虹吸刮刀離心機(jī)在鉀肥生產(chǎn)中的應(yīng)用技術(shù)

                           虹吸刮刀離心機(jī)在鉀肥生產(chǎn)中的應(yīng)用技術(shù)
                                                  張生富
                    (青海鹽湖元通鉀肥有限公司,青海格爾木816000)
    摘　要：介紹了虹吸刮刀卸料離心機(jī)在冷分解—正浮選法生產(chǎn)鉀肥過程中的應(yīng)用。通過工藝改進(jìn)和參數(shù)調(diào)整,該套離心設(shè)備能使粗鉀再漿洗滌后的物料得到有效的固液分離,解決了正浮選工藝生產(chǎn)細(xì)粒鉀肥(d<0. 07 mm)在脫水過程中的難題。應(yīng)用結(jié)果表明:離心分離后所得濾餅水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤9%,最終產(chǎn)品氯化鉀中水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤2%,產(chǎn)品純度≥95%,提高了細(xì)粒鉀肥產(chǎn)品的質(zhì)量和收率;自動(dòng)化控制水平的應(yīng)用,節(jié)省了大量人力和物力,產(chǎn)生了明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
    關(guān)鍵詞：虹吸刮刀離心機(jī);鉀肥生產(chǎn);固液分離
    中圖分類號(hào)：TQ051. 84　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A　　文章編號(hào)： 1006-4990(2010)12-0060-03
    在鉀肥生產(chǎn)過程中,成品水分的控制極為關(guān)鍵,而有效控制成品水分的關(guān)鍵在于前工序離心機(jī)脫水效果的好壞。若離心脫水后濾餅中含濕量過高,其夾帶精鉀母液組分會(huì)在烘干系統(tǒng)中進(jìn)一步結(jié)晶析出,影響最終產(chǎn)品質(zhì)量,而且使生產(chǎn)成本增加。因此,離心機(jī)的選型和操作在脫水工序顯得尤為重要。在20世紀(jì)90年代,正浮選法生產(chǎn)氯化鉀裝置中使用的離心機(jī)是臥式刮刀離心機(jī),該設(shè)備因處理量小、脫水效率低和自動(dòng)化程度不高等因素,無法滿足正浮選工藝產(chǎn)品(d<0. 07 mm)的自動(dòng)化程度高的大規(guī)模生產(chǎn);而在反浮選工藝中采用的臥式雙級(jí)活塞推料離心機(jī),因產(chǎn)品粒度的差異,僅局限于反浮選工藝氯化鉀產(chǎn)品(d<0. 2 mm)的規(guī)模生產(chǎn)。2006年,青海鹽湖元通鉀肥有限公司建成投產(chǎn)20萬t/a氯化鉀裝置,首次將淀粉行業(yè)使用的自動(dòng)化程度較高的虹吸式刮刀卸料離心機(jī)應(yīng)用于鉀肥的生產(chǎn),經(jīng)過多次試驗(yàn)和改進(jìn),現(xiàn)已逐步適應(yīng)和滿足正浮選法生產(chǎn)鉀肥的脫水要求,濾餅中水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤9%,所得氯化鉀產(chǎn)品純度達(dá)到95%以上、水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤2%。
    1　技術(shù)分析與選型依據(jù)
    1. 1　不同工藝鉀肥特性分析
    目前察爾汗鹽湖氯化鉀的生產(chǎn)主要采用冷分解—正浮選工藝和反浮選—冷結(jié)晶工藝,生產(chǎn)工藝的不同決定了最終產(chǎn)品氯化鉀物理性能的差異和離心所得濾餅含濕量的不同。1)產(chǎn)品粒度存在差異。反浮選工藝生產(chǎn)氯化鉀產(chǎn)品粒度大于0. 2 mm,而正浮選工藝生產(chǎn)氯化鉀產(chǎn)品粒度小于0. 07 mm,兩種工藝相比,反浮選工藝生產(chǎn)的氯化鉀產(chǎn)品,其松散性、透氣性、脫水性要好很多。2)原料中硫酸鈣含量存在差異造成料漿黏稠度存在差異。正浮選法生產(chǎn)氯化鉀,其生產(chǎn)原料旱采光鹵石礦主要為鈉鹽池、調(diào)節(jié)池礦,原礦本身硫酸鈣含量和泥沙含量較高,加之在浮選過程中添加了抑制劑羧甲基纖維素,增大了料漿的黏性,造成物料離心脫水困難;而反浮選法生產(chǎn)氯化鉀,其生產(chǎn)原料為水采光鹵石池礦,硫酸鈣含量和泥沙含量少,因此精鉀料漿不會(huì)對(duì)離心機(jī)造成大的影響。3)濾餅烘干條件存在差異。反浮選法生產(chǎn)氯化鉀工藝,離心后濾餅水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤9%;而正浮選法生產(chǎn)氯化鉀過程中,精鉀料漿因受粒度小、硫酸鈣含量和泥沙含量高的影響,離心后濾餅水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥10%。烘干系統(tǒng),反浮選法采用的燃料為天然氣,而正浮選法采用的燃料為煤氣,其熱效率的差異使正浮選產(chǎn)品水分含量難以控制在較低的水平。
