硫酸鋁溶解工藝及改進(jìn)

康泰 付美玲 許超 王少偉 周雅平(河鋼承鋼釩鈦事業(yè)部，河北 承德 067002)

0 引言

硫酸鋁是無機(jī)鹽基本品種之一，主要用于造紙及凈水工業(yè)。硫酸鋁的第一大用途是在造紙中，大約占硫酸鋁總產(chǎn)量的50%。它在這里有4種用途：即施膠、調(diào)DH值、澄清加工過程中用水及作媒染劑。由于國產(chǎn)施膠水平不斷提高，雖然造紙業(yè)硫酸鋁需要增加，但消耗量增加不會太大。硫酸鋁的第二大用途是在飲用水、工業(yè)用水和工業(yè)廢水處理中作絮凝，大約占硫酸鋁總產(chǎn)量40%。加入硫酸鋁后，可以生成膠狀的、能吸附和沉淀出細(xì)菌、膠體和其他懸浮物的氫氧化鋁絮片，用在飲用水處理中可控制水的顏色和味道[1]。它還可以用在釩生產(chǎn)企業(yè)，用于凈化釩液中的硅磷，生成釩泥，可再次回用或提純。硫酸鋁其他用途包括染色的媒染劑、凈化脂肪和油類、藥物化妝品、滅火劑、鞣革以及生產(chǎn)各種復(fù)式鋁鹽。

1 硫酸鋁的溶解

上述硫酸鋁一般需要溶解為一定濃度的硫酸鋁溶液使用。因硫酸鋁水溶液的強(qiáng)酸性，溶液腐蝕性強(qiáng)，對溶解池及打液泵的材質(zhì)要求較高。因硫酸鋁常溫下溶解度不高，且溶解緩慢，且濃度超過300g/L后會低溫析出，需要保持溶液溫度至少在50℃以上。

1.1 冷法溶解與熱法溶解

縱觀硫酸鋁在不同用途中其溶液要求的濃度不同，溶解方式有蒸汽加熱溶解和冷法溶解。

造紙廠硫酸鋁溶液用量較小，為減小對設(shè)備及管路的腐蝕，采用冷法溶解。唐山市第一造紙廠早期采用蒸汽加溫的方式溶解，由于溶液的強(qiáng)酸性，嚴(yán)重腐蝕管路及設(shè)備，后來改為冷法溶解硫酸鋁。廠家自主設(shè)計冷法溶解硫酸鋁裝置，如圖1所示：固體硫酸鋁被塑料板制的孔板懸隔在上部水中，溶解后，硫酸鋁溶液比重大于水下沉形成對流擴(kuò)散，從而達(dá)到溶解硫酸鋁的效果。這種冷法溶解硫酸鋁裝置可以節(jié)約蒸汽，大大減輕對設(shè)備及管路的腐蝕[2]。缺點是溶解量比較小，只適用于硫酸鋁需求量不大的情況。

由于用熱水溶解硫酸鋁蒸汽消耗高，1988年湖南津市造紙廠采用懸浮法溶解硫酸鋁，如圖2所示：在配料池上面修一個溶解池，里面放過濾篩，過濾篩位于池子上部，下半部懸空。需要溶解硫酸鋁時，將溶解池內(nèi)注滿水后，硫酸鋁倒入過濾篩，加入量以硫酸鋁被水面浸沒為止。由于硫酸鋁溶解時容易生成膠狀物，需要定期清理過濾篩，以免影響溶解速度。這種方法溶解硫酸鋁溶液濃度均勻，能耗低，能滿足配料需求。但冬季溶解速度較慢，需要溶解池的容積足夠大，才能滿足配料正常使用。

圖2 懸浮溶解池示意圖

1.2 硫酸鋁對設(shè)備的腐蝕性

冷法及熱法溶解硫酸鋁不外乎都存在一個問題，硫酸鋁溶液pH為3，對管路及設(shè)備都有很大的腐蝕性。綿竹造紙廠自1988年開始對硫酸鋁溶解池進(jìn)行技術(shù)改造，用鋼筋混凝土，內(nèi)襯聚氯乙烯塑料班，外貼瓷磚[3]，如圖3所示。

