赤泥专用过滤机的研制开发及工业应用

路光远，宋 虎，张盼龙，张 宏，代朝磊，申 飞

1洛阳矿山机械工程设计研究院有限责任公司 河南洛阳 471039

2矿山重型装备国家重点实验室 河南洛阳 471039

我国铝土矿储量约 10 亿 t，铝硅比为 4～ 6的铝土矿占总储量的 49%，铝矿石品位为 40%～60%[1]。而重庆地区铝土矿的铝硅比平均约为 4.6，总储量超过 5 000 万 t。合理利用高硫低品位铝土矿，可在一定程度上缓解我国铝土矿大量进口的局面。

1 项目背景

某公司在重庆建设的 80 万 t/a 氧化铝项目，是国内首条采用串联法生产氧化铝工艺综合处理重庆地区低品位高含硫铝土矿的氧化铝生产线。串联法生产氧化铝生料浆的调配主要将拜耳法赤泥浆、蒸发排盐的结晶碱、石灰石、无烟煤和纯碱等物料进行混合，熟料按照碱比和钙比进行配料。生料浆的水分主要来自拜耳法赤泥浆，其含水量的多少通过控制拜耳法赤泥浆的含水量来实现。拜耳法赤泥过滤流程如图 1 所示。

图1 拜耳法赤泥过滤流程Fig.1 Process flow of Bayer process red mud filtration

原拜耳法赤泥洗涤作业采用高效浓密机沉降，沉降槽底流含水率约为 58%，未达到设计指标为 50%的要求，导致烧结法入窑生料含水率约为 44%，造成熟料窑产能降低[2]。为了使串联法生产氧化铝稳定并达产，经考察研究，决定增加拜耳法赤泥过滤系统，鉴于传统 GLL 系列过滤机无法正常过滤赤泥料浆，基于对赤泥现场大量过滤试验数据的分析以及长期的过滤机设计经验，笔者在传统 GLL 过滤机[3]的基础上研发了 GPYC-160 赤泥专用过滤机。

2 赤泥专用过滤机的主要结构

GPYC-160 赤泥专用过滤机主要由槽体、中心轴、分配头、传动装置、扇形板装置、吹风装置等组成，如图 2 所示。相较于传统 GLL 系列过滤机，赤泥专用过滤机在关键结构方面有针对性的创新设计。

图2 GPYC-160 赤泥专用过滤机的结构Fig.2 Structure of GPYC-160 special filter for red mud

2.1 扇形板

传统 GLL 系列过滤机扇形板的材质一般为碳钢边框+工程塑料，边框为碳钢材质，滤芯为工程塑料，扇形板内部的流道为连通设计。考虑到赤泥物料密度大、过滤难、卸料难的特性，笔者在扇形板结构上进行了创新。

(1) 高强度结构 赤泥专用过滤机扇形板的板芯采用全碳钢包裹星型结构，如图 3 所示。面板采用厚为 2.5 mm、开孔率为 30%的碳钢网格面板；侧面用加强螺栓固定星型板芯，避免运行中扇形板变形。

图3 扇形板的结构Fig.3 Structure of fan-shaped board

(2) 独立流道结构 赤泥专用过滤机扇形板的两个工作面采用单面独立的流道设计 (见图 4)，保证每个面都是一个独立的真空过滤系统。该设计降低了单面滤布破损对整个扇形板过滤效果的影响，提高了真空使用效率和滤饼卸饼率，具有良好的节能效果[4]。

图4 独立流道结构的扇形板Fig.4 Fan-shaped board with separate flow passage

2.2 中心轴

赤泥专用过滤机为 8 盘双分配头结构，每侧 4 个盘面，中心轴是过滤机实现过滤功能的关键部件之一。该中心轴为焊接异形轴结构，流道横截面为梯形断面。与传统 GLL 过滤机不同，赤泥专用过滤机单流道径向分割成 4 个流道 (见图 5)，每个扇形板对应一个独立的流道，流道之间不会窜气，各流道的流速一致，保证每个扇形板上的滤饼厚度均匀一致，具有较好的卸饼率。中心轴与扇形板采用凸台连接，安装方便，密封效果好。

