張飛戎，陳東成，葉常青，梁雅超，李一心

（廣東南方堿業(yè)股份有限公司，廣東 廣州 510760）

我司礦區(qū)鹵水為硫酸鈉型礦鹵，純堿生產(chǎn)預(yù)處理鹵水時(shí)采用冷凍提硝法提取副產(chǎn)品芒硝。近年來隨著公司填平補(bǔ)齊、挖潛改造的進(jìn)行，純堿產(chǎn)能由原30萬t／a提升至60萬t／a，芒硝產(chǎn)量也由原來的7.5萬t／a提升至目前的9.1萬t／a。隨著產(chǎn)能提升，礦區(qū)開采量逐年增大，礦鹵中的含硝量（Na2SO4）從建廠初期的為54 g／L逐漸升高至70～72g／L，采用冷凍提硝法工藝生產(chǎn)產(chǎn)生了一系列問題。我們通過不斷的工藝及設(shè)備技術(shù)改造，解決了生產(chǎn)瓶頸，降低了能耗，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，解決了環(huán)境問題。下面主要介紹冷凍沉降、濾過、熱熔蒸發(fā)、離心干燥回收等工序的工藝及設(shè)備改造。

1 冷凍沉降工序改造

1.1 冷凍原流程

礦鹵送至原鹵罐經(jīng)泵送到板式換熱器與低硝鹵進(jìn)行換熱，預(yù)冷至15℃后進(jìn)入一級(jí)兌鹵槽。一級(jí)兌鹵槽內(nèi)母液（約11℃）經(jīng)一級(jí)循環(huán)泵進(jìn)入波紋管預(yù)冷器與低硝鹵換熱，溫度降至10℃，其中大部分返回一級(jí)兌鹵槽參與循環(huán)兌鹵，維持兌鹵槽內(nèi)母液約11℃，另少量進(jìn)入二級(jí)兌鹵槽與二級(jí)循環(huán)鹵兌合，溫度降至6～7℃。二級(jí)兌鹵槽內(nèi)母液經(jīng)二級(jí)循環(huán)泵不斷抽至一級(jí)冷凍（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ組氨蒸發(fā)器）進(jìn)行降溫，其中大部分返回二級(jí)兌鹵槽參與循環(huán)兌鹵，而少量進(jìn)入三級(jí)兌鹵槽。三級(jí)兌鹵槽內(nèi)母液分別由2臺(tái)兌鹵泵送至Ⅳ、Ⅴ組氨蒸發(fā)器，其中Ⅳ組氨蒸發(fā)器冷凍后母液全部返回三級(jí)兌鹵槽。送到Ⅴ組氨蒸發(fā)器的母液約200m3／h送沉降器沉降分離。沉降器底部排出Na2SO4·10H2O硝漿，溢流清液為低硝鹵，經(jīng)低硝鹵泵送至波紋管預(yù)冷器及板式預(yù)冷器與原鹵進(jìn)行熱交換后，進(jìn)入低硝鹵桶。流程如圖1。

圖1 冷凍鹵水預(yù)冷流程示意圖

1.2 改造思路

查相關(guān)資料介紹的不同溫度下的NaCl－Na2SO4－H2O共飽和溶解度如圖2。

圖2 不同溫度下的NaCl－Na2SO4－H2O共飽和溶解度

由上可知溫度對(duì)鹽、硝溶液中NaCl溶解度影響不大，而對(duì)Na2SO4卻影響明顯，原鹵經(jīng)一級(jí)預(yù)冷器預(yù)冷至15℃左右時(shí)，溶液中Na2SO4已基本達(dá)到飽和，再進(jìn)一步降溫就會(huì)使Na2SO4達(dá)過飽和而結(jié)晶，在波紋管換熱器中結(jié)晶析出造成堵管，需要用熱水頻繁沖涮后才能使用，嚴(yán)重影響冷凍系統(tǒng)溫度的穩(wěn)定性，也導(dǎo)致淡水容易進(jìn)入鹵水系統(tǒng)從而影響鹵水NaCl濃度，也加大了勞動(dòng)強(qiáng)度。同時(shí)鹵水在冷凍過程中循環(huán)量不足，溫差過大（雖然實(shí)行分組預(yù)冷和分級(jí)冷凍），造成鹵水中Na2SO4·10H2O結(jié)晶爆發(fā)式成核，使得溶液中夾帶著大量Na2SO4·10H2O細(xì)小晶體在沉降器中無法沉降而形成浮硝，對(duì)制備合格的粗鹽水存在很大影響，同時(shí)也對(duì)芒硝的回收率有較大影響。

