硫化鈉生產中熱溶工序的探討分析

華國友

(丹棱縣應急管理局，四川眉山，620200)

硫化鈉，化學式為Na2S，俗稱硫化堿，廣泛應用于染料、制革、紡織和制藥工業(yè)；在有色冶金工業(yè)中用作礦石的浮選劑。目前，國內絕大部分廠家硫化鈉生產工藝為煤還原芒硝法，而熱溶(又稱熱化、熱浸和化堿)工序是生產中一個重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)工藝采用自然浸取。近年來，傳統(tǒng)自然浸取工藝已不能滿足安全、環(huán)保的生產需求，為此，一些熱溶的新工藝逐漸被開發(fā)應用。本文針對熱溶新工藝進行探討分析。

1 硫化鈉生產工藝流程

硫化鈉生產的主要化學反應式為：Na2SO4+ 2C = Na2S + 2CO2。

硫化鈉目前生產工藝如圖1所示。無水硫酸鈉和料煤按一定比例(約10:3)進行計量配比，混合后送入轉爐內，在高溫(900—1150℃)[1]下煅燒還原生成硫化鈉粗堿熔體(半成品，俗稱“灰餅”，含Na2S質量分數(shù)65%—70%[1])?；绎炗玫蜐舛鹊臒釅A液(約80℃)[2]進行熱溶解浸取，產生的濃堿液轉入澄清桶，堿渣(主要成分為不溶解的煤渣)經多次熱水洗滌后綜合利用。靜置澄清后，澄清桶內上層清液轉入蒸發(fā)工序進行蒸發(fā)濃縮，濃縮后的堿液(Na2S含量60%以上)送入制片工序進行制片包裝，制得片狀硫化鈉產品。

澄清桶底部沉降下來的下層堿泥液轉入壓濾機，經多次洗滌、壓濾，再經烘干后綜合利用，洗滌水返回熱溶工序和洗泥回用。

轉爐產生的煙氣經余熱鍋爐回收熱量、除塵、脫硫脫硝后達標排放，熱溶尾氣經洗滌后達標排放。

余熱鍋爐產生的蒸汽用于蒸發(fā)工序，蒸汽不足部分由另配設的鍋爐供給。

圖1 硫化鈉生產工藝流程圖

2 熱溶工藝介紹

硫化鈉生產中，熱溶工序的主要目的是將灰餅中的有效成分硫化鈉幾乎全部溶解進入液相，并實現(xiàn)固液分離，控制生成濃度為25%—30%[1]的濃堿液。

2.1 傳統(tǒng)自然浸取

2.1.1 工藝流程

采用多個浸缸間歇操作，浸缸為地下缸，底部鋪設有孔不銹鋼板。灰餅由黑灰車直接倒入盛有熱稀堿液的浸缸中，自然浸取約3h后，堿液由浸缸底部排放閥排出匯集，然后由泵轉入澄清工序；堿渣則采用人工作業(yè)清理。

2.1.2 存在問題

(1)浸取耗時長。

(2)浸取溶解不徹底，堿渣中硫化鈉殘留多，無法滿足綜合利用的硫化鈉含量要求。

(3)灰餅倒入浸缸后，存在溶解過程中大塊灰餅因受熱不均炸裂致使人員燙傷的安全風險。

(4)浸缸是受限空間，堿渣的人工清理作業(yè)過程雖可采取強制通風措施，但仍存在較大安全風險和職業(yè)健康危害。

(5)存在廢氣(含微量H2S的水蒸氣)無組織排放的環(huán)保問題。

2.2 轉式熱溶

2.2.1 工藝流程

灰餅先經粗破碎設備破碎后由進料口進入轉溶爐前端，爐體正向旋轉，堿渣由后端出料口不斷排出，然后由提渣設備提升至渣斗，在提渣過程中用熱水進行多次洗滌；熱稀堿液由后端加入爐內，熱溶浸取結束后，爐體反向旋轉，濃堿液由前端排入堿槽，再由泵轉入澄清桶；后端、前端的尾氣抽入尾氣洗滌塔，在后端應用了密封結構。

轉溶爐結構如圖2所示。主要尺寸為直徑Φ=3.0m，L=9.0m，內間隔布設洗渣導流片和篩渣片。四川省立源化工有限公司等企業(yè)已在生產上成功應用。

圖2 轉式熱溶爐示意圖

2.2.2 優(yōu)點

(1)熱溶浸取耗時短。

(2)連續(xù)熱溶生產，且浸取溶解徹底，堿渣能達到綜合利用要求。

(3)解決了廢氣散排的環(huán)保問題。

2.2.3 缺點

(1)轉溶爐采取單爐生產，無備用。

(2)尾氣產生量較大，熱損失較大。

(3)堿液濃度不易控制，波動較大。

2.3 強化熱溶

在傳統(tǒng)自然浸取的基礎上，集轉式熱溶之長處，研究提出強化熱溶工藝方案。

2.3.1 工藝流程

灰餅先經粗破碎設備(≤10cm占95%)破碎后進入熱溶槽中上部。熱溶浸取結束并靜置約30min后，濃堿液從熱溶槽中下部排出，再轉入澄清桶；濃堿液排液完畢后，堿渣從熱溶槽底部撈渣口由提渣設備提升至洗渣槽(白水)，洗渣結束后再由提渣設備提升至渣斗，提渣過程中用熱水進行洗滌，洗渣槽內泥水采用真空帶式過濾。熱稀堿液由熱溶槽中部進入，尾氣從頂部排出抽入尾氣洗滌塔。熱溶槽采用多臺并用。

熱溶槽結構如圖3所示。主要尺寸為直徑Φ=3.0m，H=3.2m，內布設三層攪拌，底部攪拌漿貼近槽底(起攪拌和刮渣作用)，并設置液位計。

圖3 熱溶槽示意圖

2.3.2 優(yōu)點

(1)由于有靜置過程，熱溶浸取時間稍長。

(2)強制攪拌，浸取溶解徹底。

(3)廢氣產生量小，熱損失小。

(4)堿液濃度控制更簡單。

2.3.3 缺點

粗破碎設備不易選擇。

3 兩種新工藝對比

轉式熱溶和強化熱溶兩種新工藝對比情況詳見表1。

表1 熱溶兩種新工藝對比

4 結語

(1)從安全、環(huán)保和可行性角度分析，硫化鈉生產中轉式熱溶和強化熱溶兩種工藝都是可行的。

(2)從生產裝置長期穩(wěn)定可靠運行、自動化控制、節(jié)能降耗和產品質量方面考慮，強化熱溶工藝具有一定優(yōu)勢。

(3)硫化鈉生產中熱溶工序的四點建議：①從節(jié)能降耗考慮，轉溶爐等相關設備要做好保溫。②目前普遍采用的螺旋提渣機故障率偏高，可考慮使用撈渣機。③強化熱溶若延長靜置時間，可考慮將整個澄清工序替換。④若生產低鐵硫化鈉產品，可考慮在強化熱溶過程中添加絮凝劑，減少攪拌、靜置澄清時間，提高了生產效率。