圖3 改進(jìn)的硫酸鋁溶解池示意圖

圖3所示的硫酸鋁溶解池混凝土需要達(dá)到養(yǎng)生期才能使用，溶解硫酸鋁時需要現(xiàn)在溶解池內(nèi)注入2/3的生產(chǎn)水，再加入固體硫酸鋁，為使?jié)舛染鶆蚣涌烊芙馑俣龋稍诔貎?nèi)打循環(huán)。改進(jìn)的硫酸鋁溶解池雖然減少腐蝕性，但必須在常溫下才能使用。塑料箱與混凝土池子結(jié)合牢固度還需進(jìn)一步研究。

硫酸鋁除了用在造紙廠外，還是化工廠一種重要的工業(yè)絮凝劑，尤其是釩化工廠用于釩液凈化處理過程，某釩廠月產(chǎn)釩酸銨1000t左右，硫酸鋁日消耗量可達(dá)10～15t，簡單的冷法溶解或懸浮法溶解都不能滿足生產(chǎn)要求，故采用常用的單溶解罐溶解。但蒸汽加熱溶解硫酸鋁一是硫酸鋁室溫下溶解度較低，需要的能耗高；二是硫酸鋁溶液為酸性，強(qiáng)烈腐蝕設(shè)備及管路；三是硫酸鋁高溫溶解過程中產(chǎn)生膠狀物，需要定期停機(jī)人工清理攪拌槳，生產(chǎn)效率低，工人勞動強(qiáng)度大，難以實現(xiàn)連續(xù)化工業(yè)生產(chǎn)。

2 對溶解設(shè)備的改進(jìn)

基于此，某釩廠自主設(shè)計一種硫酸鋁溶解工藝及設(shè)備，既能提高溶解效率，不用停產(chǎn)清理攪拌槳就能實現(xiàn)大批量溶解硫酸鋁，滿足工業(yè)連續(xù)化生產(chǎn)需求；還能降低能耗，減少對設(shè)備及管路的腐蝕。圖4為此硫酸鋁溶解系統(tǒng)示意圖。

該硫酸鋁溶解系統(tǒng)包括：循環(huán)罐、溶解池、空壓風(fēng)管路和破碎裝置。硫酸鋁原料進(jìn)入破碎裝置，獲得細(xì)料；循環(huán)罐內(nèi)的冷水經(jīng)蒸汽加熱至預(yù)設(shè)溶解溫度，然后排入溶解池中；硫酸鋁細(xì)料投入溶解池中，并通入空壓風(fēng)進(jìn)行攪拌完成初步溶解，將初步溶解后的溶液通入循環(huán)罐中做進(jìn)一步的溶解，循環(huán)往復(fù)直至循環(huán)罐和溶解池中的硫酸鋁溶液濃度一致，獲得成品硫酸鋁溶液。

圖4 某釩廠熱法溶解硫酸鋁示意圖

與單罐溶解硫酸鋁法相比，某釩廠自主設(shè)計的硫酸鋁溶解設(shè)備通過水管路向循環(huán)罐內(nèi)加水并通過蒸汽管路中的蒸汽對水進(jìn)行加熱，生成的熱水通過回液管路流入溶解池，而在溶解池的上方設(shè)置有破碎裝置，破碎完成后的硫酸鋁在重力作用下掉落至溶解池內(nèi)，通過空壓風(fēng)管路向溶解池池底通入空氣，空氣在水中形成渦流，對溶解池內(nèi)的液體進(jìn)行攪拌，經(jīng)過熱水和空氣的雙重作用加速了硫酸鋁的溶解，初步溶解的硫酸鋁通過輸送泵輸送至循環(huán)罐內(nèi)，在循環(huán)罐內(nèi)的熱水的作用下做進(jìn)一步的溶解，將經(jīng)過循環(huán)罐溶解的硫酸鋁溶液再次通入溶解池內(nèi)進(jìn)行循環(huán)溶解，直至循環(huán)罐和溶解池中的硫酸鋁溶液的濃度一致，循環(huán)罐內(nèi)多余的氣體由排氣管排出。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)硫酸鋁的循環(huán)溶解，避免了停機(jī)清理攪拌槳的問題，生產(chǎn)和自動化程度較高，降低了工人的勞動強(qiáng)度，可以實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)。

3 結(jié)語

硫酸鋁溶解過程中對設(shè)備存在腐蝕作用，一直困擾生產(chǎn)。經(jīng)改進(jìn)后的溶解設(shè)備實現(xiàn)硫酸鋁的循環(huán)溶解，較好地解決這一問題。改進(jìn)設(shè)備簡單有效，成本較低。生產(chǎn)的連續(xù)性和自動化程度提高，降低了工人的勞動強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效能。