應用價值工程提高明礬收得率

陳　萍

摘 要:溫州礬礦是我國鉀明礬生產的重要基地,素有“中國礬都”之稱。主產品鉀明礬廣泛應用于食品添加、化工、醫藥和國防等行業。然而,溫州礬礦又是百年老礦,現仍沿用傳統的“水浸法”工藝生產明礬。該工藝存在著明礬收得率低、能量損耗大、生產周期長和“三廢”污染嚴重等問題。特別在當前原料漲價、生產工序成本不斷增加下,礬礦多次要求下屬生產單位必須提高明礬收得率,以增質、增收、增益,但由于種種原因見效甚微。為了改變這種狀況,文章論述了試用價值工程(簡稱VE)探索解決明礬收得率低的問題。

關鍵詞:價值工程 明礬收得率 功能分析 實施效果

中圖分類號:F234 文獻標識碼:A

文章編號:1004-4914(2009)08-293-02

一、VE的對象選擇

現行的水浸法煉礬工藝主要由煙煤煅燒、自然風化、加溫溶解和結晶分離四單元組成。影響收得率的因素見圖1。

如果我們將礦石進廠直至成品出廠的整個煉礬過程的各上工序視為下工序的“工廠”,下工序視為上工序的“用戶”,那么,對任何一個工藝單元,只要“工廠”的“產品”不能很好地滿足“用戶”的需要,就應該對“產品”進行分析和改造。從圖1可以發現,煉礬工藝流程的許多環節(工序)存在著不能滿足“用戶”需要的情況。為突出重點,抓住主要因素,我們試用ABC法來選擇VE的工作對象。根據以前技術部門對煉礬生產過程中測得各單元明礬損失數據,可以清楚知道,在明礬生產各過程中,損失量最大的是結晶工序和煅燒工序,因此,選擇該兩項工序作為VE的對象。

二、功能分析

1.煅燒工序的功能分析。煅燒工序的功能是使礦石復合物的結構進行脫水分解,破壞礦化結構,軟化礦石,形成熟石,使下工序容易得到KAI(SO4)4(明礬的主要成分)。但在煅燒高溫過程中,明礬礦石的硫酸鋁有效成分分解出SO3,與爐中的煤(C元素或CO氣體)反應產生SO2氣體和活性較差的氧化鋁,這影響到后工序浸出液中鋁鉀含量的不平衡,硫酸鉀過剩,硫酸鋁不足。由此對于煅燒工序來說,存在著沒有滿足“用戶”(下工序)的不足功能,又存在用戶不需的過剩功能(K2SO4過剩),這直接影響著明礬收得率。在定義上述功能情況的基礎上進行功能整理,功能整理,如圖2所示。

從圖中我們可以對功能情況作一粗略分析:(F2)和(F3)是實現(F1)的手段,而正是功能(F1)和(F2)產生SO3和活性差的氧化鋁,造成下道工序的不足功能和過剩功能。詳細計算(F1)和(F2)的功能價值,將帶來一系列的難點,我們更感興趣的是在其上位功能(F1)中考慮,以使我們有更廣闊的視野,實現(F1)的功能。根據礬礦多年的經驗積累,應該擺脫現有煅燒工藝的束縛,進行技術革新,以新的手段來實現分離礦石的功能。

2.結晶工序的功能分析。結晶工序是煉礬工藝流程形成產品的最未工序,其功能是使加溫后的浸出液在結晶池進行固液分離,析出產品明礬。我們可以用因果分析圖找出結晶工藝中明礬損失的主要原因,進一步明確結晶工藝中價值工程的對象可知,結晶工序影響明礬收得率低的關鍵是結晶工藝和設備問題。帶漿浸出液的自然沉降結晶,對明礬收得率有直接嚴重影響。溶出溫度過高容易產生明礬水解造成鹽基性明礬沉淀;反之,容易產生池底明礬與漿混合。又由于浸出液與室溫熱交換速度緩慢,直接影響明礬結晶速度,一般情況下結晶周期需16~18天,占用了過多的生產場地。另外,在夏季高溫氣候下,沉降在池底的顆粒較細的帶漿——二級明礬只能用飽和液清洗,造成礬水含礬流失;同時,最底部的微細顆粒明礬還要進行二次溶解損失加工,排列出功能系統圖(圖3)。

根據功能系統圖,我們運用0—4強制確定法確定功能重要系數;結合現參考的資料計算各功能的目前成本;按礦部提高收得率的要求確定各功能目標成本(功能評價值)。

具體的數據和最終得到的功能價值系數表明(表略),可以將功能F1-1和F1-3作為工作對象,我們重點選擇F1-1。F1-1功能價值系數為0.64,明顯地反映出功能成本過高,同時F1-1功能是否真正滿足上位功能的要求,也是需要我們認真考慮的問題。

