烧结法溶出浆料快速液固分离设备
我国是当今世界氧化铝第一生产大国，但是，我国的铝土矿资源不仅短缺且品质差，绝大多数有工业开采价值的矿山的铝土矿的铝硅比平均值仅为5左右，不适宜用简单拜耳法（铝硅比需＞9）生产氧化铝。因此，目前我国许多氧化铝厂采用拜耳法和烧结法联合流程生产氧化铝，即先用改良的拜耳法处理铝硅比大于7的铝土矿，然后再用烧结法处理拜耳法赤泥回收其中氧化铝和氧化钠（串联法），或选用拜耳法和烧结法并联、混联流程生产氧化铝，也有选择富矿烧结法生产氧化铝的。目前，在我国生产的氧化铝产品中至少有五分之一来自烧结法。未来，随着我国铝土矿资源逐年的高消耗，铝土矿品位的不断下降，烧结法生产氧化铝比例还将进一步增大。
烧结法通常指碱石灰烧结法，适宜处理中低品位（3~5）铝土矿，但工艺复杂、能耗高、产品成本高、赤泥排放量大，污染环境，亟待改进优化才能适应我国铝工业健康可持续发展。
烧结法中熟料的快速溶出和液固分离技术是简化工艺流程、节约投资、减少占地、降低能耗、提高氧化铝和氧化钠回收率、降低赤泥碱量、提升赤泥资源化利用水平的一项关键技术。但是，受滤布结硬现象的困扰，烧结法溶出浆料一直采用沉降法进行液固分离。所以，消除铝酸钠浆料液固分离时滤布结硬现象即成为一重要的攻关课题。
1、 烧结法溶出浆料液固过滤分离时滤布的结硬现象
对烧结法溶出浆料快速进行液固分离最简捷的办法就是过滤分
离。虽然过滤机型有很多种，但是，却难以用来过滤分离铝酸钠浆料，根本原因是过滤分离时，溶液中的铝酸钠在抽滤过程中易水解和分解析出Al(OH)3，即发生下述反应：
(1) NaAl(OH)4﹢aq → NaOH﹢Al (OH)3﹢aq
(2) NaAl(OH)4﹢CO2 → Na2CO3﹢Al (OH)3﹢H2O
这些析出的Al(OH)3在抽滤过程中，易在滤布的表面和毛细通道中聚集结晶，造成滤布毛细通道堵塞，使滤布逐渐失去过滤性能。与此同时，随着滤布周而复始地使用，结晶体不断充实编织纤维体间的空间，最后使滤布结硬，无法再过滤分离铝酸钠浆料。
2、 前人对熟料溶出浆料快速液固分离的工作
无疑地，不使用滤布是防治和消除滤布结硬问题最简便的方法。所以，研究人员首先想到的是选用无滤布的过滤机用来分离烧结法溶出浆料。
2002年底郑州铝厂与上海离心机研究所联合选用LW530X2270NY型卧式离心机对烧结法熟料溶出浆料进行液固分离试验。在试验中，试验样机处理量达40M3/时，并且在熟料溶出浆料中添加絮凝剂的前提下，获得粗液中浮游物的平均值为1.92g/L；赤泥稠浆的水份为37.12%；赤泥氧化铝溶出率的平均值为95.81%的结果。与同期沉降槽底流赤泥氧化铝溶出率92.2%相比较提高了3.61%。2003年中南大学潘长跃和山东氧化铝厂刘金星等人也做过类似的试验，虽然实现了熟料溶出浆料的快速液固分离，但粗液的浮游物平均值高达7.69g/l. 在这些试验中，都存在离心机轴承易损坏、进料口易磨损、出渣口易堵塞、筒壁易结疤、维修次数多等不足，验证了这类设备难以满足氧化铝生产大流量、连续稳定运行的要求。
2006年“烧结法溶出赤泥过滤滤布结硬的防治与再生技术研究”被列为国家“十一五”科技攻关课题“高效低耗氧化铝选冶技术研究”的主要研究项目之一。该项目由中铝山西分公司和郑州轻金属研究院联合攻关，项目组依据大量氧化铝生产技术分析和实验室研究成果在山西铝厂进行了工业化试验。2007年9月，工业试验取得突破性进展。试验过滤机连续运行6天，开发出一整套高效分离技术，可使熟料的氧化铝的净溶提高2%以上。2010年~2011年间，山西铝厂与沈阳铝镁设计院在上述研究的基础上，进行了大型过滤机（72m2）的赤泥过滤分离试验，但运行中出现滤布折皱和跑偏现象，阻碍了过滤机的连续运行。该项研究中采用高苛性比碱液溶解结硬滤布上的氢氧化铝，使用的苛性碱溶液温度较高，溶煮时间长，易损伤滤布，是使滤布出现松弛和折皱现象的主要原因。并且，仅靠溶煮是不能快速地完全清除滤布毛细通道中的析出物的，因此，滤布在线再生不够彻底。目前，该项研究仍在优化中。
还有报道研究人员曾尝试用板框压滤机、翻盘过滤机和滤布袋过滤分离熟料溶出浆料的，终因滤布结硬和不能连续作业而未能在氧化铝生产中得到工业化应用。
3、 消除滤布结硬现象的研究
我们对结硬滤布进行碱液浸泡消除结硬现象的实验结果表明，用一定浓度的NaOH溶液浸泡结硬滤布一定时间后，滤布的结硬状况即有所改变，但滤布的过滤性能却不能得到完全恢复再生。这表明滤布表面和近表面的毛细通道口的Al(OH)3晶体已被溶解，但毛细通道中的Al(OH)3晶体并没有被NaOH溶液溶解。特别是，短时间浸泡滤布，滤布的结硬状况改观不大，由此推断，滤布的结硬主要是滤布毛细通道中析出的Al(OH)3晶体充填所致。
既然用适当温度和浓度的NaOH溶液可以消减滤布的结硬，就表明滤布上的Al(OH)3结晶是完全可被NaOH溶解的，毛细通道中的Al(OH)3结晶只要能与NaOH接触，即能被溶解和清除。
采用中断过滤，用适当温度和浓度的NaOH代替铝酸钠浆料，抽滤溶解滤布中的Al(OH)3结晶是可行的。但破坏了工艺的连续作业，这样做NaOH溶液消耗大，还需一套加热保温NaOH溶液存储系统。要不中断连续过滤，必须考虑采用快速溶解毛细通道中Al(OH)3结晶的方法。实验中，我们采用了超声波清洗槽对结硬滤布进行溶洗，发现在适当温度和浓度的NaOH溶液中，借助超声波可很快地完全消除滤布的结硬现象，使滤布恢复近100%的过滤性能。
4、 溶、清洗装置的设计与制造
超声波在介质中传播时使溶液产生无数个微小的真空泡（空化作用），当泡爆破时会产生很强大的冲击能，可将所遇到的固着物打散，加之超声波频率高、波长短、穿透能力强，特别适合清理复杂结构和毛细通道中的污垢，再加之空化作用可有效地促进化学反应，所以，设计选择了带有超声波的溶洗装置来消除滤布结硬现象。
超声波溶清洗装置如图1所示意，主要由盛液槽、超声波发生器、加热装置和滤布导向辊构成。
滤布途经溶洗槽时受到碱溶液和超声波的共同作用，其纤维缝隙间的结晶体被快速溶解成铝酸钠又回到溶液中，即达到了溶洗滤布消除滤布结硬的目的。
本文章由正达环保设备有限公司，卧螺离心机制造专家
