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膨润土湿法离心提纯试验及工业应用研究
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一般经自然开采的膨润土纯度不高,不能满足石化工业、有机膨润土及复合材料生产的纯度要求,通常需要湿法提纯处理。传统的湿法提纯工艺采用的是自然沉降法,即把钙基膨润土原矿粉经钠化改性后,调制成质量浓度为5%左右的泥浆,将泥浆泵人沉降储槽自然沉降,钠化后膨润土的膨胀容增加,颗粒直径变细,悬浮在储槽的上部;原矿中的长石、石英等杂质颗粒较大,膨胀容没有增加,遵从斯托克斯定律沉降到储槽的底部,从而实现膨润土的提纯。自然沉降提纯工艺所需沉降时间长(一般要48h以上),存在沉降槽多、工厂占地面积大、浆液界面不清造成质量不稳定、原料浪费严重及环境污染等问题。
我国有机膨润土生产企业从上世纪八十年代中期开始,采用卧式螺旋卸料沉降型离心机(简称卧螺离心机)进行湿法离心提纯工艺的试验研究,由于离心提纯工艺具有生产能力大、提纯时间短、原料利用充分、经提纯后的浆料质量稳定等优点,该工艺逐渐得以推广应用‘〕。
本文简述了膨润土湿法离心提纯的工作原理,介绍了实验室试验装置及对几种不同膨润土的实验室提纯试验结果,分析了离心机操作参数对提纯效果的影响,并对其工业应用效果进行了分析研究。
1膨润土湿法离心提纯工作原理
膨润土湿法离心提纯的主要设备是卧螺离心机,这种离心机的结构如图1所示。经钠化改性后的浆料从进料管加人,经螺旋输送器内的物料加速器初步加速后,通过螺旋输送器筒体上的加料孔进人离心机的无孔转鼓内,在离心力场的作用下,重度较大的杂质(如长石、石英等)被甩到转鼓内壁,由位于转鼓内同方向运转但有一定差转速的螺旋输送器,推到锥型转鼓小端的出渣口排出机外;重度较小的提纯液位于转鼓液池的内层,顺着螺旋输送器通道流向转鼓大端,从位于转鼓大端的溢流孔溢出。

卧螺离心机具有.操作简单,能自动连续操作,生产能力大(转鼓内直径为450mm的卧螺离心机用于膨润土提纯时,每h处理量可达16m'),无滤网滤布,使用、安装和维护方便等优点,已在工业得到广泛应用。'r:实验室试验装置
2.1试验系统离心提纯试验系统,如图2所示。
待提纯的浆液从高位槽经电磁流量计计量后进人离,L"机提纯。
2.2电磁流量计电磁流量计的工作原理,是利用导电介质通过磁场后产生的离心提感应电势变化来测定流量的。电磁流量计的通流截面不变,被测流体通过流量计时不会引起堵塞,具有反应快、惰性小、测量范围广、压力损失小、测量精度高等优点,特别适合含有固体颗粒悬浮液的流体测量。

2.3试验用卧螺离心机的主要技术参数型号,LW20N;转鼓直径,200mm;转鼓长度,650mm;转鼓转速,06000r/min无级可调;差转速,0-74r/min无级可调;分离因数(max),40000
分离因数F:是评价离心力场强弱的一个特征参数,其数值为离心加速度与重力加速度之比,计算式为冈:F,=rW琢式中:r,圆柱段转鼓内半径,m;W,转鼓旋转角速度,1/s;g,重力加速度,m/s2o
3试验结果
3.1钠化改性土提纯试验原矿为钙基膨润土,产自吉林某地,经钠化改性后调制成质量含固率为6%的浆料。离心提纯试验条件为:分离因数Fr=1800、差转速dti20r/min、液层深度h=22mm、进料浓度C=6%,处理量Q=0.5m3/ha膨润土的纯度与粒度有关,粒度越小,纯度越高。钠化改性土离心提纯前后的粒度变化,如表1所列P1。离心提纯后,提纯液的浓度Cj}-4.14%,渣土的含固率Ce31.25%。