图5 中心轴的结构Fig.5 Structure of central axis

制造时，中心轴焊后需要整体退火，以消除焊接应力，获得良好的机械性能；同时，每个流道均要经过严格的加压试漏，确保流道之间相互独立。

2.3 吹风卸料系统

过滤后的赤泥滤饼含水率为 38%～ 40%，滤饼黏性较大，采用传统的吹风卸料方式难以充分地将滤饼卸落。在正常风压和风量条件下，同一单流道中，距离分配头最近的扇形板卸料效果良好，距离分配头较远的扇形板卸料效果较差。综合分析，4 个扇形板共用同一个流道时，距离分配头最近的扇形板上的滤饼首先脱落，滤饼脱落的同时流道内的风压降低，导致距离分配头较远的扇形板上的滤饼难以脱落。为了提高赤泥滤饼的卸料率，GPYC-160 赤泥专用过滤机采用双管路吹风卸料系统 (见图 6)，吹风管路 1 负责第1 和第 2 盘面的卸料，吹风管路 2 负责第 3 和第 4 盘面的卸料。该设计可以有效降低因扇形板和分配头的距离不同而对卸料造成的不良影响，在设备高速运转时仍能保证各个扇形板充分卸料。

图6 双管路吹风卸料系统Fig.6 Double pipeline blowing discharge system

2.4 槽体卸料口防积料设计

过滤后的赤泥滤饼黏性较大，在吹风卸料过程中极易粘到卸料口钢板上，长时间运行会造成卸料口积料乃至堵塞，甚至导致过滤机骤停，严重影响正常生产，损坏设备。为了避免出现上述问题，在赤泥专用过滤机槽体卸料口进行防积料结构设计。在卸料口内壁加衬 (见图 7)，镶嵌摩擦因数较小且耐腐蚀的聚乙烯板，聚乙烯板与卸料口钢板在卸料口高度方向上用3 排沉头螺栓固定，保证卸料口钢板与聚乙烯板紧密贴合，防止运行中衬板脱落。

图7 槽体卸料口防积料结构Fig.7 Material deposit resistance structure at discharge port of tank

2.5 滤布结构

传统 GLL 过滤机滤布采用整体无纺布结构。单丝布比无纺布更适合过滤赤泥物料，因而在赤泥专用过滤机上采用单丝布，但单丝布在扇形板上较难实现高效密封。为了防止滤布根部和头部漏气，滤布采用 3 段结合的结构，中部采用单丝布；头部采用拼接无纺布，便于热熔密封；根部采用不透气的 1288 滤布，利用喉箍箍紧密封，密封效果良好 (见图 8)。该滤布结构有利于设备保持高真空可靠运行。

图8 3 段结合的滤布结构Fig.8 Structure of three-segment filtration cloth

3 工业应用

经过现场安装调试，GPYC-160 赤泥专用过滤机成功带料运行，运行时的真空度约为 0.05 MPa，转速为 0.8～ 1.0 r/min，各项指标满足设计要求。滤盘盘面整体平整度较高，未出现明显偏摆现象；吹风卸料未出现盘面之间卸料不彻底的情况；槽体卸料口未出现明显积料情况，设备运行情况良好。通过增加拜耳法赤泥过滤系统，使氧化铝生产达到了良好效果。

(1) 降低了生料浆含水率和设备能耗 赤泥浆含水率由 54% 降到 42%，通过调配后可控制在 38%，即生料浆含水率由 44% 降到 38%，节能 6.26×107kJ/h，折合标煤 2.14 t/h。

(2) 提高了熟料窑产能 生料浆含水率降到38%，相当于将有 25.8 m3/h的料浆代替水分进入大窑，可多产熟料 23.3 t/h，折合氧化铝 12.1 t/h，全年可多产氧化铝 10.6 万 t。

实践证明，GPYC-160 赤泥专用过滤机可以高效可靠地过滤赤泥物料，大幅降低拜耳法赤泥含水率，保证了串联烧结法生产氧化铝的顺利实施。

4 结语

通过对拜耳法赤泥过滤工艺流程的分析，针对赤泥难过率及过滤后滤饼黏度大、卸饼难的特性，在传统 GLL 过滤机的基础上，对扇形板、流道、中心轴、吹风卸料系统以及滤布等关键结构进行针对性的创新设计，研发了 GPYC-160 赤泥专用过滤机。赤泥浆含水率由 54% 降到 42%，通过调配后可控制在38%，生料浆含水率由 44% 降到 38%，降低了烧结法入窑生料含水率，提高了熟料窑的产能。对于相对贫瘠的铝土矿的开发利用，这不仅为氧化铝企业创造了可观的经济效益，而且符合氧化铝工业结构调整的政策要求，有利于我国氧化铝行业可持续发展。