霍志全

（湖北大峪口化工有限責(zé)任公司，湖北 荊門 431910）

磷石膏是以磷礦石為原料采用濕法制取磷酸過程中產(chǎn)生的、以硫酸鈣為主要成分的化工副產(chǎn)物［1］。濕法磷酸生產(chǎn)企業(yè)將w（固）為20%～25%的磷石膏通過渣漿泵輸送至磷石膏渣庫，磷石膏渣堆存在庫內(nèi)，渣水自然沉積后通過庫區(qū)排水系統(tǒng)排入回水池，再送至磷酸裝置回用。

1 磷石膏渣庫回水系統(tǒng)存在問題

磷石膏的主要化學(xué)組分為SO3、CaO、H2O，占比達到90%以上，還含有P2O5、F、K2O、Na2O、Cl等雜質(zhì)。當回水溫度降至16 ℃以下，回水中F、K2O、Na2O含量達到一定量時回水輸送系統(tǒng)會形成結(jié)垢，從而堵塞輸送管道及輸送泵，導(dǎo)致回水輸送不暢，不但影響磷酸裝置用水，而且對庫區(qū)安全造成影響。

2 磷石膏庫回水結(jié)垢條件

通過生產(chǎn)實踐，當回水中F、K、Na、SiO2等雜質(zhì)富集到一定量，回水溫度在16 ℃以下時回水開始結(jié)垢，當回水中ρ（F）達到1 000 mg/L以上時，結(jié)垢速率大大增加。結(jié)垢體堵塞回水管道、輸送泵葉輪及泵殼，已成為制約磷酸生產(chǎn)的瓶頸。對某磷石膏渣庫回水水質(zhì)分析見表1。析，數(shù)據(jù)見表2。

表1 某渣庫回水水質(zhì)分析 mg/L

表2 某渣庫回水結(jié)垢體分析%

以上分析數(shù)據(jù)說明，水中有K、Na的存在且水溫在16 ℃以下時形成Na2SiF6、K2SiF6結(jié)垢體。

3 處理結(jié)垢試驗

3.1 人工清理

3.1.1 回水泵清理

當水溫降至16 ℃以下時，隨著結(jié)垢體附著在回水泵葉輪、泵殼，泵輸送能力大幅度降低，額定流量700 m3/h 的回水泵，使用24 h 后流量降至300 m3/h 以下，如不及時拆開清理，流量會繼續(xù)降低，直到為零。這樣需要每天對泵葉輪、泵殼進行解體，人工清除結(jié)垢。此方法雖然可有效清理泵結(jié)垢，但工作量大且影響泵的運行周期。

3.1.2 回水管清理

磷石膏渣庫一般離磷酸裝置較遠（一般在5 km左右），所以回水管長度為5 km左右，根據(jù)經(jīng)驗回水管結(jié)垢集中在回水泵出口至1 000 m 左右長度，且越靠近泵出口結(jié)垢越嚴重?；厮苓\行周期約為2個月（每年結(jié)垢期為5個月），這樣一年要對回水管清理1 ～2次，因管道長拆除難度大，且回水管一般無備用管，只能進行分段拆除更換，人工清理后再進行一次更換作業(yè)。此方法雖可清理干凈結(jié)垢體，但嚴重影響磷酸生產(chǎn)。

3.2 使用預(yù)結(jié)垢方法處理

經(jīng)對回水進行分析，水中K、Na含量較回水池中水的K、Na 大幅度降低，特別是ρ（K）只有30 mg/L（回水池中ρ（K）550 mg/L），說明結(jié)垢物質(zhì)在回水管道和回水泵中已完全富集。鑒于此，采用預(yù)結(jié)垢的方法，在回水進入回水泵前，讓結(jié)垢物質(zhì)富集，從而緩解回水泵與回水管的結(jié)垢。通過試驗，采用預(yù)結(jié)垢的方法處理，并對預(yù)結(jié)垢處理前后回水泵、回水管道結(jié)垢情況進行對比，發(fā)現(xiàn)回水泵體結(jié)垢有所緩解，但由于預(yù)結(jié)垢的速率有限，仍未解決結(jié)垢影響泵回水量的瓶頸。

3.3 提高回水溫度

從回水結(jié)垢條件看，當回水溫度下降至16 ℃及以下，水中K、Na、SiO2、F濃度達到一定值時，回水結(jié)垢體就會附著在回水泵及管壁上。如果將回水溫度提高到16 ℃以上理論上能解決回水結(jié)垢問題。

3.3.1 采用電伴熱提溫方法

在回水管、回水泵上安裝電伴熱帶并保溫，電伴熱帶選擇最高溫度65 ℃，回水管上共安裝300 m，300 m的管道上安裝3個取樣閥。試驗前，將回水泵回水流量控制在500 m3/h，測回水溫度為9 ℃，對電伴熱帶通電，當電伴熱帶溫度升至65 ℃后開始計時，通電3 h后3個取樣閥處水溫分別為9.2、9.3、9.2 ℃，通電6 h后水溫分別為9.3、9.3、9.2 ℃，通電10 h 后水溫分別為9.5、9.5、9.4 ℃。拆開回水泵，檢查泵體結(jié)垢情況，與未使用電伴熱帶時對比，發(fā)現(xiàn)結(jié)垢厚度無明顯變化，分析原因，回水流量為500 m3/h，電伴熱溫升不足以將水溫提高至16 ℃，所以此方法不能解決結(jié)垢問題。

