1、隔膜泵在氧化铝行业中的应用 周立瑶 李和孝 中国有色(沈阳)泵业有限公司 摘 要： 隔膜泵是氧化铝生产工艺中的核心设备, 在氧化铝溶出系统中与赤泥外排过程中均承担着输送浆体的重要任务。针对氧化铝工艺中的浆体特点, 提出了氧化铝用隔膜泵的注意事项, 并阐述了其发展趋势。关键词： 隔膜泵; 氧化铝; 料浆特性; 0.引言隔膜泵是一种利用橡胶隔膜将浆体与油缸分离开来的往复泵, 由于其具有连续运转率高、自动化程度高、泵效率高等诸多优点被应用于矿山、冶金、污泥等多个领域, 其中, 在氧化铝生产工艺中, 隔膜泵应用尤其广泛。具体来说, 隔膜泵绝大部分应用于氧化铝生产工艺的氧化铝溶出与赤泥外排过程中, 该矿
2、浆具有高磨蚀、强磨砺、高温等特点, 要求对隔膜泵相关设计参数进行必要的优化。1. 隔膜泵结构与工作原理隔膜泵是近些年发展起来的固液两相介质输送设备, 属于往复式活塞泵, 与普通活塞泵相比, 其在内部安装了橡胶隔膜, 将活塞、油缸等零件与浆体分离开, 保证了油缸内部工作环境的清洁性, 提升了活塞及缸套的使用寿命, 使泵的易损件仅包括阀与隔膜, 故具有效率高、运行可靠、自动化程度高等优点, 在氧化铝、水煤浆、尾矿输送等多个领域都得到了广泛应用。同时, 随着隔膜泵技术的不断发展, 污水处理、石油炼制等行业在泵选型的过程中, 也开始越来越多的考虑将隔膜泵作为其工艺系统的输送设备。图 1 下载原图(1)
3、 进料补偿系统 (2) 液力端 (3) 液压控制系统 (4) 电控系统 (5) 动力端 (6) 电机减速部装图 2 下载原图(1) 电机 (2) 曲轴 (3) 连杆 (4) 十字头 (5) 油缸 (6) 活塞 (7) 导杆 (8) 探头 (9) 橡胶隔膜 (10) 隔膜室 (11) 出料阀 (12) 进料阀图 3 下载原图1.1 隔膜泵结构隔膜泵设备主体主要包括动力传输系统、动力端、液力端、液压控制装置、进料补偿系统等, 如图 1 所示。1.2 隔膜泵工作原理隔膜泵的工作机理如图所示:电机经减速机输入动力, 带动曲轴做旋转运动, 曲轴、连杆、十字头组成一个曲柄连杆机构, 使十字头在导板上做往复
4、直线运动, 连接于十字头的活塞杆及活塞则随之进行往复运动。当活塞向左运动时, 隔膜室中的橡胶隔膜被拉到左方向, 使隔膜室内部体积增大, 出料阀关闭, 进料阀打开, 浆体进入并充满隔膜室。当活塞向右运动时, 隔膜室中橡胶隔膜被推向右方向, 进料阀关闭, 出料阀开启, 浆体被输送到管道中。2. 氧化铝生产工艺的料浆特性2.1 氧化铝生产工艺流程氧化铝是两性化合物, 一方面可以利用酸或者碱从铝土矿中直接把氧化铝与其他杂质分离出来, 进而得到纯净的氧化铝;另一方面, 可以利用碱法或酸法由高品位的氧化铝渣生产氧化铝。碱法是世界上氧化铝生产的主要方法, 包括拜耳法、烧结法和联合法。拜耳法适用于处理高品位的
5、铝土矿, 其工艺过程主要包括铝土矿的溶出、铝酸钠溶液的分解与氢氧化铝过滤后的焙烧等。烧结法可以处理低品位的铝土矿, 其工艺过程主要包括生料浆制备、熟料烧结与溶出、赤泥分离与洗涤等。该方法的主要特点是工艺流程较长、能耗大、产生的污染物较多。联合法是将拜耳法和烧结法合理的结合起来, 可以兼收这两种方法的优点, 获得更好的经济效果。联合法包括并联、串联以及混联 3 种基本流程。3 种方法中, 由于拜耳法适合高 A/S 矿石, 生产流程简单, 能耗低, 且产品质量高, 故应用最为广泛, 目前, 全世界生产的氧化铝有 90%以上为拜耳法生产。2.2 氧化铝生产工艺的浆体特性除没有腐蚀性要求、没有固含量的
6、清水性浆体外, 氧化铝生产过程中需要输送浆体可分为 4 种:(1) 高磨蚀矿浆:浓度大于 50%, 含有的苛性钠较多, 黏度较大, 主要产生于生料浆制备、孰料烧结等阶段。(2) 固体浓度在 20%30%的浆体:含有的固体量较多, 浆体密度高, 主要产生于孰料溶出、赤泥外排等阶段。(3) 过料:固体硬度不大, 弱磨蚀性, 主要是叶滤后的次泥与硅渣分离后的灰渣。(4) 苛性碱浓度在 20%以上的浆体:碱浓度与温度均比较高, 耐磨性不高, 主要产生于蒸发阶段。3. 氧化铝用隔膜泵的特点与发展趋势在氧化铝生产工艺系统中, 隔膜泵可应用于窑尾喷射过程的喂料泵、压煮溶出过程中的喂料泵以及管道化溶出工艺系统
7、中的喂料泵等。由于氧化铝溶出工艺系统的矿浆条件极其恶劣, 具有高腐蚀、强磨砺、高温等特性, 因此, 应用于该系统的隔膜泵需要满足以下要求:图 4 下载原图(1) 冲次适当降低。(2) 阀隙流速合理减小。(3) 过流件壁厚余量增加。(4) 承压件的安全系数提高。近两年来, 随着输送需求的增加, 隔膜泵正朝着大型化方向不断发展, 隔膜泵单台输送能力从 2008 年的 280 m/h 达到了 2015 年的 650 m/h, 而且有着继续上升的趋势。隔膜泵输送能力的提高, 对降低用户的生产成本、维护费用有着巨大的帮助。参考文献1王捷.氧化铝生产设备M.北京:冶金工业出版社, 2006. 2关醒凡.泵的理论与设计M.北京:机械工业出版社, 1987.