由表1可见,试验取得了良好的提纯效果,蛋2.0Nm的颗粒由提纯前的59.4%提高到了95.3%0在离心提纯过程中,原料液中结成团状的颗粒,在离心力和螺旋输送器的搅动下被打散,充分细化,经提纯后的提纯物和渣土的颗粒均小于5Nm,从而提高了原料的利用率。
3.2钙基膨润土提纯试验现代纳米技术和石化工业的发展,对膨润土的纯度提出了更高的要求。为了探索卧螺离心机用于钙基膨润土提纯的可能性,利用实验室试验装置,对其进行了离心提纯试验。试验原料产自浙江安吉,试验时将原矿调制成质量含固率为4.7%的浆液,采用试剂亚甲基蓝测量泥浆吸蓝量的方法,测定膨润土的蒙脱石含量,原矿的蒙脱石含量为67.31。采用古典试验法,即固定分离因数115、差转速7.6r/min、进料浓度22.5%、液层深度22mm等参数不变,只改变离心机的进料量来考察提纯效果,试验结果如表2所列。

从表2可看出,随着处理量的减少,提纯液中膨润土的蒙脱石含量逐渐增加,说明要获得高纯度的产品,需要适当控制进料量。经提纯后的渣土,含固量随着进料量的减少而减少,这也与离心机的分离规律相符。
利用该实验装置,还进行了钙基膨润土提纯液的脱水试验。在分离因数2260、差转速7.76r/min,进料浓度2.1%、进料量258m3/h、液层深度22mm的条件下,可取得固相含固率C,=33.6%的脱水效果,但是脱水后的液相含固率C,仍有0.42%,说明O离心机用于钙基膨润土提纯液的脱水,效果并不十分理想。
4工业应用
4.1钠基膨润土的工业提纯工业提纯用卧螺离心机型号为LW450x1250,该离心机的主要技术参数为:转鼓直径,450mm;转鼓长度,1250mm;转鼓转速,0-2200r/min无级可调;差转速,可调;分离因数(max),1217。
原矿为钠基膨润土,产自浙江临安。提纯条件为:进料质量浓度5%,分离因数566、差转速20r/min、液层深度60mm、进料浓度5%、处理量7.0m3/h。提纯前后的粒度变化,如表3所列[3]。
表3数据与表1的相仿,尤其是提纯后的提纯液和渣土的颗粒都有明显变小,说明试验具有相似的放大作用。该提纯工艺已应用于有机膨润土的工业生产中。
4.2钠化改性土的工业提纯工业提纯用卧螺离心机的主要技术参数,与前4.1节所述相近,提纯试验在天津某有机土厂进行。原矿为产自内蒙古与浙江某地的混合土,经钠化改性后调制成质量含固率为3.22%-4.56%的浆料,浆料的蒙脱石含量为61%,提纯试验的所有数据均由厂方分析人员提供。试验过程中通过改变离心机的分离因数(即转鼓转速)、差转速、生产能力和进料浓度等操作参数,考察该离心机的提纯效果。试验结果如表4所列。表中,C。为提纯液中固相的质量浓度,C。为渣土的质量浓度。

从表4可看出,LW450x1250型卧螺离心机用于改性膨润土提纯可取得良好的效果,而且提纯效果与离心机的操作参数密切相关。分离因数增大,提纯液中的蒙脱石含量增加,如果想使提纯液中的蒙脱石含量大于90%,则分离因数要大于1000;生产能力增加,提纯液中蒙脱石含量就相应减少。

经较长时间的工业运行,用户认为卧螺离心机用于膨润土湿法提纯,增加了浆料的分散度,使钠化更加充分,且具有生产能力大、提纯时间短、原料利用充分、提纯后的浆料质量稳定、环境污染小等优点。
5结论
实验室提纯试验与工业应用均表明,卧螺离心机用于膨润土湿法提纯可取得良好的效果,提纯后的提纯液和渣土的颗粒都明显变小,提纯液中的蒙脱石含量显著提高。

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