离心分离技术在熟料溶出浆液分离过程中的应用研究

                                        陈 旭

                   (中南大学冶金科学与工程学院  湖南 长沙 255061)

    摘要:通过理论研究和试验测定的指标,探讨了离心分离技术在熟料浆液分离过程中应用的可行性,从而为进一步优化烧结法氧化铝生产工艺指标提供参考。



    在烧结法生产氧化铝工艺技术中,熟料溶出浆液的分离主要采用自然沉降分离技术。但是,该分离技术存在很大的局限性,首先是分离时间较长,赤泥和铝酸钠溶液会发生二次反应,造成氧化铝和氧化钠的损失;其二是在分离过程中对熟料质量、浆液温度、溶液浓度的要求苛刻,一旦上述工艺条件发生波动,粗液固含就会升高,分离指标不稳定;其三是高浓度、高固含的溶出浆液因溶液粘度增大,很难通过自然沉降进行液固分离。因此,通过研究、探索,寻求一种对熟料溶出浆液进行快速的分离技术是优化工艺指标,改善氧化铝生产技术的迫切需要,对铝工业的发展有重大意义。本文探讨离心分离技术在熟料溶出浆液中的应用。

    1　理论分析

    离心分离设备主要有旋流器、离心机等,现就旋流器、离心机和沉降槽对熟料溶出浆液的分离性能进行分析:

    计算条件:

    熟料溶出浆液的物理参数

    颗粒密度:2890ｋｇ/ｍ3;

    介质密度:1235ｋｇ/ｍ3;

    溶液粘度;1.116×10-3/ｍ·ｓ。

    粒度分布:见表1。


               

    计算中的设备尺寸以生产中实际运行的设备尺寸为准。

    1.1　沉降槽

    介质在沉降过程中,不仅受到浮力的作用,而且还受到阻力的作用,阻力产生的原因:其一是由切应力产生的摩擦力(粘性阻力),其二是颗粒形状引起的压差阻力(形状阻力),一般说阻力是雷诺系数和物形的函数。

    当雷诺系数Ｒｅ≤25时,介质粘性起主要作用;当雷诺系数25<Ｒｅ≤500时,两者都起作用;当雷诺系数Ｒｅ>500时,压差阻力起主要作用。

    经过计算颗粒在沉降槽中运动时,雷诺系数小于25,可见粘性阻力较形状阻力对颗粒的沉降速度影响大。

    根据斯托克斯定律,悬浮液的雷诺系数小于或等于25时,即颗粒在层流沉降状态下时,自由沉降速度按下式计算:

              

    对连续操作的沉降槽,实际沉降速度的计算公式为:


    ｖ=1.33ｑｍ(1-ｃ0/ｃ1)/ρ浆Ａ                  ⑶

  式中:Ａ———沉降槽的沉降面积,ｍ2;

      ｑｍ———原始矿浆的质量流量,ｋｇ/ｓ;

      ｃ0、ｃ1———原始矿浆的固体浓度和沉渣中的固

      体浓度(按重量计算);

      ρ浆———原始矿浆密度,ｋｇ/ｍ3;

      1.33———经验修正系数。

      已知:沉降槽尺寸Φ10.5×4ｍ,ρ浆=1310ｋｇ/ｍ3


      体积流量Ｑ=200ｍ3/ｈ

      沉降槽进料固含=100ｇ/ｌ;底流渣Ｌ/Ｓ=4.5。

      经计算得:ｄｋ=4.5×10-5(ｍ)=45(μｍ)

     在不考虑进料和出料对赤泥沉降的影响,不添加絮凝剂时,Φ10.5×4ｍ沉降槽,所能分离颗粒的临界粒径为45μｍ。

    1.2　旋流器

    旋流器属于离心分离设备,颗粒在旋流器中不仅受重力的影响,而且还要受离心力的影响,沉降速度比沉降槽快。根据公式可以计算出旋流器对赤泥进行分离的临界粒径:

    ｄｋ=0.701×〔μ×ｇ/(ρｓ-ρ)×ｖｉ〕0.5×Ｄｏ1.5/(Ｄｉ×Ｈｅ)0.5

    式中:μ———溶液粘度,ｋｇ/ｍ·ｓ;

    ρｓ、ρ———分别为颗粒和介质的密度,ｋｇ/ｍ3;


    Ｈｅ———旋流器的有效高度,ｍ;

    ｖｉ———给料口的平均流速,ｍ/ｓ;

    Ｄｏ———溢流口的直径,ｍ;

    Ｄｉ———给料口的当量直径,ｍ。


    Ｈｅ=0.74ｍ　Ｄｏ=0.03ｍ　Ｄｉ=0.023ｍ

    旋流器处理量Ｑ=8.5ｍ3/ｈ

    经计算得:ｄｋ=3.01×10-5(ｍ)=30.1(μｍ)

    当颗粒粒径大于临界粒径时,可全部回收下来,当粒径小于临界粒径于紊流的扩散,会造成理论与实际的差异,通常临界粒径以回收率为50%的粒径来表示。