    1. 2　選型依據(jù)
    1)臥式虹吸刮刀卸料離心機(jī)是一種連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、間歇卸料的虹吸過濾式離心機(jī)。與普通刮刀卸料離心機(jī)相比,虹吸離心機(jī)的過濾推動(dòng)力除離心機(jī)外,還有類似于真空的虹吸,故分離效果大大加強(qiáng),產(chǎn)量也高得多(高40% ~60% ),單臺(tái)處理量為7~8 t/h,且分離后的固相含濕量更低,水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤9%。
    2)適用于固相顆粒小、黏度高、過濾速度慢以及需對(duì)濾餅進(jìn)行充分洗滌的物料的分離。3)殘余濾餅層能夠再生。通過反沖洗網(wǎng)可以改善濾餅和過濾介質(zhì)的過濾性能。此外,進(jìn)料前的反沖還可使物料分布更加均勻,從而降低進(jìn)料時(shí)因進(jìn)料不均勻而引起的不平衡。4)液壓系統(tǒng)采用可編程序控制器(Pro-grammableController)聯(lián)合控制,自動(dòng)化程度高,動(dòng)作準(zhǔn)確可靠。5)隔振基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了減振墊,從而大大減小了機(jī)器振動(dòng)對(duì)廠房及設(shè)備造成的危害,使安全性能更高。
    2　設(shè)備應(yīng)用中存在的問題與解決辦法
    2. 1　存在的問題
    1)離心機(jī)主進(jìn)料時(shí)主機(jī)振頻過大,達(dá)到20~30次/s。主要原因是裝置采用壓縮空氣密封,對(duì)于氯化鉀物料密封效果不佳,物料穿透密封裝置進(jìn)入主機(jī)前軸承,造成前軸承磨損,潤(rùn)滑油變質(zhì)加快,同時(shí)也造成后軸承的磨損,引起振動(dòng)。2)虹吸管口磨損嚴(yán)重。與淀粉類物料相比,氯化鉀物料更硬,且物料在虹吸室內(nèi)高速旋轉(zhuǎn),虹吸管口嚴(yán)重磨損。虹吸管口被磨損后,虹吸室內(nèi)底部濾液不能排出,液位升高造成離心機(jī)脫水能力降低,主機(jī)負(fù)荷隨之增加,影響離心工序產(chǎn)品的產(chǎn)量及質(zhì)量。3)離心機(jī)反沖水原設(shè)計(jì)使用精鉀母液,因結(jié)晶嚴(yán)重,從而堵塞轉(zhuǎn)鼓與虹吸室的斜向通孔,影響反沖裝置的效能。4)離心機(jī)在出廠時(shí),該網(wǎng)絡(luò)為DH485網(wǎng),不是INTERNET網(wǎng),無法與主控室上位機(jī)(position machine)建立連接,設(shè)備的操作主要實(shí)行手動(dòng)操作。
    2. 2　解決辦法
    1)將氣密封改為迷宮密封,迷宮密封為5道,阻止物料進(jìn)入主軸。2)針對(duì)虹吸管口材質(zhì)硬度不足的情況,用高強(qiáng)度材質(zhì)鋼板對(duì)其進(jìn)行加固處理;將虹吸液管徑由原來的75 mm改為100 mm,減小了抽吸虹吸液的阻力。3)原設(shè)計(jì)反沖使用的虹吸液為精鉀母液,其各組分含量為:w(KCl)=11. 17%,w(NaCl)=13. 61%,w(MgCl2)=3. 04%,w(CaSO4)=0. 40%。精鉀母液中鹽含量較高,容易析出結(jié)晶物阻塞和腐蝕管道,故將反沖用精鉀母液改為淡水。另外,將虹吸液管的排出口由高位改為低位,避免了虹吸液倒流對(duì)脫水過程的影響。4)反沖淡水的使用雖然解決了虹吸管道的磨損、反沖結(jié)晶和管道腐蝕等問題,但淡化了精鉀母液。在將淡化了的精鉀母液泵送返回分解工序進(jìn)行回收的過程中,導(dǎo)致分解淡水量偏高,影響分解指標(biāo),因此要將反沖淡水量按小時(shí)折算計(jì)入到分解淡水量中去,且精鉀母液量要按70%淡水量計(jì)算入分解淡水量中,才能保證分解工序的穩(wěn)定性。5)實(shí)現(xiàn)了主控室對(duì)離心機(jī)的操作、實(shí)時(shí)監(jiān)控和參數(shù)的修改,降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,節(jié)省了勞動(dòng)力, 12臺(tái)離心機(jī)只需4人現(xiàn)場(chǎng)操作即可;而臥式刮刀離心機(jī)多數(shù)為手動(dòng)操作,必須在單臺(tái)單人操作下進(jìn)行加料、卸料控制,工作效率很低。
    3　工藝控制和操作要點(diǎn)
