利用高溫鹽廢渣制取一水硫酸鎂技術(shù)創(chuàng)新研究

張德強(qiáng)，魏炳舉，劉素芹

(天津長(zhǎng)蘆海晶集團(tuán)有限公司 天津300450)

0 引 言

20世紀(jì)90年代，天津長(zhǎng)蘆海晶集團(tuán)有限公司所屬化工廠是以苦鹵為原料生產(chǎn)氯化鉀、氯化鎂的鹽化公司，在生產(chǎn)過程中排出大量的高溫鹽廢渣，每生產(chǎn)1t氯化鉀要副產(chǎn) 8～10t高溫鹽，它是氯化鈉和硫酸鎂的混合物，因無直接用途而排棄。高溫鹽廢渣的處理及利用一直是鹽化行業(yè)的老大難問題。

一水硫酸鎂是一種含有雙營(yíng)養(yǎng)元素(硫、鎂)的化學(xué)肥料，我國(guó)南方大面積酸性土壤普遍缺鎂，需要施用氮磷鉀鎂肥，海南省的橡膠種植也需要大量的硫酸鎂肥料。國(guó)際市場(chǎng)上，東非、西非、東南亞、印度以及拉丁美洲等地區(qū)的土壤缺硫，一直以來向我國(guó)求購(gòu)硫酸鎂肥料，一水硫酸鎂有廣闊的市場(chǎng)需求，當(dāng)時(shí)硫酸鎂售價(jià)在 65美元/t以上，市場(chǎng)前景非常可觀。因此，對(duì)高溫鹽廢渣進(jìn)行有效的分離工藝技術(shù)創(chuàng)新研究甚為重要，可為企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

1 項(xiàng)目起步及方案制定階段——中試試驗(yàn)研究

多年來，國(guó)內(nèi)苦鹵化工行業(yè)在高溫鹽的綜合利用方面做了大量工作，先后有振蕩分離法、浮選法和旋流法，但均未得到規(guī)模應(yīng)用。我公司先后與原輕工業(yè)部某研究所等科研單位做了溢分法和旋流法分離高溫鹽中的硫酸鎂和氯化鈉試驗(yàn)，但溢分法設(shè)備龐大、工藝路線長(zhǎng)、運(yùn)行費(fèi)用高；旋流法分離效果差，研究均告中斷。

1997年，為了解決高溫鹽排放與利用難的問題，當(dāng)時(shí)的公司科技開發(fā)部重新立項(xiàng)，經(jīng)多方面調(diào)研，尋找技術(shù)合作伙伴，本著利益共享、風(fēng)險(xiǎn)共擔(dān)的合作原則，經(jīng)多輪溝通洽談，確定由某工程技術(shù)研究院負(fù)責(zé)試驗(yàn)方案的制定和技術(shù)指導(dǎo)，海晶集團(tuán)負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)安裝和設(shè)備調(diào)試，蘇州某化工設(shè)備廠提供離心機(jī)關(guān)鍵設(shè)備并負(fù)責(zé)調(diào)試。通過與參試單位利益捆綁、共享，充分調(diào)動(dòng)了合作單位的積極性，對(duì)項(xiàng)目的成功起到了推進(jìn)作用。

利用高溫鹽制取一水硫酸鎂的技術(shù)關(guān)鍵是分離，分離效果的好壞直接影響產(chǎn)品質(zhì)量、收率和成本，經(jīng)多次研究選用的工藝流程1如圖1所示。

圖1 工藝流程1Fig.1 Technological flow sheet 1

在試驗(yàn)期間，進(jìn)行了多次不同轉(zhuǎn)速及不同固液比條件的試驗(yàn)，證實(shí)了沉降式離心機(jī)分離高溫鹽廢渣是可行的。通過試驗(yàn)取得了最佳的分離條件和工藝參數(shù)，試驗(yàn)制得的濕一水硫酸鎂經(jīng)干燥后，質(zhì)量達(dá)到MgO≥25%，S≥18%。后經(jīng)進(jìn)一步小試研究，將粗的一水硫酸鎂經(jīng)過轉(zhuǎn)化生成七水硫酸鎂，再由七水硫酸鎂干燥脫水得到了 MgO≥26.5%，S≥21%的出口級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的硫酸鎂產(chǎn)品。工藝流程2如圖2所示。

