【正文】 膨潤土產(chǎn)業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，具有廣泛的前景和重要的社會、經(jīng)濟意義。本項目的提出，充分運用了我國地方的資源優(yōu)勢，不僅有重要的科學(xué)意義，更大大拓寬了膨潤土的生產(chǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域，并完全貫徹環(huán)境友好型資源節(jié)約型生產(chǎn)，有著廣泛的應(yīng)用前景，具有重要的社會和經(jīng)濟意義。多年來，活性白土生產(chǎn)工藝、技術(shù)、設(shè)備的更新速度遠遠落后于發(fā)展的要求，致使我國活性白土的質(zhì)量、產(chǎn)量、品種等都無法與國外產(chǎn)品競爭。而使用昂貴的有機覆蓋劑則提高了產(chǎn)品的成本，這樣不僅耗費了大量的資源，所創(chuàng)價值又十分有限。 應(yīng)達到的技術(shù)要求活性白土的分類、型號及代號見下表表11： 活性白土分類類 別Ⅰ類Ⅱ類Ⅲ類型號和代號H型高活性度的活性白土T型高脫色率的活性白土——主要用途石油加工產(chǎn)品（潤滑油、石蠟、凡士林）的脫色精制工業(yè)動植物油脫色精制食用動植物油脫色精制目前，生產(chǎn)活性白土的方法有： 濕法活化是目前工業(yè)上膨潤土加工生產(chǎn)活性白土最常用的一種方法。但是濕法缺點也是比較多的，主要有：耗酸量大，加酸量往往是反應(yīng)過程中實際耗酸量的幾倍，成本較高；洗滌用水量大，一般每生產(chǎn)1t活性白土，需排放30－60 m3的強酸性廢水，環(huán)境污染嚴重，反應(yīng)溫度較高（80～100 ℃），能耗較大，設(shè)備腐蝕嚴重。 干法生產(chǎn)工藝是向原料中加入一定量的硫酸和水，攪拌充分混合后，放置一段時間，然后烘干、粉碎得活性白土。干法的優(yōu)點有：大大降低了酸的用量，所得產(chǎn)品中的游離酸含量較低，無廢水排放，不會造成環(huán)境污染問題。 生產(chǎn)步驟為：選礦；加入酸和水制漿；常溫擠出法固相活化；干燥粉碎；成品檢測、包裝。半濕法主要采用低濃度的無機酸為活化劑，通過提高反應(yīng)溫度和反應(yīng)壓力來加速活化反應(yīng)，反應(yīng)溫度一般為200～300℃，反應(yīng)壓力一般為15～40個大氣壓。 半濕法生產(chǎn)過程中，活化速率快，洗滌處理工藝簡單，產(chǎn)品質(zhì)量高。但是反應(yīng)過程中是在高溫高壓下活化，因此，能耗大，對設(shè)備要求高，大大限制了半濕法的應(yīng)用。 汽相法技術(shù)是將水、酸、土半干態(tài)拌勻，在加壓高熱汽相狀態(tài)下反應(yīng)，在靜態(tài)下經(jīng)汽相、液相、固相之間進行激烈的酸化反應(yīng)形成半干態(tài)顆粒狀酸化物，經(jīng)漂洗等工序制備活性白土的一種新工藝技術(shù)。它把現(xiàn)有的濕法、干法以及煅燒法生產(chǎn)活性白土的優(yōu)點集為一體，具有很廣的實用價值，為我國白土生產(chǎn)提供了一種新工藝技術(shù)。[14] 鍛燒法工業(yè)上不常用，使用的酸一般是低揮發(fā)性的硫酸，若采用易揮發(fā)的鹽酸，則酸浪費嚴重，導(dǎo)致鹽酸需求量加大，成本提高。[14] 廢酸循環(huán)法，目前工業(yè)上還沒有使用。廢酸循環(huán)法減少了酸的用量，經(jīng)實驗室小試節(jié)省硫酸50%以上，由本項目物料衡算的結(jié)果可知，本項目生產(chǎn)工藝相對于傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝大大的節(jié)約了酸的用量，而由于廢酸的循環(huán)利用，也減少了水的用量，更減少了廢水的排放量。 本項目采用的廢酸循環(huán)法進行連續(xù)性生產(chǎn)活性白土。