机械式高压压榨在钛石膏脱水领域的应用

黄宋义

摘  要：钛石膏是采用硫酸法生产钛白粉时，为治理生产所附带的酸性废水，而加入石灰（或电石渣）以中和大量的酸性废水而产生的以二水石膏为主要成分的酸性工业污泥，被称为钛石膏（又称红石膏、黄石膏），钛石膏浆料浓度一般是在2%～5%之间，脱水是对钛石膏进行综合环保处置前一个很关键的环节。

关键词：高压  脱水  含水率  低能耗

中图分类号：TU522    文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）09（b）-0043-02

钛白粉广泛用于涂料、塑料、橡胶、油墨、纸张、化纤、陶瓷、日化、医药、食品等行业，随着各个行业近几年的蓬勃发展，钛白粉的需求量剧增，各大钛白粉厂家不断扩大生产规模，据相关数据统计，截至2018年底国内钛白粉生产规模接近300t/年，按每生产1t钛白粉产生6t钛石膏计算，每年需要进行脱水的石膏量接近2000t的规模。在过去，钛石膏大都是经过简单脱水后，进行填埋或者堆放，不单是资源化利用率极低，还占据大量的土地面积，由于脱水不够充分，大部分都是含水率在45%～55%之间，在填埋或堆放过程中出现石膏浆液渗出，影响地表水的质量指标。中央“十八大”提出了“生态文明”建设的总体发展战略，影响环境的固体废弃物，要进行“综合利用”处理[1]，其中就包括工业生产的钛石膏。为此，钛石膏的高干度脱水是后端进行各种行之有效处置的关键环节。该文针对高压压榨力对钛石膏的脱水效果进行分析比较。通过在同等条件下对钛石膏进行不同压榨压力进行脱水所得到数据结果。

1  鈦石膏的过滤脱水特性及常用装备

过滤是固液分离的组成部分，它利用过滤介质或多孔膜截留液体中难溶的颗粒到达过滤作用，钛石膏的主要成分为CaSO4·2H2O，其含量为60%～80%，属于无机化学石膏，主要的杂质有Fe（OH）3、FeSO4和AL（OH）3，与天然石膏相比具有：含水量大、粘度大、杂质含量高、晶体尺寸较小等特点，平均粒径在10～25μm之间，粒度分布较为均匀，可以采用一般过滤方式进行脱水[2]。工业钛石膏的水分一般认为有以下四种结合形式：间隙水（自由水）、毛细水、吸附水、内部水，前两种形式的水分可以用机械压力去除，后两种水分很难[3]。目前行业内普遍采用板框压滤机、隔膜压滤机、离心机等过滤设备对钛石膏进行脱水，压榨压力范围在0.8～2.5MPa，脱水后滤饼含水率在45%～55%之间（如图1所示）。

2  机械式高压压榨对钛石膏脱水作用和意义

在作者所在单位研制的污泥高压深度脱水工业生产型试验机上，通过在同等条件下（如进料浓度、进料压力、进料时间、压榨时间等），对钛石膏采用不同压榨压力进行脱水比较，经大量的试验结果所得到含水率与压榨压力关系曲线图如图2所示。

由图2可见，在一定程度上，随着外部所施加的机械式压榨压力越大，经脱水后的钛石膏含水率越低，当压榨压力大于10MPa之后，对脱水效果的影响不大，可以忽略不计压榨压力对脱水效果的作用。由图3可见，经10MPa压榨压力脱水的钛石膏表观坚硬，易于破碎，含水率很低，无需进行其他干燥（如热干化）来进一步降低水份，可直接作为水泥缓凝剂、建材原料等资源化综合利用[4]。

随着国内钛白粉需求量和生产规模的逐年上升，同时导致大量的钛石膏工业副产品产生，如何对其进行资源化综合利用形成良性发展将是个厂家考虑的关键课题，处置不当或没有好的技术路线处理，钛石膏的将会是各大钛白粉厂家的包袱，严重时可直接影响到厂家的存亡。为此，各钛白粉厂家需要选择高效、节能、经济的技术路线来处理钛石膏脱水，为后端钛石膏进行各种资源化利用创造良好的条件。目前钛石膏作为水泥缓凝剂原料进水泥窑前要求的含水率是40%以下，作为建材原料在进行煅烧前要求含水率20%以下[5]。在脱水设备压榨压力不够大的条件下，初次脱水后还需进行二次热干燥来达到处置含水率的要求，整个脱水过程成本高，加大企业的成本压力。从石膏资源的角度考虑，当前可开采的天然石膏资源越来越少，但是石膏的使用需求量却没降低，这就有可能导致天然石膏因过量开采而枯竭。如果是能有效地把现有的工业钛石膏资源化利用起来，既能很好地解决其带来的各种环保风险，形成良好的循环经济效益，又能缓解天然石膏的库存量剧降风险。

广东省机械研究所研发制造的高压压滤机，在吸取传统隔膜压滤机、板框压滤机等设备优点的基础上做了大量的升级、优化和创新设计，在压榨工作压力稳定达到10MPa的工况下确保滤板无损坏，滤布无破损，避免了传统隔膜压滤机的设计缺陷，设备运行能耗甚至更低。通过机械式高压压滤方式可将钛石膏实现高干度脱水，含水率在20%以下，可满足钛石膏后续进行资源化处置的脱水工艺要求。

通过大量的试验和工业生产数据可知，在足够大压榨力（10MPa）的直接作用下，钛石膏脱水效果是最充分最彻底的，脱水效率较高，而且这种机械式高压压榨同时也是最节省能耗的脱水方式，深度脱水后的钛石膏可满足各种资源化利用技术路线低含水率的要求，最终实现工业副产钛石膏资源循环化综合利用的愿景。

参考文献

[1] 国家发改委发布战略性新兴产业重点产品和服务指导目录（2016版）（节能环保部分）7.3.2.

[2] 丁启圣，王维一.新型实用过滤技术[M].北京：冶金工业出版社，2017.

[3] 廖传华，王小军，高豪杰，等.污泥无害化与资源化的化学处理技术[M].北京：中国石化出版社，2019.

[4] 江苏一夫科技股份有限公司.工业副产石膏深加工技术理论与实践[M].北京：中国建材工业出版社，2016.

[5] 江苏一夫科技股份有限公司.工业副产石膏研究报告汇编[M].北京：中国建材工业出版社，2016.