3.3.2 將回水從地下隧道引至回水泵進口達到升溫的目的

磷石膏渣庫一般建有排水井、排水隧道，且排水隧道從渣庫底部修建至回水池，一般渣庫隧道長在1 000 m左右?；厮?jīng)排水隧道流量在550 m3/h的情況下，一般比環(huán)境溫度高5 ～6 ℃，所以當環(huán)境溫度為10 ℃，隧道內(nèi)出來的回水將達到16 ℃，這樣就可以避開回水結(jié)垢的條件之一——溫度因素。試驗分3 個階段進行：第一階段，選擇環(huán)境溫度為10 ℃時，控制排水隧道入口水量為550 m3/h，測排水隧道出來的水溫為16 ℃，開回水泵運行24 h，每小時對回水流量和回水溫度進行記錄，發(fā)現(xiàn)當回水水溫16 ℃時，回水流量保持在550 m3/h左右，進入晚上環(huán)境溫度較低時間段（最低6 ℃）時，回水溫度在10 ℃，回水流量逐步下降。此種條件下泵運行72 h，回水流量從550 m3/h 降至310 m3/h。第二階段，選擇環(huán)境溫度為5 ℃時，控制排水隧道入口水量為550 m3/h，測排水隧道出來的水溫為11 ℃，開回水泵運行24 h，每小時對回水流量和回水溫度進記錄，發(fā)現(xiàn)回水流量逐步下降，此種條件下泵運行24 h，回水流量從550 m3/h降至320 m3/h，此條件下結(jié)垢較快。第三階段，選擇環(huán)境溫度為0 ℃時，控制排水隧道入口水量為550 m3/h，測排水隧道出來的水溫為6 ℃，開回水泵運行24 h，每小時對回水流量和回水溫度進行記錄，發(fā)現(xiàn)回水流量逐步下降，此種條件下泵運行24 h，回水流量從550 m3/h降至280 m3/h，此條件下結(jié)垢更快。

通過以上排水隧道引水至回水泵進口，利用隧道溫度恒溫原理來升高回水溫度的方法處理回水結(jié)垢問題的試驗來看，當環(huán)境溫度高于10 ℃時，無結(jié)垢附著在泵體上，當環(huán)境溫度低于10 ℃時，泵體開始結(jié)垢，且溫度越低結(jié)垢越快。總體來看，通過此方法能解決部分結(jié)垢問題，且無運行投入，是較好緩解結(jié)垢對生產(chǎn)的影響的方法。

3.4 在回水系統(tǒng)中加入阻垢劑

將回水流量控制在550 m3/h，在回水泵進口以每小時30 kg的阻垢劑量加入回水系統(tǒng)中，回水溫度為5 ℃，每小時記錄回水流量，試驗24 h，回水流量從550 m3/h 降至280 m3/h。將阻垢劑量從30 kg/h提高到50 kg/h，回水溫度為5 ℃，試驗24 h，回水流量從550 m3/h降至280 m3/h。將阻垢劑量從50 kg/h提高到100 kg/h，回水溫度為5 ℃，試驗24 h，回水流量從550 m3/h降至280 m3/h。通過試驗，添加阻垢劑對回水結(jié)垢處理無效果。

3.5 利用渣漿沖洗結(jié)垢的回水管

濕法磷酸生產(chǎn)裝置渣漿溫度一般在40 ℃以上，w（固）在20%～25%。當回水管線結(jié)垢達到一定厚度后，將回水管與渣漿管進行互換。試驗前，拆除一根回水管，檢查回水管結(jié)垢厚度并做好影像記錄，將磷酸裝置渣漿泵的出口的渣漿管與磷石膏渣庫回水泵出口的回水管對換，實現(xiàn)磷石膏渣庫的回水用原渣漿管進入磷酸裝置，磷酸裝置的渣漿通過結(jié)垢的回水管進入庫區(qū)，從而達到利用具有一定溫度和固含量的渣漿沖洗回水管結(jié)垢。所有管道改造完后，啟動渣漿泵，磷酸裝置正常生產(chǎn)，進行試驗。試驗30 d 后，拆除回水管檢查結(jié)垢情況，與互換前結(jié)垢進行對比。對比后發(fā)現(xiàn)通過清洗回水管的結(jié)垢厚度由120 mm 降低至60 mm，表明此方法對結(jié)垢處理有一定的效果。

4 結(jié)論

磷石膏渣庫回水系統(tǒng)結(jié)垢的原因與回水溫度、回水雜質(zhì)含量、礦石中雜質(zhì)的性質(zhì)、磷酸裝置生產(chǎn)工藝及所在地理位置等因素有關(guān)，每套磷酸生產(chǎn)裝置回水系統(tǒng)所產(chǎn)生的結(jié)垢體形式和條件不同。同時，磷石膏回水系統(tǒng)結(jié)垢問題也是困擾湖北等地磷復(fù)肥生產(chǎn)企業(yè)的一個難題。通過人工清理、排水隧道引水至回水泵進口，利用隧道溫度恒溫原理來升高回水溫度的方法處理回水結(jié)垢及渣漿沖洗結(jié)垢的回水管等方法能對回水結(jié)垢進行事后處理，從而維持磷酸裝置生產(chǎn)用水的平衡。