而采用連續(xù)性生產(chǎn)更能充分的利用加熱蒸汽和干燥的熱空氣，較現(xiàn)在的間歇生產(chǎn)減少了能量的損失，且提高了產(chǎn)品質(zhì)量及穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率。由于生產(chǎn)力水平的不斷提高和市場需求的不斷擴大，國外改性膨潤土的生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，目前已達到一定的規(guī)模。據(jù)近年統(tǒng)計，美國膨潤土年產(chǎn)量保持在400萬噸左右（世界產(chǎn)量約960萬噸），其國內(nèi)有十九家公司在十一個州的60個礦山生產(chǎn)膨潤土。；；。日本的主要消費領(lǐng)域是鑄造業(yè)，占35％，％。出口的活性白土主要銷往歐洲、加拿大、日本、墨西哥、新加坡等。［5］國際市場總的發(fā)展趨勢是，對活性白土的需求不斷增長，并且向高檔化發(fā)展。我國膨潤土礦產(chǎn)資源的儲量占世界第二位，但是開發(fā)利用的程度很低，累計開采量不足已探明儲量的1％，在國際市場上是一種“低出高進”的局面，即出口低級產(chǎn)品（原礦、鑄造用、鉆井用、低檔活性白土等），進口高級產(chǎn)品（洗衣粉柔順劑、高檔有機土、膨潤土防水毯等）。行業(yè)特點是企業(yè)規(guī)模?。戤a(chǎn)萬噸以上的企業(yè)屈指可數(shù)）、技術(shù)水平低，且由于是資源型行業(yè)因而競爭不是很激烈，但產(chǎn)銷量與價格均逐年上升。目前，我國活性白土的生產(chǎn)廠家約40個，鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)近300家，生產(chǎn)規(guī)模多屬中、小型企業(yè)，年產(chǎn)量約為42～45萬噸?；钚园淄恋漠a(chǎn)地主要集中在東北、華北、華東等地區(qū)，產(chǎn)量占了全國的70％以上。缺口部分用膨潤土、活性炭等代替，而膨潤土的吸附、脫色效果差，活性炭的吸附、脫色雖好，但價格貴。國民經(jīng)濟的持續(xù)高速發(fā)展給我國活性白土工業(yè)帶來了巨大的潛力和廣闊的發(fā)展前景?；钚园淄潦桥驖櫷猎V經(jīng)過無機酸活化后得到的一種層狀材料，具有微孔多、比表面積大、物理化學(xué)性能突出等優(yōu)點，目前已廣泛應(yīng)用于石油、化工、醫(yī)藥、環(huán)境保護等各個領(lǐng)域，活性白土的研究具有廣闊的應(yīng)用開發(fā)前景。廢酸循環(huán)法是對傳統(tǒng)硫酸濕法的改進，解決了傳統(tǒng)濕法生產(chǎn)中對膨潤土結(jié)構(gòu)破壞嚴重，廢酸排放量過大等問題，廢酸循環(huán)工藝可以對全部廢酸進行回收再利用，而且由于改性劑中存在大量金屬離子，在活化過程中能夠限制膨潤土晶層中的金屬離子溶出，起到保護作用。機理研究表明：單因素實驗中，活性度和脫色率達到最佳值后保持穩(wěn)定；硫酸反應(yīng)前后的損耗量明顯減少；活性白土的密度大于傳統(tǒng)濕法的密度，且鋁離子溶出量相對傳統(tǒng)濕法較低，XRD結(jié)果也表明對膨潤土結(jié)構(gòu)的破壞較小。第二章 工藝說明一、原工廠原料工段生產(chǎn)工藝原工廠將原料存放于露天堆場，并利用膨潤土的吸水性和水分蒸發(fā)進行自然膨化。對于制漿操作，原廠磨機第一次出來的漿料進入儲存槽1，漿料經(jīng)泵抽至旋流分離器進行分離，較粗漿料再次進入磨機，合格漿料及第二次磨出的合格漿料進入儲槽2。舊工藝在該工段存在的不足之處有：1）原料含水量高，給料不穩(wěn)定；2）原料的粉碎由其自由膨化決定，受環(huán)境影響較大；3）原料粒度不均勻，有些大顆粒難以磨碎。由于開采出來的膨潤土含水量并不高，將其堆放在廠房堆場，則膨潤土不會再吸收更多水分。