三、改進方案的擬定、優化

擬定改進方案并進行優化,這是一個復雜的技術和經濟問題,因為每一個方案的提出要受到工藝條件、設備、安全環保以及資金來源、投資回收期限等多種因素的制約。根據筆者在工廠的工作實踐,綜合QC小組活動的有關資料,提出提高明礬收得率的方案。

方案(1)改變“水浸法”工藝,采用“浸酸法”。此法理論可行,但設備材質的腐蝕問題不易解決,制造費用較高,不經濟,只好暫時擱置。

方案(2)采用浸出液中補加硫酸鋁的方法,硫酸鋁采用自制。根據礬礦1997年硫酸鋁試報告及QC小組試驗,在每池浸出液中加入含AL2037%的液體硫酸鋁2噸,可增產明礬約813KG,相當節約礬砂1.6噸,礦石收得率提高到63.47%,明礬收得率可提高10%,年可增產明礬1000噸,相當于節約標礦2.4萬噸,且利用礦漿近3000噸,(礦漿用于自制硫酸鋁,補加浸出液),減少了礦石消耗,延長礦山服務年限,利用了礬漿3000噸,減少三廢污染,在提高明礬收得率方面具有重要的意義。此項方法經有關科技單位確認,理論可靠,工藝可行,是個選擇方案,但由于投資資金來源緊張,工藝成本高,目前采用此方案尚欠現實。

方案(3)針對結晶工序礬漿流失嚴重的問題,改造結晶工序。利用細結晶工藝車間的現有六臺壓液機(該車間因故停產,機器設備擱置無用),不用另外投資,把明礬加溫溶解后的浸出液接到新工藝車間的板框壓濾機進行壓濾,以達到固液分離,用75°C~80°C的母液熱水漂洗濾餅(礬漿)中含有的明礬,再將壓濾后的明礬精液采用閉封管道放入結晶池進行結晶,解除了微細顆明礬二次溶解工序的不必要功能,增強保證了結晶工序固液分離的必要功能。此外,還應嚴格控制上工序(滾筒洗砂機)對砂池浸出液的溶出溫度、濃度比,防止各管道的跑、冒、阻、漏,并對參加壓濾工序人員進行技術培訓,提高整個工序的綜合必要功能。經過方案綜合評價,發現方案(3)最優。

四、方案實施效果評價

為了進一步探討采用板框壓濾機壓濾后浸出液靜止結晶,提高一級品率,并且逐步減少二級品消除雜質,縮短結晶周期,能產生多少經濟效益的問題,對現行自然結晶進行測量,和對壓濾機結晶(方案3)進行預算,結果表明,自然靜止結晶生產一噸明礬礬漿排放量1.54M3、漿量0.49噸、明礬損失量79.28千克洗二級品損失量(重復功能)15.85千克,合計噸礬損失95千克占明礬產量9.5%(不包括系統損失)。壓濾靜止結晶按壓濾機功能數據折算,壓濾靜止結晶噸礬漿重42.3千克,損失明礬27.7千克只占明礬產量的2.77%,由此可見,采用壓濾明礬浸出液進行靜止結晶,這種“土洋”結合的生產方法不僅大大提高了明礬質量而且提高了明礬收得率,達到減少礬漿污染的目的,有利于礦產資源的充分利用。筆者認為采用這種方案生產是目前提高明礬收得率的最佳選擇。

五、提高明礬收得率、增加效益

1.可增產明礬,提高明礬收得率。采用(方案3)壓濾靜止結晶,以噸礬產量折算可比自然結晶多產明礬67.41千克,按年產明礬4萬噸計,全礦每年可多產明礬2696噸。考慮壓濾結晶其他因素,按壓濾收得率73%推算,可增產明礬1968噸。若按現有六臺壓濾機計算,一年約可增產明礬656噸,以礬價1700元/噸計,可增產值111.52萬元,上交17%增值稅18.96萬元,實際增收92.56萬元,付年維持生產成本42萬元,得凈利潤50.56萬元。

2.縮短明礬結晶周期5天,加快資金周轉,按六臺壓濾機生產能力計算,每天10池,池產3.47噸,噸礬成本860元,可少占用資金149210元,年息按9%計算可節約財務費用13429元。

以上分析和方案措施,只是筆者應用VE提高明礬收得率的探索與總結,方案的可行性和實施效果有待專家進一步評定。

(作者單位:溫州礬礦 浙江溫州 325000)

(責編:鄭釗)