陶瓷抛光污泥立式烘干分级系统的应用

鞠召会，张黎，褚旭



陶瓷抛光污泥立式烘干分级系统的应用

鞠召会，张黎，褚旭

摘 要：陶瓷抛光污泥所含的大量水分以及未有效分级是限制其大规模资源化利用的瓶颈。本文介绍了由中材装备集团有限公司自主研发并应用于广州市翔龙环保科技有限公司的陶瓷抛光污泥立式烘干分级系统，并对整个系统的工艺流程、工作参数范围、存在的问题及改进措施和运行性能指标等进行了阐述。

关键词：陶瓷抛光污泥；陶瓷抛光废渣；立式；烘干；分级

随着社会经济及陶瓷工业的快速发展，陶瓷工业废料日益增多，不仅对城市环境造成巨大压力，而且限制了城市经济的发展及陶瓷工业的可持续发展［1］。目前，我国陶瓷工业废料的处理与利用程度比较低，资金紧缺，致使大量废料挤占耕地，使水和空气受到污染［2］。如何变废为宝，化废料为资源，已经成为科技和环保部门的当务之急。陶瓷生产中废料的循环利用，不仅可以节约资源、减少环境负荷，而且对陶瓷工业的可持续发展具有重要的现实意义。

据报道，2014年我国全年陶瓷砖产能达139.61亿平方米，其中抛光砖产能占比达27.90%［3］。而每生产1m2抛光砖将大致形成2.1kg左右的抛光污泥［4］，因此2014年我国将产生约820万吨的陶瓷抛光污泥。与一般的陶瓷废料不同，陶瓷抛光污泥具有含水量高、粘性大、颗粒粒径小、比表面积大、火山灰活性高等特征［5］，其不需要进行破碎、去除表面杂质和细磨等其他复杂处理工序，可直接应用于水泥行业作混合材使用［6］和用于混凝土行业作胶凝材料替代二级粉煤灰使用［7］。目前，我国90%以上的陶瓷抛光污泥尚未得到大规模高效利用［8］，对生态环境造成了严重的污染。通过调研发现，陶瓷抛光污泥所含的大量水分以及未有效分级是限制其大规模资源化利用的瓶颈。

针对上述问题，中材装备集团有限公司自主开发了陶瓷抛光污泥立式烘干分级系统，并将其成功应用于广州市翔龙环保科技有限公司年处理50万吨陶瓷抛光污泥生产线项目。该项目于2013年10月正式投产，目前该系统运行稳定可靠，技术指标完全达到设计要求，产品性能优良，具有良好的经济效益和社会效益，为陶瓷抛光污泥的大规模资源化利用打下基础。

1　陶瓷抛光污泥粒度及化学组成

检测所用陶瓷抛光污泥，由在陶瓷的生产过程中产生的碎屑随冲刷用水流入地下沉淀池，再加入少量聚丙烯酰胺絮凝剂沉淀后所得。陶瓷抛光污泥的粒径分析测定结果以及化学成分分别如图1和表1所示。

图1　陶瓷抛光污泥的粒径分析

由图1表明，陶瓷抛光污泥颗粒主要集中在35μm以下，占89.08%。其平均粒径为14.46μm。由表1可知，陶瓷抛光污泥的主要化学成分为SiO2、Al2O3、MgO、CaO等，矿物组成以石英为主。另外，经实验测定，陶瓷抛光污泥的含水量为28.30%。

2　立式烘干分级系统工艺流程

图2为陶瓷抛光污泥立式烘干分级系统的工艺流程示意图，整个系统由原料计量和输送系统、烘干分级系统、成品储存及散装系统等部分组成。

图2　陶瓷抛光污泥立式烘干分级系统工艺流程示意图

储存在堆棚的陶瓷抛光污泥通过铲车上料，经卸车坑、定量给料机、胶带输送机并除铁后输送至立式烘干分级器，在立式烘干分级器内物料首先被沿周向均匀分布有弧形撒料叶片的撒料盘打撒与分散，而后被从喷射环喷出的热气体带起并呈螺旋线上升，在上升的过程中物料与热气体充分换热并被干燥，最后通过立式烘干分级器顶部的分级器分选，合格细粉经袋式收尘器过滤收集后，由空气输送斜槽、斗式提升机送至成品细粉库储存；粗粉则通过立式烘干分级器的侧部出口排出，进入振动筛，经过振动筛筛选后的合格粉则经空气输送斜槽、斗式提升机送至成品粗粉库储存；喂料中偶有的大块物料（如陶瓷碎片）在喷射环处不能被热风带起，则通过立式烘干分级器底部的排渣口排出系统。