破碎機將原料破碎成1～2cm的顆粒，破碎后的原料進入原料倉儲存?zhèn)溆茫偻ㄟ^給料機的電動分料調(diào)節(jié)將破碎后的原料送入磨機。鑒于舊廠的斜篩過于短小而達不到分離要求的問題。再通過泵將儲槽1中的物料和循環(huán)廢酸同時加到旋流分離器分離，符合工藝要求的漿料被分離送至送儲槽2，較大顆粒及多余廢酸液體由分離器底部流回到磨機。本項目原料工段工藝流程框圖如下圖所示：原料儲存槽1旋流分離器廢固給料機原料倉磨機破碎機廢酸循環(huán)槽2斜篩儲存槽2圖22 原料工段工藝流程一、原料特色我國膨潤土資源豐富，廣西的儲量居全國首位，其中田東縣儲量約有5000萬噸，寧明縣儲量高達7億噸，宜州市也有豐富儲量。由于原料的質(zhì)量將會直接影響生產(chǎn)的活性白土產(chǎn)品質(zhì)量，因此本項目原料特色是：1）原料儲量豐富，來源穩(wěn)定；2）離原料產(chǎn)地近，交通方便，運輸費用少，節(jié)約成本；3）采用洞采所得原料質(zhì)量較好，為能生產(chǎn)高效活性白土奠定堅實基礎(chǔ)；二、本工段工藝特色：1）原料經(jīng)過破碎機粉碎，顆粒均勻利于磨機的粉磨；2）給料機與磨機形成自動劃控制，進料穩(wěn)定；3）在旋流分離器中加入循環(huán)廢酸代替使用新鮮水，減少水的用量及生產(chǎn)中的廢水排放。本工段主要設(shè)備：破碎機、磨機和分離器。常用的制備活性白土的方法：濕法、干法、半濕法、氣相法、煅燒法、將這幾種方法列表對比如下：［1］表21: 活性白土生產(chǎn)方法對比方法酸濃度/％液固比壓力/大氣壓反應(yīng)時間/h反應(yīng)溫度/℃干法5～7～2常壓＞2425～35半濕法5～7～215～401～2200～300汽相法10～152～35～101～2150～200鍛燒法4～51～2常壓1～2400～500傳統(tǒng)濕法16～243～5常壓2～680～l00，干法生產(chǎn)中酸活化不完全，雜質(zhì)較多，且活性度和脫色率較低，達不到高效活性白土要求；半濕法，汽相法和鍛燒法生產(chǎn)過程中操作溫度及操作壓力較高，設(shè)備要求高，反應(yīng)過程難以控制，往往造成活化過度的問題，導(dǎo)致性能下降；而傳統(tǒng)濕法生產(chǎn)中酸的濃度較大，容易對膨潤土的晶體結(jié)構(gòu)造成破壞，導(dǎo)致活性度和脫色率下降。反應(yīng)方程式如下：［1］(Bent)2Ca+H2SO42BentH+CaSO4 ①(Bent)2Mg+H2SO42BentH+MgSO4 ②2(Bent)3Fe+3H2SO46BentH+Fe2(SO4)3 ③2(Bent)3Al+3H2SO46BentH+Al2(SO4)3 ④膨潤土活化過程中，這四個反應(yīng)同時進行，要制備高活性度和高脫色率的活性白土必須控制反應(yīng)①進行完全，而其它反應(yīng)又不能反應(yīng)過度。 表22：膨潤土中各組分的溶出率表：組分Al2O3Fe2O3FeOMgOCaONa2OK2OTiO2H2O+溶出率11101舊廠酸活化工藝是采用廢酸循環(huán)法，但是屬于間歇反應(yīng)，其酸活化工藝流程簡圖如下所示：儲料槽2濃硫酸加熱蒸汽反應(yīng)釜一儲槽3循環(huán)廢酸圖23 舊廠酸活化工藝流程 舊廠酸活化使用五個反應(yīng)釜并聯(lián)進行。循環(huán)廢酸加入到膨潤土儲料槽2，由泵一次性將一定量的漿料打入反應(yīng)釜一，反應(yīng)物之一的濃硫酸從釜頂加入，加熱蒸汽不斷由反應(yīng)釜底通入，控制反應(yīng)溫度約105℃,反應(yīng)時間約4h，反應(yīng)結(jié)束后一次性將活性白土漿料卸入共用的儲槽3。而經(jīng)本項目改造后的工藝為采用五級反應(yīng)釜串聯(lián)的連續(xù)生產(chǎn)方式，能很好的解決舊工藝所存在的不足。由于連續(xù)進料出料，物料可在一級到五級反應(yīng)釜內(nèi)連續(xù)流動。