    1)水平帶式過濾機(jī)(以下簡(jiǎn)稱水平帶機(jī))濾餅氯化鈉含量對(duì)離心機(jī)進(jìn)料料漿濃度有影響。離心機(jī)進(jìn)料料漿固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在40% ~60%為宜,固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)過高會(huì)造成洗滌效果不好,過低會(huì)造成進(jìn)料過快使離心機(jī)產(chǎn)生“拉稀”現(xiàn)象,且造成鉀損失增大。洗滌料漿固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)的控制主要與水平帶機(jī)濾餅中氯化鈉含量和含濕量的高低有關(guān),氯化鈉含量的高低決定著洗滌水量的大小。圖1為在水平帶機(jī)濾餅量一定時(shí),同倍理論洗滌水量下,氯化鈉含量與進(jìn)料料漿固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系。由圖1可知,隨著水平帶機(jī)濾餅氯化鈉含量的增大,進(jìn)料料漿固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸降低,二者呈線性反比關(guān)系?；貧w方程為:y =-2.728 2x+82.369,R2=0. 980 5,且方程擬合程度較好。故得出將水平帶機(jī)濾餅指標(biāo)控制為:w(KCl) >64%, 9%         

       
    2)離心機(jī)濾布孔徑的確定。濾布過濾孔徑按所分離物料的顆粒直徑及粒徑分布狀態(tài)來確定,一般選擇濾布孔徑稍大于所要截留的顆粒直徑。在過濾的最初階段有少量的小顆粒穿濾,當(dāng)所截留的較大顆粒搭橋形成濾餅層后,就可以消除穿濾現(xiàn)象,有助于提高過濾效率。
    在正浮選法生產(chǎn)鉀肥過程中,生產(chǎn)得到的氯化鉀產(chǎn)品粒度較細(xì),離心機(jī)濾布的選擇主要以再漿洗滌后固相組分粒級(jí)的分布情況來確定。取再漿洗滌物料進(jìn)行固液分離,脫去母液后在烘箱中于105℃±5℃烘干30 min,然后置于干燥器中冷卻。稱量固相物料2 000 g,以無水乙醇做篩分介質(zhì)進(jìn)行篩分,篩分結(jié)果見表1。
               
    由表1可以看出:①粒經(jīng)≤0. 038 mm的物料質(zhì)量占物料總質(zhì)量的31. 81%,此粒度下KCl質(zhì)量占KCl總質(zhì)量的31. 80%,此粒度下CaSO4質(zhì)量占CaSO4總質(zhì)量的51. 38%;②粒經(jīng)在0. 038 ~0. 048 mm的物料質(zhì)量占總質(zhì)量的25. 75%,此粒度下KCl質(zhì)量占總KCl質(zhì)量的25. 71%;③粒徑大于0. 038 mm的物料質(zhì)量占總質(zhì)量的68. 19%。由此可見,選擇濾布孔徑在0. 038 mm較適宜,可以減小跑漏損失。濾布建議采用單絲雙層復(fù)合濾布,過濾面經(jīng)砑光處理,以減小濾布堵塞的可能和提高濾布的再生性能,增大其透氣量,以提高氯化鉀產(chǎn)品的質(zhì)量,降低濾餅含濕量。為節(jié)省成本,在修舊利廢上使用舊的水平帶機(jī)濾布作為離心機(jī)濾布。
    3)離心機(jī)各操作工序時(shí)間的控制。離心機(jī)的各個(gè)操作工序如反沖、進(jìn)料、撇液、脫水和卸料等均可在工作轉(zhuǎn)速下進(jìn)行自動(dòng)控制。按照物料的性質(zhì)將進(jìn)料次數(shù)設(shè)為2次,控制時(shí)間分別為40 s和30 s;脫水為2次,控制時(shí)間均為30 s;虹吸與進(jìn)料同步進(jìn)行;撇液與脫水同步進(jìn)行;反沖在每臺(tái)離心機(jī)卸料10次時(shí)進(jìn)行1次,控制時(shí)間為60 s。
    4)通過對(duì)帶機(jī)濾餅工藝指標(biāo)和操作參數(shù)的控制,離心機(jī)在固液分離效率上有了很大改觀,經(jīng)取樣分析,濾餅水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)均低于9%,完全達(dá)到指標(biāo)要求(見表2)。
             
    5)原先使用臥式刮刀離壓機(jī),所得濾餅水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)在15%左右,有時(shí)高達(dá)20%,最終產(chǎn)品中水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤6%,嚴(yán)重影響了產(chǎn)品質(zhì)量;而使用虹吸刮刀離心機(jī)后,所得濾餅中水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤9%,最終產(chǎn)品中水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤2%。
    4　結(jié)論
    通過對(duì)虹吸刮刀卸料離心機(jī)脫水工藝管線的改進(jìn)和濾布的選型,并嚴(yán)格控制生產(chǎn)工藝指標(biāo),使得虹吸刮刀卸料離心機(jī)在正浮選工藝鉀肥生產(chǎn)中得到了有效的利用,并取得了很大的成功,解決了公司在生產(chǎn)細(xì)粒鉀肥過程中物料脫水的難題,提高了設(shè)備的使用效率。自動(dòng)化控制水平的應(yīng)用,節(jié)省了大量人力和物力,產(chǎn)生了明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。