冷凍提硝法工藝及設備技術改造

張飛戎，陳東成，葉常青，梁雅超，李一心

（廣東南方堿業股份有限公司，廣東 廣州 510760）

我司礦區鹵水為硫酸鈉型礦鹵，純堿生產預處理鹵水時采用冷凍提硝法提取副產品芒硝。近年來隨著公司填平補齊、挖潛改造的進行，純堿產能由原30萬t／a提升至60萬t／a，芒硝產量也由原來的7.5萬t／a提升至目前的9.1萬t／a。隨著產能提升，礦區開采量逐年增大，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產生了一系列問題。我們通過不斷的工藝及設備技術改造，解決了生產瓶頸，降低了能耗，減輕了勞動強度，解決了環境問題。下面主要介紹冷凍沉降、濾過、熱熔蒸發、離心干燥回收等工序的工藝及設備改造。

1 冷凍沉降工序改造

1.1 冷凍原流程

礦鹵送至原鹵罐經泵送到板式換熱器與低硝鹵進行換熱，預冷至15℃后進入一級兌鹵槽。一級兌鹵槽內母液（約11℃）經一級循環泵進入波紋管預冷器與低硝鹵換熱，溫度降至10℃，其中大部分返回一級兌鹵槽參與循環兌鹵，維持兌鹵槽內母液約11℃，另少量進入二級兌鹵槽與二級循環鹵兌合，溫度降至6～7℃。二級兌鹵槽內母液經二級循環泵不斷抽至一級冷凍（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ組氨蒸發器）進行降溫，其中大部分返回二級兌鹵槽參與循環兌鹵，而少量進入三級兌鹵槽。三級兌鹵槽內母液分別由2臺兌鹵泵送至Ⅳ、Ⅴ組氨蒸發器，其中Ⅳ組氨蒸發器冷凍后母液全部返回三級兌鹵槽。送到Ⅴ組氨蒸發器的母液約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，經低硝鹵泵送至波紋管預冷器及板式預冷器與原鹵進行熱交換后，進入低硝鹵桶。流程如圖1。

圖1 冷凍鹵水預冷流程示意圖

1.2 改造思路

查相關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

由上可知溫度對鹽、硝溶液中NaCl溶解度影響不大，而對Na2SO4卻影響明顯，原鹵經一級預冷器預冷至15℃左右時，溶液中Na2SO4已基本達到飽和，再進一步降溫就會使Na2SO4達過飽和而結晶，在波紋管換熱器中結晶析出造成堵管，需要用熱水頻繁沖涮后才能使用，嚴重影響冷凍系統溫度的穩定性，也導致淡水容易進入鹵水系統從而影響鹵水NaCl濃度，也加大了勞動強度。同時鹵水在冷凍過程中循環量不足，溫差過大（雖然實行分組預冷和分級冷凍），造成鹵水中Na2SO4·10H2O結晶爆發式成核，使得溶液中夾帶著大量Na2SO4·10H2O細小晶體在沉降器中無法沉降而形成浮硝，對制備合格的粗鹽水存在很大影響，同時也對芒硝的回收率有較大影響。

1.3 改造后流程

經一級冷凍（即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ組氨蒸發器）后的冷凍鹵水（約1～3℃）直接送到1＃、2＃沉降器中心管進入沉降器，鹵水從沉降器上部溢流回現有一級冷凍循環回水總管到二級兌鹵桶（約5～7℃，再由循環泵送到一級冷凍）。其中約200m3／h到三級兌鹵槽（二級冷凍）、約200m3／h到一級兌鹵桶（管式預冷器）。原鹵經板式換熱器（約15℃）與低硝鹵換熱后分別進入1＃、2＃沉降器與一級冷凍出來的冷凍鹵混合后進入沉降器中心管，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，冷凍預冷器堵管頻率從每班4～5次降至1～2次，涮管勞動強度明顯下降，同時可多回收低硝鹵冷量約2 500MJ／班，大幅穩定系統溫度，粗鹽水含硝量由原來24～26g／L降到改造后的20～22g／L，對提高純堿工序作業周期有積極意義。

圖3 冷凍鹵水預冷改造后流程示意圖

2 濾過工序設備改造

2.1 濾過原流程

冷凍鹵水經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，經泵送至真空過濾機脫水，濾餅進硝漿槽與生蒸汽直接熱熔后經泵送至蒸發罐。