1.3 改造后流程

經(jīng)一級(jí)冷凍（即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ組氨蒸發(fā)器）后的冷凍鹵水（約1～3℃）直接送到1＃、2＃沉降器中心管進(jìn)入沉降器，鹵水從沉降器上部溢流回現(xiàn)有一級(jí)冷凍循環(huán)回水總管到二級(jí)兌鹵桶（約5～7℃，再由循環(huán)泵送到一級(jí)冷凍）。其中約200m3／h到三級(jí)兌鹵槽（二級(jí)冷凍）、約200m3／h到一級(jí)兌鹵桶（管式預(yù)冷器）。原鹵經(jīng)板式換熱器（約15℃）與低硝鹵換熱后分別進(jìn)入1＃、2＃沉降器與一級(jí)冷凍出來的冷凍鹵混合后進(jìn)入沉降器中心管，改造后流程如圖3。

1.4 改造效果

通過工藝流程改造，Na2SO4·10H2O顆粒度明顯提高，低硝鹵含硝從原來14g／L降至11g／L左右，芒硝回收率由原來的76.85%升至80%以上，冷凍預(yù)冷器堵管頻率從每班4～5次降至1～2次，涮管勞動(dòng)強(qiáng)度明顯下降，同時(shí)可多回收低硝鹵冷量約2 500MJ／班，大幅穩(wěn)定系統(tǒng)溫度，粗鹽水含硝量由原來24～26g／L降到改造后的20～22g／L，對(duì)提高純堿工序作業(yè)周期有積極意義。

圖3 冷凍鹵水預(yù)冷改造后流程示意圖

2 濾過工序設(shè)備改造

2.1 濾過原流程

冷凍鹵水經(jīng)沉降器重力沉降分離后，固體Na2SO4·10H2O按一定固液比排至硝漿攪拌槽攪拌均勻后，經(jīng)泵送至真空過濾機(jī)脫水，濾餅進(jìn)硝漿槽與生蒸汽直接熱熔后經(jīng)泵送至蒸發(fā)罐。

真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)

型號(hào) G－5型

過濾面積 5m2

轉(zhuǎn)鼓直徑 1 750mm

轉(zhuǎn)速 0.4～0.8r／min

數(shù)量 3臺(tái)

表1 采用轉(zhuǎn)鼓真空過濾機(jī)時(shí)濾料組分情況

表2 采用轉(zhuǎn)鼓真空過濾機(jī)時(shí)成品芒硝分析情況

由上可見采用真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)十水芒硝濾餅中母液（主要是NaCl和H2O）含量非常高，造成大量母液（NaCl和H2O）進(jìn)入蒸發(fā)罐，一方面造成產(chǎn)品芒硝中的Cl偏高影響質(zhì)量，另一方面系統(tǒng)總水分的增加也導(dǎo)致蒸發(fā)系統(tǒng)蒸汽消耗增加，產(chǎn)品芒硝的蒸汽消耗超過0.96t汽／t硝。

2.2 設(shè)備及流程改造

技術(shù)改造采用近年來在純堿生產(chǎn)中使用較多的橡膠帶式真空過濾機(jī)替代轉(zhuǎn)鼓真空過濾機(jī)進(jìn)行濾過脫水，規(guī)格型號(hào)為DU－25m2／2500，共1臺(tái)，參數(shù)及主要性能如下：

芒硝料液 45～48t／h

溫度 0℃

濾料 Na2SO4＞36.5%，總 H2O＜60%，NaCl＜1.0%

濾帶速度 0～12m／min

濾布 PP材質(zhì)

真空度 150mm Hg

同時(shí)配套相應(yīng)機(jī)泵等技術(shù)，改造后流程如圖4。

2.3 改造效果

帶式過濾機(jī)濾料（如下表）含母液比例明顯下降，相比舊系統(tǒng)濾餅的水分約下降3%～4%，進(jìn)入蒸發(fā)系統(tǒng)水分大幅下降，提硝蒸發(fā)用氣量明顯下降，芒硝汽耗由原來的的0.95t／t下降至約0.85t／t。濾餅鹽分大幅度下降，由原來的4%～5%降至1.0%以下，成品芒硝鹽分大幅下降到0.5%左右，同時(shí)可根據(jù)不同客戶要求生產(chǎn)Cl≤0.3%的低鹽芒硝以滿足市場(chǎng)需求。帶式過濾機(jī)具有自動(dòng)化程度高，操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行平穩(wěn)、連續(xù)生產(chǎn)時(shí)間長(zhǎng)，并且容易檢修和維護(hù)，同時(shí)運(yùn)行成本也不高等特點(diǎn)。

