张永伟 陈永锋 简润桐 何永坚 赵自荣

(广东萨米特陶瓷有限公司 广东 肇庆 526124)

随着近年来原材料价格上涨,能源、资源和环境的瓶颈约朿日益突出,节能减排成为建筑陶瓷行业一项长期而艰巨的任务。优质的原矿泥越来越少,原材料价格、运费,不断上涨,导致企业原材料成本激增。能源成本特别是电费成本成了建筑陶瓷企业的最大负担之一,其中原料球磨制浆用电最多,占企业用电的31.12%[1]。传统的湿式制浆方法,采用球磨机直接将陶瓷原料加入一定量的水研磨成含水率32%～38%的泥浆。这种传统的湿式制粉方法球磨时间长,球磨效率低,浆料质量稳定性较差。近几年,行业内推行干法制粉应用技术,干法制粉除了对原料水分的要求高以外,最大的问题仍是均化和稳定性,缺点是配料的品种不能太多。基于以上问题,如何在提高球磨机的利用效率,缩短球磨时间,增加原料的稳定性,实现标准化连续处理显得非常重要且关键。因此,研究一种球磨高效率、低能耗,粉料成分稳定、白度高、成本低的节能高效制浆优化技术,将传统原材料生产工艺由单一的间隙式球磨,改进为经过化浆加立磨的粗加工,再间隙式球磨的新的生产工艺尤为重要。

1 新工艺技术研究

陶瓷原料节能高效制浆工艺技术,采用立磨、化浆与间歇式球磨相结合的新粉磨工艺。球磨的原料进入球磨机从粗犷的直接混合进料,改成砂石类原材料先立磨处理,配合原矿泥化浆再入球磨机。项目实施前后工艺流程如图1、图2所示。

图1 原有单纯球磨机处理陶瓷原料的粉磨工艺

图2 改进后陶瓷原料节能高效制浆工艺技术

新工艺与传统工艺相比较,新工艺把砂石料和原矿泥分开入球,砂石料要经过立磨机研磨预破碎,成粉片状,细度微小,部分细小颗粒以片条状存在,研磨过程挤压内部也产生了裂纹,这样的物料进入球磨更容易研磨。而传统工艺是把原材料用铲车在喂料机料斗配好后才入球磨机,物料颗粒大,细度不一,甚至还有大部分大块沙石料进入球磨机,经过长时间研磨才能达到生产浆料细度的要求。从生产工艺对比分析,该工艺技术完全避开了物料在球磨初磨阶段(重负荷阶段)直接进入研磨阶段,球磨时间由原来的15～16 h缩减至7～8 h,另外采取错峰用电降低成本,经济效益明显。原来球磨机的给矿粒度<15 mm,而全新立磨系统的给矿粒度<60 mm,增强了原材料的适应性;立磨工作中,磨辊与磨盘不直接接触,比原来球磨噪音降低约20～25 d B[2]。

其次新工艺与旧工艺比较,由于原矿泥水分含量在28%左右,含砂量为30%以上,不能直接破碎,因其里面有泥和砂,陶瓷料只需用泥料里的泥,所以当加入泥料时,泥粉料里面的砂会影响球磨时间,从而与之前的粗破碎有原理的冲突。使用化浆技术把原矿泥制备成稳定的泥浆,化浆系统的运行中,需要处理的原料,经过搅拌、分离、过滤等程序后,将原浆料和里面的木渣、沙石分离,得到纯度很高的原料浆,如图3所示。

图3 新型陶瓷原料预破碎立磨加工工艺

2 结果与讨论

2.1 立磨产量与砂石原料水分的影响

本项目采用的立磨破碎设备,不用加热风炉,不用入磨350℃的热风,也能把物料筛选出来。如图4所示,立磨的产量因砂石原料的水分增加而减少,在原材料水分大于8%时,产量急速下降。立磨的产能与原料的水分关系密切,当在相同的设备条件下,降低原料水分,可提高立磨产量,降低单位产品电消耗。特别是在南方多雨潮湿的月份,连续的多雨影响原料的品质。建设大型的原料棚堆放场有利于设备的高效运行。

图4 立磨产量与砂石原料水分的影响(筛网用10目筛)

2.2 立磨产量与筛网目数的影响

本工艺技术研制采用的砂石专用立磨破碎设备,在立磨破碎过程中,成品不能被高速气流吹起,变成直排出料方式,成品和排渣一起排出;采用调节挡料环的高度控制出料量和细度。物料通过磨盘碾磨,部分粗粉与合格粉由落料环处掉入磨盘下部的排渣室内,借助固定在磨盘座上的刮板将其刮至排渣口排出磨外成为外循环料,再经过筛分后,不合格粗粉重新入磨循环粉磨,满足细度要求的合格细粉进入球磨机进行二次碾磨。

如图5所示,随筛网目数增加,立磨产量不断下降,在10目以上,产量急速下降。原材料水分在8%,筛网使用10目筛,立磨产能约60 t/h。当在相同的原料水分下,根据生产陶瓷砖产品结构的调整,可以适当减小筛网目数来过筛,可有效提高立磨产量,降低单位电耗。

图5 立磨产量与筛网目数的影响(砂石原料水分8%)