圖2 工藝流程2Fig.2 Technological flow sheet 2

中試試驗(yàn)的成功及工藝路線的確定為萬(wàn)噸級(jí)裝置的實(shí)施奠定了基礎(chǔ)。

2 工業(yè)化裝置建設(shè)及實(shí)施階段——萬(wàn)噸級(jí)裝置的建成及試車

中試試驗(yàn)取得了預(yù)期的效果，之后科技開發(fā)部編制了“利用高溫鹽生產(chǎn)一水硫酸鎂及副產(chǎn)工業(yè)精制鹽工程”項(xiàng)目建議書和可行性研究報(bào)告提交集團(tuán)公司，重點(diǎn)闡述了項(xiàng)目實(shí)施的緊迫性和必要性。在參試人員的共同努力攻關(guān)下，試車初期基本順利，用較短的時(shí)間打通了工藝，生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到了出口級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，工業(yè)鹽(濕品)含 NaCl在 92%以上，產(chǎn)能達(dá)到30t/d以上，完全達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

但是，隨著試車的進(jìn)行，天氣逐漸轉(zhuǎn)暖，由一水硫酸鎂轉(zhuǎn)化成七水硫酸鎂的轉(zhuǎn)化率逐漸降低，同時(shí)伴有顆粒較細(xì)的白鈉鎂礬析出，影響了轉(zhuǎn)化率和七水鎂離心機(jī)的脫水效果，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降。上述原因造成生產(chǎn)裝置無法運(yùn)行，被迫暫時(shí)停產(chǎn)。

3 改造及完善階段——工業(yè)化裝置運(yùn)營(yíng)的產(chǎn)學(xué)研合作創(chuàng)新

合作雙方積極研究改進(jìn)方案，對(duì)項(xiàng)目運(yùn)作方式進(jìn)行了創(chuàng)新，本著利益共享、風(fēng)險(xiǎn)共擔(dān)的原則，經(jīng)協(xié)商由某研究院下屬公司以租賃的方式投產(chǎn)改進(jìn)、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)。該項(xiàng)目運(yùn)作，開辟了產(chǎn)、學(xué)、研結(jié)合的新模式。

項(xiàng)目組成員一邊積極探索高溫鹽制取硫酸鎂工藝技術(shù)，一邊認(rèn)真地考察國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)，通過考察得知當(dāng)產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)為 MgO≥25%、S≥18%時(shí)，在東南亞國(guó)家也有廣闊的市場(chǎng)。通過工藝技術(shù)分析，在工藝上進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化，避開一水硫酸鎂轉(zhuǎn)化工序，直接由鎂乳過濾干燥生產(chǎn)一水硫酸鎂產(chǎn)品，同時(shí)對(duì)分離和干燥設(shè)備進(jìn)行了改進(jìn)和完善。工藝改進(jìn)后，生產(chǎn)很快就調(diào)試正常，進(jìn)入了正常生產(chǎn)階段。一水硫酸鎂平均日產(chǎn)量35.2t，平均質(zhì)量為MgO達(dá)到25.76%，S達(dá)到18.16%，完全達(dá)到出口級(jí)MgO≥25.5%，S≥18%的標(biāo)準(zhǔn)，工業(yè)鹽平均日產(chǎn)量 38.8t，NaCl平均含量達(dá)到 91.28%，符合國(guó)家工業(yè)鹽三級(jí)品標(biāo)準(zhǔn)(NaCl≥89.5%)。雖然一水硫酸鎂質(zhì)量和最初相比有所下降，但省去了轉(zhuǎn)化工序，提高了產(chǎn)品收率、降低了能耗，成本也大幅降低，綜合經(jīng)濟(jì)效益更加可觀。至此，無論從工藝設(shè)備上，還是從生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)上該項(xiàng)目都步入了正常的軌道，徹底改變了傳統(tǒng)鹽化行業(yè)產(chǎn)品老三樣的格局，變廢為寶，開啟了鹽化行業(yè)的新篇章。