圖4 過濾機(jī)改型工藝流程圖

表3 濾餅成分

3 熱熔蒸發(fā)工序改造

3.1 原流程

原濾過后的十水芒硝是采用了低壓蒸汽進(jìn)入熱熔槽，與十水芒硝直接熱熔，正常生產(chǎn)時(shí)耗用蒸汽約2.5～3t／h。同時(shí)蒸汽所帶水分也直接的進(jìn)入蒸發(fā)系統(tǒng)。根據(jù)計(jì)算要把這部分水分蒸發(fā)掉大約要耗用蒸汽0.7～1t／h，熱熔系統(tǒng)改造前芒硝產(chǎn)品單位蒸汽消耗為0.95t／t硝。

3.2 設(shè)備及流程改造

利用離心工序離心機(jī)旋流器頂流約85℃的硝液（由硝Ⅲ效排出，原直接回到Ⅲ效蒸發(fā)罐）進(jìn)入熱熔槽，以代替原來的低壓蒸汽直接對(duì)過濾后的十水硝進(jìn)行熱熔，熱熔液經(jīng)熱熔槽攪拌均勻后再由熱熔泵泵至蒸發(fā)罐蒸發(fā)。

新熱熔槽設(shè)備參數(shù)如下，采用萊寧攪拌：

規(guī)格 φ4 000×3 500V＝43m3

溫度 25～70℃ 正常運(yùn)行溫度32℃

比重 1.36

生產(chǎn)能力 40t／h

操作液位 50%～70%

固液比 5%～10%（V／V）

3.3 改造效果

由于減少了蒸汽直接進(jìn)入系統(tǒng)增加的水分，芒硝汽耗由原來的的0.95t／t下降至約0.85t／t后進(jìn)一步的降低至0.75t／t，對(duì)于芒硝單位能耗的降低十分的明顯。同時(shí)由于離心機(jī)頂流帶回的硝液含部分晶種，在熱熔槽攪拌均勻后送至蒸發(fā)罐，對(duì)蒸發(fā)效果改善顯著，硝顆粒明顯增大（生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)所得），對(duì)于后續(xù)離心分離和干燥工序有較大幫助。

4 離心干燥工序改造

4.1 離心機(jī)改造

從蒸發(fā)罐出來的無水芒硝經(jīng)泵送至推料式離心機(jī)脫水干燥，通過設(shè)備技術(shù)升級(jí)，更新前后兩者主要參數(shù)對(duì)比如表4：

表4 推料離心機(jī)比較

原WH－800A離心機(jī)的處理量為3～4t／h，技改更新后P－500離心機(jī)的處理量為12～18t／h，由于P－500離心機(jī)產(chǎn)能大、分離因素高，綜合能耗低，并且能大幅降低干燥能耗，提高干燥床的能力，我司用兩臺(tái)P－500離心機(jī)取代了原來的四臺(tái)WH－800A，并開一備一即可滿足生產(chǎn)負(fù)荷。

4.2 干燥回收

物料經(jīng)離心干燥流化床后，沸騰床出料進(jìn)入敞開式振動(dòng)篩，成品硝（篩下物）通過溜槽下放至成品硝皮帶輸送機(jī)，轉(zhuǎn)運(yùn)至成品硝包裝料倉(cāng)；塊硝（篩余物）經(jīng)人工簡(jiǎn)單包裝后，作為塊硝降價(jià)處理。

在成品硝的整個(gè)篩分、轉(zhuǎn)運(yùn)過程（包括干燥流化床尾氣旋風(fēng)分離器回收的硝塵下放至成品硝皮帶輸送機(jī)）完全是敞開式的，容易造成硝塵飛揚(yáng)以及成品硝灑落，在造成成品非正常損失的同時(shí)，還影響周邊環(huán)境。

通過設(shè)備及流程改造，采用TC220環(huán)形管鏈輸送機(jī)、TZD41－6C振動(dòng)篩、WB－39雙錕破碎機(jī)等設(shè)備。干燥流化床出料進(jìn)入提升機(jī)，提升高度后進(jìn)入成品振動(dòng)篩。合格的成品硝經(jīng)料斗收集后通過溜子，進(jìn)入密封成品硝輸送機(jī)，輸送至成品硝包裝；塊硝經(jīng)溜子進(jìn)入破碎機(jī)破碎后經(jīng)溜子返回提升機(jī)，再次過篩。成品硝的篩分、輸送實(shí)現(xiàn)全密封，消除硝塵飛揚(yáng)以及成品硝灑落問題；通過增設(shè)塊硝破碎設(shè)備，把塊硝破碎后回收作為成品進(jìn)行銷售，芒硝回收率最終提高到了84%以上，增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié) 語

通過一系列的工藝及設(shè)備技術(shù)改造，我司在冷凍提硝法上不斷探索突破，解決了生產(chǎn)瓶頸，降低了能耗，提高了芒硝品質(zhì)，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，為公司的生產(chǎn)打下了良好的基礎(chǔ)。