立式烘干分级器通风及烘干所需的热烟气由生物质沸腾炉提供，热风通过管道从两侧进入立式烘干分级器，而排出的废气则通过袋式收尘器净化后由系统风机送出，一部分排入大气，另一部分则循环使用。

3　系统工作参数确定

烘干分级系统中的立式烘干分级器是整个处理系统的核心设备，主要设置有螺旋输送机、撒料盘、喷射环、分级器等关键部件。结合陶瓷抛光污泥的特点和我们在物料烘干分级领域所取得的经验，笔者认为影响系统正常运行的主要因素是风温、风压、喷射环风速和撒料盘转速。

3.1风温

表1　陶瓷抛光污泥的化学成分，%

为强化干燥过程和提高经济效益，在一定的干燥终含水的要求下，干燥烟气的温度越高越好，但应在物料允许的最高温度范围内，且应考虑热风源的供给能力以及设备材质的耐热能力。由于陶瓷抛光污泥热稳定性好、化学性质稳定，经权衡，入口烟气温度控制在260～300℃之间，出口烟气温度一般比其露点温度高20～50℃，从而避免在布袋收尘器内析出冷凝水，影响干燥产品质量。经多次调试的结果得出，立式烘干分级器的出口风温宜控制在80～120℃范围之间。

3.2风压

立式烘干分级器的干燥过程可认为是流化床干燥和气流干燥的组合，其显著特点之一就是物料在设备中停留时间极短（几秒钟），为瞬间快速干燥。陶瓷抛光污泥原料颗粒非常细小，立式烘干分级器需呈微负压操作，系统尾排风机静压也不宜过大，以免物料微粒穿透滤袋逸出。经多次调试，立式烘干分级器烟气入口压力在-500Pa左右，设备压损在2 500～3 000Pa时，整个系统运行良好，既能达到设计的干燥能力，又能全部回收陶瓷抛光污泥粉。

3.3喷射环风速

在干燥过程中，打散后的物料被从喷射环喷出的热气体带起沿立式烘干分级器筒体螺旋上升，由于气流摩擦等因素，旋转气流的最大切向速度随着气流上升高度的增加而减少，直至气流不再旋转（切向速度为零），成为普通直管气流为止。喷射环风速直接影响着被干燥物料运动的状态，进而影响干燥质量和效率，所以必须保证立式烘干分级器内有足够的喷射环风速（主要为切向速度），具体大小需根据物料性质确定。喷射环风速过低，物料不能分散和流化，不能达到干燥目的；风速过高，则流动阻力过大，需风压很大的风机，电机功率过大，显然不经济。根据试验结果，对于陶瓷抛光污泥，立式烘干分级器正常运行时的适宜喷射环风速应控制在25～40m/s范围内。

3.4撒料盘转速

撒料盘的转速是立式烘干分级器最重要的控制参数之一。当陶瓷抛光污泥经螺旋输送机进入立式烘干分级器中心时，高速转动的撒料盘可以有效地将陶瓷抛光污泥均匀地甩开至喷射环四周。热风则由喷射环喷出，带动物料螺旋上升，在此过程中热风与物料充分的实现热交换，从而达到最佳的烘干效果。然而，过高的转动速度将导致撒料盘磨损严重，从而影响其使用寿命。因此，撒料盘转速需要控制在一定范围内，具体视立式烘干分级器的直径大小而定。

4　存在问题及改进措施

4.1螺旋输送机输送能力偏低

进厂的陶瓷抛光污泥直接取自陶瓷加工厂的沉淀池，含水量较高，现场又没有足够的堆棚进行堆放排水，有的甚至露天堆放。这就造成进入处理系统的物料水分偏高，极易粘附在螺旋输送机的螺杆和导向叶片上，导致其输送能力降低甚至堵塞。

