)料液量和伯努利方程計(jì)算流速確定，二沉降系統(tǒng)的分離槽按照處理2 400 m3/h的液量，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)清液層高度約6 m，高度差為2 m，溜槽寬度確定為800 mm、坡度確定為12°，如圖2、圖3所示。

1.7.5 kW現(xiàn)場(chǎng)電控柜 4.DWJLXT虹吸泵 5.DWJLXT虹吸槽吊桿 7.DWJLXT進(jìn)料槽吊桿 9.DWJLXT絮凝劑添加管B 10.六角頭螺栓M20×90 11.六角頭螺母- C級(jí)M20 12.平墊圈- C級(jí)20 13.六角頭螺栓- 全螺紋M36×70 14.六角頭螺母- C級(jí)M36 15.標(biāo)準(zhǔn)型彈簧墊圈36 16.六角頭螺栓- 全螺紋M20×45 17.六角頭螺母- C級(jí)M20 18.平墊圈- C級(jí)20 19.六角頭螺栓M12×45 20.六角頭螺母- C級(jí)M12 21.平墊圈- C級(jí)12圖2 溜槽主視圖

2.DWJLXT進(jìn)料管 3.DWJLXT虹吸管 6.DWJLXT進(jìn)料槽 8.DWJLXT進(jìn)料槽接口圖3 溜槽俯視圖

改造時(shí)，將沉降槽原文丘里進(jìn)料系統(tǒng)(圖1)拆除；更換為溜槽式進(jìn)料系統(tǒng)如圖2、圖3、圖4所示。其中在安裝設(shè)計(jì)時(shí)，為減少高固含、低液固比的底流的加入使得礦漿粘度增大，管道阻力提高，影響自溢流流速。特意將自溢流管與底流管分開單獨(dú)進(jìn)入溜槽系統(tǒng)。為提高虹吸效果，將底流管尾部做縮徑處理，由Φ425變徑為Φ377，增加礦漿流速和清液吸入量，提高沉降效果。

增加沉降自溢流管道(見圖5)，利用沉降槽高度落差，實(shí)現(xiàn)后一臺(tái)的槽溢流自流進(jìn)入前一臺(tái)槽的溜槽進(jìn)料系統(tǒng)，停用后槽溢流泵。

改造主要項(xiàng)目：(1)拆除二期4、6#槽原文丘里進(jìn)料管道；(2)在二期3、4、6#槽內(nèi)安裝溜槽進(jìn)料系統(tǒng)(自帶7.5 kW電機(jī)稀釋系統(tǒng))增加3臺(tái)7.5 kW設(shè)備需實(shí)現(xiàn)DCS監(jiān)控操作；(3)增加二期7#槽自溢流至6#槽管道；(4)增加二期5#槽自溢流管至4#槽自溢流管道。

圖4 溜槽安裝示意圖

圖5 自溢流管改造后流程示意圖

5 改造效果評(píng)估

改造完成后，實(shí)現(xiàn)自溢流，退出3臺(tái)溢流泵，可節(jié)約用電4 445 kW·h/天，沉降車間整體電耗下降2 kW·h/t-AO。

從以上看出，進(jìn)料系統(tǒng)改造投用后，在礦石A/S下降的條件下，單槽絮凝劑添加量較前期下降1.08 m3/h，降幅13%。

表1 改造前后電耗對(duì)比表

表2 改造前后絮凝劑加入量對(duì)比

主要由于原有文丘里進(jìn)料管實(shí)現(xiàn)清液內(nèi)部自循環(huán)自稀釋，來提高沉降漿液的液固比。而受沉降槽內(nèi)物料環(huán)境影響，文丘里管道會(huì)結(jié)疤堵塞，影響自稀釋效果。溜槽進(jìn)料增加了虹吸泵、虹吸管，依靠虹吸泵的強(qiáng)制攪拌，減緩了虹吸管的結(jié)疤速度，同樣增加了虹吸量，相較于文丘里管，強(qiáng)化了內(nèi)部清液自稀釋的效果，提高赤泥漿液液固比，沉降速度增加。

6 結(jié)語

綜上所述，拜爾法高效深錐沉降槽進(jìn)料方式由文丘里管改造為溜槽后，赤泥分離沉降槽原有的文丘里的內(nèi)循環(huán)自稀釋技術(shù)改造為強(qiáng)制虹吸內(nèi)循環(huán)自稀釋技術(shù)后，由于強(qiáng)化了部分清液內(nèi)部循環(huán)，使沉降漿液的液固比增大，沉降性能變好，使赤泥沉降速度顯著增加，沉降槽產(chǎn)能大幅度提高。同樣充分利用了沉降槽高度差，退出了原有溢流泵，降低了用電消耗。