4 成熟及發(fā)展階段——項(xiàng)目的持續(xù)改進(jìn)

化工廠搬遷后建設(shè)的硫酸鎂項(xiàng)目由海晶集團(tuán)公司負(fù)責(zé)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)。在搬遷設(shè)計(jì)過程中，技術(shù)人員認(rèn)真研究了原工藝、設(shè)備的運(yùn)行狀況，針對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行中存在的問題進(jìn)行了改進(jìn)和創(chuàng)新。

干燥工序的改造:原硫酸鎂干燥工序采取廂式壓濾機(jī)卸料后，物料直接落地，需人工用鐵鏟向皮帶機(jī)送料，硫酸鎂濾餅為黏性塊狀堆料，黏結(jié)性較強(qiáng)，故人工送料勞動(dòng)強(qiáng)度大，操作環(huán)境惡劣。用螺旋輸送機(jī)取代皮帶機(jī)后，徹底解決了物料輸送問題，減輕了勞動(dòng)負(fù)荷，改善了操作環(huán)境。

熱風(fēng)爐除塵系統(tǒng)改造:將原多管除塵器改為熱風(fēng)除塵器，改造后，減少了熱損失，降低了煤耗。

硫酸鎂造粒:由于硫酸鎂產(chǎn)品為粉末狀，物料顆粒過小、易吸潮，在運(yùn)輸、存儲(chǔ)過程中易造成損失，并且使用時(shí)粉塵大，開發(fā)粒狀硫酸鎂是市場(chǎng)所需。硫酸鎂造粒的成功開發(fā)，不僅能夠解決海晶集團(tuán)化工廠每年2萬(wàn)t的粉末狀一水硫酸鎂產(chǎn)品的銷售壓力，而且提高了經(jīng)濟(jì)效益。尤其是此項(xiàng)目的實(shí)施，帶動(dòng)了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)一水硫酸鎂產(chǎn)品的工藝技術(shù)進(jìn)步，符合創(chuàng)新發(fā)展的趨勢(shì)，提升了產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。

熱風(fēng)爐煤改燃:隨著天津市大氣環(huán)境治理力度的加大，硫酸鎂車間將原來生產(chǎn)用的燃煤熱風(fēng)爐改造為燃?xì)鉅t，實(shí)施后，降低了排放污染物的含量，提高企業(yè)清潔生產(chǎn)水平，減少大氣污染對(duì)環(huán)境的影響。

綜上所述，硫酸鎂項(xiàng)目自建成后，歷經(jīng)多次的改造升級(jí)，現(xiàn)在該裝置運(yùn)行平穩(wěn)，產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量穩(wěn)定，工藝、設(shè)備運(yùn)行良好，各項(xiàng)消耗逐年降低，從而提升了硫酸鎂產(chǎn)品的行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

5 結(jié) 語(yǔ)

在市經(jīng)委和渤化集團(tuán)的大力支持下，在我集團(tuán)公司領(lǐng)導(dǎo)的高度重視及全體員工的一致努力下，該項(xiàng)目歷經(jīng)起步、實(shí)施、完善、成熟及發(fā)展階段逐步走向成熟。該工藝生產(chǎn)出的硫酸鎂獲得了“天然硫鎂肥”的美譽(yù)，除了銷往東南亞國(guó)家外，在日本、韓國(guó)也占據(jù)了一定的市場(chǎng)份額。該項(xiàng)目的實(shí)施，使我集團(tuán)公司進(jìn)一步調(diào)整了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，改變了苦鹵化工老三樣的產(chǎn)品格局，不但給企業(yè)創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益，而且為同行業(yè)提供了高溫鹽廢渣綜合利用的技術(shù)示范；既生產(chǎn)出市場(chǎng)急需的產(chǎn)品，又杜絕了高溫鹽對(duì)鹽田及附近海域的污染，變廢為寶，在整個(gè)工藝過程中無三廢排放。自項(xiàng)目建成至 2016年底止，共生產(chǎn)了一水硫酸鎂約35萬(wàn)t、分離鹽25萬(wàn)t，為企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。