清洗干凈后按正常路線進行。此間隙反應(yīng)物由一級反應(yīng)釜直接流入三級反應(yīng)釜。反應(yīng)過程一級反應(yīng)硫酸濃度控制在17％通過控制循環(huán)廢酸和濃硫酸的流量可達到要求。采用這樣的溫度控制方式是由于反應(yīng)開始時，由于酸的濃度較高，反應(yīng)推動力較大，溫度低于水的沸點，大大減少了水的汽化熱，而后幾級因為酸濃度降低，故增高溫度以增加反應(yīng)推動力。反應(yīng)用蒸汽加熱，加熱蒸汽從底部通入，使其在反應(yīng)釜中停留的時間盡可能長并且不完全冷凝，充分利用其熱能，減少蒸汽用量。所以采用直接蒸汽加熱。采用廢酸循環(huán)法的優(yōu)點：1）減少了新鮮硫酸的使用，亦減少了廢酸的排放。經(jīng)改造后的工藝，采用五級反應(yīng)釜串聯(lián)的連續(xù)生產(chǎn)方式，反應(yīng)級數(shù)越多，過程就越接近平推流。2）節(jié)省間歇反應(yīng)裝、卸料的時間，生產(chǎn)更為緊湊。4）前兩級反應(yīng)溫度相對低，水幾乎不汽化，相比之下約節(jié)約了20％過熱蒸汽。舊廠所采用的洗滌工藝流程框圖如下圖所示：板框壓濾機壓濾干燥濾餅儲槽廢酸循環(huán)槽反應(yīng)工段廢水洗滌槽工藝水工藝水圖25 舊廠洗滌工藝流程框圖生產(chǎn)過程中由泵將反應(yīng)后的漿料輸送至板框壓濾機進行壓濾（有三臺板框壓濾機并聯(lián)操作，相應(yīng)有三個濾餅儲槽，三個洗滌槽），濾液輸送至廢酸循環(huán)槽，濾餅經(jīng)收集進入在板框壓濾機正下方的濾餅儲槽中，并加入少量水，制成漿，便于進入洗滌槽。該工藝不足之處有：1）活性白土吸水性強，每次洗滌效果差，需多次洗滌；2）產(chǎn)生的廢水量大；3）人工虹吸會吸走部分活性白土，產(chǎn)品流失率高。本項目經(jīng)改進后的洗滌工藝流程如下圖所示：一次壓濾攪拌槽沉降器1反應(yīng)工段廢水二次壓濾絮凝劑工藝水廢酸循環(huán)槽原料工段離心清液循環(huán)水槽三次壓濾干燥工段壓縮空氣廢水?dāng)嚢璨鄢两灯?絮凝劑工藝水壓縮空氣壓縮空氣圖26洗滌工藝流程框圖生產(chǎn)中由泵將反應(yīng)后的漿料輸送至板框壓濾機進行壓濾（兩臺板框壓濾機交替工作），所得濾液進入廢酸循環(huán)槽，壓濾完后用部分工藝水洗滌濾餅，洗滌液進入廢酸循環(huán)槽。兩個并列的攪拌槽中的漿料以重力為動力交替流入沉降器，清液從沉降器上部溢出,并送往廢水處理工段，固體顆粒在沉降器內(nèi)沉降至底部，用泵將濃漿由沉降器底部抽出打入二級壓濾機,壓濾所得濾液送往廢水處理工段。壓濾結(jié)束后用鼓風(fēng)機鼓入一定量的壓縮空氣，以減少濾餅中的含水量，便于干燥。本工段主要設(shè)備及構(gòu)筑物有板框壓濾機、沉降器、攪拌槽。干燥熱空氣來自收集器氣固分離后的約190 ℃的氣體，廢氣由引風(fēng)機抽出。粉碎機中粉碎、干燥、篩選顆粒三步同時進行，合格的活性白土產(chǎn)品經(jīng)旋風(fēng)分離器分離出，并由收集器進行收集，最后進入包裝階段。2）包裝車間除塵裝置不完備，粉塵污染嚴重。本項目的干燥包裝工段工藝流程與原廠相同，只是在干燥、粉碎、除塵車間采用了自動化控制，從而增強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，防止了皮帶出現(xiàn)故障或物料堵塞粉碎機時，造成的粉碎機內(nèi)瞬間升溫，進入收集器的粉塵溫度升高，進入干燥器熱空氣溫度升高等問題。員工在屏布外套袋，裝袋、稱量、封袋在屏布內(nèi)進行，抽風(fēng)機從屏布內(nèi)抽風(fēng)除塵，工人便能在較潔凈的環(huán)境中工作。 本工段主要設(shè)備有氣化爐、回轉(zhuǎn)圓筒干燥器、風(fēng)選粉碎機、旋風(fēng)分離器、布袋除塵器和包裝機。在處理過程中，第一步自然沉