真空轉鼓過濾機

型號 G－5型

過濾面積 5m2

轉鼓直徑 1 750mm

轉速 0.4～0.8r／min

數量 3臺

表1 采用轉鼓真空過濾機時濾料組分情況

表2 采用轉鼓真空過濾機時成品芒硝分析情況

由上可見采用真空轉鼓過濾機進行生產時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）進入蒸發罐，一方面造成產品芒硝中的Cl偏高影響質量，另一方面系統總水分的增加也導致蒸發系統蒸汽消耗增加，產品芒硝的蒸汽消耗超過0.96t汽／t硝。

2.2 設備及流程改造

技術改造采用近年來在純堿生產中使用較多的橡膠帶式真空過濾機替代轉鼓真空過濾機進行濾過脫水，規格型號為DU－25m2／2500，共1臺，參數及主要性能如下：

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

真空度 150mm Hg

同時配套相應機泵等技術，改造后流程如圖4。

2.3 改造效果

帶式過濾機濾料（如下表）含母液比例明顯下降，相比舊系統濾餅的水分約下降3%～4%，進入蒸發系統水分大幅下降，提硝蒸發用氣量明顯下降，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，同時可根據不同客戶要求生產Cl≤0.3%的低鹽芒硝以滿足市場需求。帶式過濾機具有自動化程度高，操作簡單、運行平穩、連續生產時間長，并且容易檢修和維護，同時運行成本也不高等特點。

圖4 過濾機改型工藝流程圖

表3 濾餅成分

3 熱熔蒸發工序改造

3.1 原流程

原濾過后的十水芒硝是采用了低壓蒸汽進入熱熔槽，與十水芒硝直接熱熔，正常生產時耗用蒸汽約2.5～3t／h。同時蒸汽所帶水分也直接的進入蒸發系統。根據計算要把這部分水分蒸發掉大約要耗用蒸汽0.7～1t／h，熱熔系統改造前芒硝產品單位蒸汽消耗為0.95t／t硝。

3.2 設備及流程改造

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

新熱熔槽設備參數如下，采用萊寧攪拌：

規格 φ4 000×3 500V＝43m3

溫度 25～70℃ 正常運行溫度32℃

比重 1.36

生產能力 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入系統增加的水分，芒硝汽耗由原來的的0.95t／t下降至約0.85t／t后進一步的降低至0.75t／t，對于芒硝單位能耗的降低十分的明顯。同時由于離心機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罐，對蒸發效果改善顯著，硝顆粒明顯增大（生產經驗所得），對于后續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 離心機改造

從蒸發罐出來的無水芒硝經泵送至推料式離心機脫水干燥，通過設備技術升級，更新前后兩者主要參數對比如表4：

表4 推料離心機比較

原WH－800A離心機的處理量為3～4t／h，技改更新后P－500離心機的處理量為12～18t／h，由于P－500離心機產能大、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P－500離心機取代了原來的四臺WH－800A，并開一備一即可滿足生產負荷。

4.2 干燥回收

物料經離心干燥流化床后，沸騰床出料進入敞開式振動篩，成品硝（篩下物）通過溜槽下放至成品硝皮帶輸送機，轉運至成品硝包裝料倉；塊硝（篩余物）經人工簡單包裝后，作為塊硝降價處理。

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

通過設備及流程改造，采用TC220環形管鏈輸送機、TZD41－6C振動篩、WB－39雙錕破碎機等設備。干燥流化床出料進入提升機，提升高度后進入成品振動篩。合格的成品硝經料斗收集后通過溜子，進入密封成品硝輸送機，輸送至成品硝包裝；塊硝經溜子進入破碎機破碎后經溜子返回提升機，再次過篩。成品硝的篩分、輸送實現全密封，消除硝塵飛揚以及成品硝灑落問題；通過增設塊硝破碎設備，把塊硝破碎后回收作為成品進行銷售，芒硝回收率最終提高到了84%以上，增加企業經濟效益。

5 結 語

通過一系列的工藝及設備技術改造，我司在冷凍提硝法上不斷探索突破，解決了生產瓶頸，降低了能耗，提高了芒硝品質，降低了勞動強度，為公司的生產打下了良好的基礎。