2.3 球磨时间与立磨粉料细度的影响

如图6所示,球磨时间因立磨后过筛目数增加而减少,10目以下下降明显,10～20目球磨时间减少量变少,且过筛率不高,造成立磨产量降低,能耗增加。

图6 球磨时间与立磨粉料细度的影响

2.4 原矿泥化浆后氧化铝含量与筛网目数的影响

如表2以及图7所示,原矿泥过100目筛下氧化铝含量接近理论值32%,其它成分接近球土。原矿泥化浆处理后,氧化铝含量随着筛网过筛目数的增加而增加。白度随着筛网目数的增加而减少,主要原因为:随着泥纯度增加,氧化铁含量增加。TiO2、K2O、Na2O微量成分基本没有变。根据生产实践证明,可以有效地控制底面料水洗泥的工艺指标,制定原矿泥过60目筛为基础,化浆泥可与高岭土任意比例搭配,原矿泥直接化浆压缩了生产球土利润中间环节,同时不用压滤,有效降低生产成本。本工艺减少原矿泥含砂的不稳定性,减少坯体分层和开裂现象,大幅提高坯体强度;由于减少了原矿泥中的有机物,有利于产品的氧化,减少了砖坯黑心及针孔的产生,保证了生产稳定性、有效提升了产品质量。

图7 原矿泥化浆处理过筛筛下目数与化浆泥氧化铝成分的影响

表2 原矿泥化浆过20目、30目、40目、60目、100目实验结果

3 节能测试分析

为评价工艺实际的节能效果,广东萨米特陶瓷有限公司委托佛山市特种设备能效测试研究院对项目进行节能测试,来确定以下3种工艺条件下的能耗水平。

(1)原生产工艺,即只经球磨工序研磨制浆方式为“制浆工艺1”(简称“工艺1”);

(2)经“化浆+球磨”制浆方式,称为“制浆工艺2”(简称“工艺2”);

(3)新生产工艺,即“立磨+化浆+球磨”制浆方式,称为“制浆工艺3”(简称“工艺3”)。

3.1 测试结果

(1)化浆工序。化浆系统的单位干料电耗为4.93 k W·h/t;

(2)立磨工序。立磨系统的单位干料电耗为8.08 k W·h/t;

(3)球磨工序。本次测试安排3台球磨机代表不同的工艺条件:9#球磨按照“工艺1”条件生产,10#球磨按照“工艺2”条件生产,33#球磨按照“工艺3”条件生产。各球磨测试结果为:9#球磨单位干料电耗为37.70 k W·h/t;10#球磨单位干料电耗为38.08 k W·h/t;33#球磨单位干料电耗为20.53 k W·h/t。

表3 工艺1条件生产(9#球磨机)

续表3

表4 工艺2条件生产(10#球磨机)

表5 工艺2条件生产(33#球磨机)

续表5

3.2 能耗指标

(1)“工艺1”单位干料电耗。“工艺1”是所有原材料经球磨工序研磨制浆方式,其单位产品能耗(记为A1)即为9#球磨单位干料电耗:37.70 k W·h/t。

(2)“工艺2”单位干料电耗。“工艺2”是“化浆+球磨”制浆方式,其单位干料电耗(记为A2)根据下表,可得“工艺2”单位产品能耗A2=38.08 k W·h/t。

(3)“工艺3”单位干料电耗。“工艺3”是“化浆+立磨+球磨”制浆方式,其单位干料电耗(记为A3)根据下表,可得“工艺3”单位产品能耗A3=20.53 k W·h/t。

3.3 节能率计算

(1)“工艺2”节能率。从各工艺的单位干料电耗计算结果可知,“工艺2”单位产品能耗为38.08 k W·h/t,略高于“工艺1”37.70 k W·h/t单位产品能耗,没有节能效果。

(2)“工艺3”节能率。节能率=(A3-A1)÷A1×100%=(20.53-37.70)÷37.70×100%=-45.54%

由此可见,化浆立磨制浆工艺相比传统制浆工艺,节能率达45.54%。

4 结论

(1)本工艺技术是在现有球磨制浆工艺基础上进行改造,由球磨与立磨、化浆相结合得到的高效制浆工艺技术,确定砂石料水分控制在8%以下,立磨产量达60 t/h,立磨粉料细度控制在10目筛。

(2)原矿泥化浆处理后,其氧化铝含量随着筛网过筛目数的增加而增加,制定原矿泥化浆处理过60目筛为基础,与高岭土任意比例搭配,有效节约生产成本,保证生产稳定性、有效地提升产品质量。

(3)经过节能测试结果:化浆系统的单位干料电耗为4.93 k W·h/t,立磨系统的单位干料电耗为8.08 k W·h/t;采用传统球磨制浆工艺,即所有原材料经球磨工序研磨制浆方式,单位干料电耗为37.70 k W·h/t;采用立磨化浆节能高效工艺新技术,单位干料电耗为20.53 k W·h/t,节能率达45.54%。

(4)本工艺可以高效提高资源利用效率,降低单位产品的能耗量,实现本行业技术升级和产业结构调整,提高本行业在市场上的竞争力,促进国民经济持续稳定发展,而且具有良好的社会和环保效益。

表6 “工艺2”单位干料电耗计算表

表7 “工艺3”单位干料电耗计算表