首先，确保原料在堆棚内能堆放3～5d，原料水分控制在25%以内。其次，将立式烘干分级器的喂料螺旋输送机改为强制输送能力强、具有自清作用的双螺旋输送机。采取这些措施后效果明显，双螺旋输送机运行平稳。

4.2撒料盘磨损严重

立式烘干分级器高速旋转的撒料盘担负起搅拌和打散陶瓷抛光污泥的功能。由于陶瓷抛光污泥中二氧化硅含量高达60%以上，对撒料盘的磨蚀性很强，我们在撒料盘与物料接触面和弧形撒料叶片的迎风面上进行了耐磨层的堆焊。虽然采取了以上措施，但运行一段时间后发现撒料盘磨损依然严重。为了延长设备整体使用寿命，在保证打散效果的前提下，可适当降低撒料盘转速。

4.3大块陶瓷废料排料管不畅

进厂的陶瓷抛光污泥中偶有大块陶瓷废料，造成立式烘干分离器底部堵料较为严重，多点定时清堵也较为麻烦。为了解决这一问题，在立式烘干分级器底部增设一圈排料斜槽，从而实现自动排料，减轻人工操作强度。

表3　运行性能指标

表4　陶瓷抛光细、粗粉的性能指标

5　结语

在厂院双方的共同努力下，经过近一个月的调试、整改，立式烘干分级系统各项指标均达到了设计值，运行性能指标如表3所示。

本项目产品分为细粉和粗粉，其中，细粉占70%～80%左右，可在混凝土生产中作胶凝材料替代二级粉煤灰使用；粗粉则主要供给水泥厂作混合材使用。粗、细粉的各项性能指标具体如表4所示。

该陶瓷抛光污泥立式烘干分级系统的成功运行，为我国陶瓷抛光污泥大规模资源化利用打下了良好基础。产品可用作为水泥混合材或混凝土胶凝材料，实现了陶瓷产业与建材、混凝土两大行业的有机结合。该系统既能大量处理陶瓷废料，又可以为建材、水泥混凝土工业生产提供一种新的原材料，具有广阔的市场前景，可大力推广应用。

参考文献：

［1］侯来广，曾令可.陶瓷废料的综合利用现状［J］.中国陶瓷工业，2005，12（4）：41-44.

［2］董桂洪.利用陶瓷抛光砖污泥制备陶瓷及微晶玻璃的研究［D］.广州：华南理工大学，2008.

［3］邹紫凯.第四届全国陶瓷人大会公布产能及相关数据［N］，中国陶瓷网，2014-12-30.

［4］蔡祖光.陶瓷工业废料废渣的处理［J］.佛山陶瓷，2002，3：11-12.

［5］王功勋，谭琳，田苾，聂忆华.陶瓷抛光砖粉与水泥熟料的相互作用［J］.硅酸盐通报，2012，31（6）：1586-1592.

［6］王亚琴，李丽匣，韩跃新.陶瓷抛光废料生产水泥混合材的试验研究［J］.金属矿山，2009，11：326-329.

［7］王功勋，苏达根，钟小敏.陶瓷抛光砖粉对混凝土性能的影响［J］.混凝土，2008，10：64-66.

［8］曾令可.陶瓷废料回收利用技术［M］.北京：化学工业出版社，2010

中图分类号：TQ172.622.19

文献标识码：A

文章编号：1001-6171（2016）01-0032-03

通讯地址：中材装备集团有限公司，天津 300400；

收稿日期：2015-04-29； 编辑：吕 光

Application of Vertical Drying Classification System for Ceram icPolishing Sludge

JU Zhaohui，ZHANG Li，CHU Xu
（Sinoma Technology&Equipment Group Co.，Ltd.，Tianjin 300400，China）

Abstract：Ceramic polishing sludge contains a large amountofmoisture and it has not been effectively classi⁃fied，which becomes bottlenecks restricting its large scale recycling use.A vertical drying classification system for ceramic polishing sludge，developed independently by Sinoma Technology&EquipmentGroup Co.，Ltd.and applied in Guangzhou Xianglong Environmental Protection Technology Co.，Ltd.，is introduced in this paper. The process of thewhole system，operating parameters，improvementmeasures for the existing problems，and the operationalperformance，etc.，havebeen investigated.

Keywords：ceramic polishing sludge；ceramic polishingwaste；vertical type；drying；classification