硫酸鋁生產(chǎn)設備腐蝕與防護

劉寶江

(河北省盧龍縣雙益磷化有限責任公司，河北盧龍066403)

硫酸鋁生產(chǎn)設備腐蝕與防護

劉寶江

(河北省盧龍縣雙益磷化有限責任公司，河北盧龍066403)

針對硫酸鋁生產(chǎn)過程中腐蝕性介質(zhì)特性，以經(jīng)濟耐用為原則，結(jié)合生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，全面介紹了設備、管道材料和防腐措施的選擇方案。在工藝操作方面，提出降低反應攪拌速度，沉降工序取消加酸中和，可以減輕對設備的腐蝕。

硫酸鋁生產(chǎn)設備;腐蝕與防護

硫酸鋁是基本無機化工產(chǎn)品，主要用于水處理、造紙行業(yè)，其次用于水泥建材、食品添加劑、醫(yī)藥等行業(yè)。到2011年底中國硫酸鋁生產(chǎn)廠家超過200家，生產(chǎn)能力達到130萬t，年產(chǎn)量突破110萬t，年出口量在10萬t以上，是世界上最大的硫酸鋁生產(chǎn)國［1］。硫酸鋁生產(chǎn)工藝成熟，多數(shù)廠家采用鋁土礦加壓酸溶法，生產(chǎn)過程包括磨粉、反應、固液分離(沉降或過濾)、濃縮、結(jié)晶、粉碎包裝等工序。由于所用原料硫酸及半成品硫酸鋁溶液的性質(zhì)，加上工藝操作必須的溫度、壓力、流速等因素的影響，使相關的設備、管道、閥門處于極易發(fā)生腐蝕的環(huán)境之中。合理的選擇設備及管道材料，采用經(jīng)濟適用的防腐措施，可以延長裝置的使用壽命，減少維修量，減少故障停車時間，有利于裝置更好地發(fā)揮效力。

本文針對硫酸鋁生產(chǎn)的介質(zhì)特性、工藝條件，依據(jù)本單位生產(chǎn)實踐并結(jié)合同行業(yè)的經(jīng)驗，以經(jīng)濟耐用為原則，對硫酸鋁生產(chǎn)裝置腐蝕與防護提供切實可行的方案。(本文不涉及設備及管道的外表面腐蝕及防護)

1 調(diào)漿罐

調(diào)漿罐受到的危害來自兩個方面，一是料漿內(nèi)含有約62%(與礦石品位有關)的固形物(粒度為80%～90%過60目)，在攪拌作用下，以一定速度對罐體產(chǎn)生沖刷磨損;二是料漿是用硫酸鋁溶液調(diào)制的，呈微弱酸性會對鐵碳合金產(chǎn)生腐蝕。這就要求罐體既要耐稀酸腐蝕，又要具有一定的耐磨性?？梢圆捎谜w不銹鋼(比如1Cr18Ni9Ti)制作罐體，也可以碳鋼作罐殼，環(huán)氧玻璃鋼作防滲層，內(nèi)襯耐酸瓷板作襯里。

2 反應釜

反應釜是鋁土礦和硫酸進行加壓反應的容器，反應溫度最高可以達到170℃左右，反應壓力在0.33 MPa左右，反應初期酸濃55%～59%，反應操作屬于間歇式，對釜體的要求是在較高溫度下耐稀酸，承受一定的操作壓力，具有熱穩(wěn)定性，能夠滿足耐磨性要求。實踐證明以碳鋼做殼體內(nèi)復合磚板襯里的結(jié)構(gòu)是經(jīng)濟實用的措施。具體做法是:在殼體表面先做厚度3～5mm的搪鉛層作為襯里隔離層，里層為2～3層耐酸板襯里。如果僅做一層瓷板襯里，由于殼體受溫度變化敏感，產(chǎn)生熱脹冷縮，加上釜內(nèi)溫度、壓力的變化導致瓷板極易脫落。2～3層板襯里隔熱、防滲效果好，使殼體溫度變化緩慢，使襯里膠黏劑的黏接力能夠承受溫變產(chǎn)生的應力，瓷板不易脫落。

2.1 板材的選擇

里層因溫度相對較低可以選用耐酸瓷板，表層不但要承受稀酸的腐蝕還要承受較高的溫度變化，耐酸耐溫陶磚優(yōu)于耐酸瓷板。耐酸瓷板做表層時，使用一定時期后，在瓷板邊緣開始出現(xiàn)爆皮脫落。雙益公司有一臺反應釜襯里為二層瓷板外加一層陶磚，磚板襯里的壽命在5年以上。

表1 硫酸鋁生產(chǎn)中需要采取防腐措施的設備及管道

2.2 膠泥材料的選擇

里層可選呋喃膠泥或水玻璃膠泥，表層可選水玻璃膠泥。盡管水玻璃膠泥孔隙較大，在稀酸環(huán)境下抗?jié)B性降低，但是它具有較高的使用溫度(最高400℃)［2］，這是其它樹脂膠泥不具備的，是較高溫度下的表層膠泥首選。

2.3 攪拌槳材料的選擇

既要有良好的機械性能，又要有較高溫度下耐稀酸腐蝕性能，在常用的金屬、非金屬材料中，沒有一種特別適合的材料，仍以傳統(tǒng)的碳鋼表面搪鉛為首選。為了延長槳葉的使用壽命，應從適當降低攪拌速度入手，有資料表明，20%硫酸在24℃時鉛的腐蝕率當流速為1.5 m/s，鉛的腐蝕率就會急劇增加到0.26 mm/a左右，可以認為這就是硫酸鉛保護膜耐蝕性的極限［3］。反應釜攪拌漿所處的環(huán)境比上面要惡劣得多，物料中有稀酸，操作時有壓力，還有顆粒物對硫酸鉛保護膜的磨損。以槳葉邊緣半徑R=450 mm為例，當轉(zhuǎn)速分別為60、40、30 r/min時，槳葉邊緣速度分別為2.827、1.884、1.413 m/s，可見鉛層處于高腐蝕率環(huán)境下。雙益公司早期攪拌漿的轉(zhuǎn)速為60 r/min，最長使用四個月槳葉就被腐蝕需要更換，后將轉(zhuǎn)速降為40 r/min，槳葉的磨損腐蝕大為改善，可維持一年的使用時間。由于反應進行的先決條件是溫度、壓力、酸濃，其次是礦漿細度，而攪拌速度慢一些，不會影響反應物的充分接觸和反應的均衡進行，因此可以考慮將轉(zhuǎn)速降低到30 r/min。

2.4 物料管材質(zhì)選擇

物料管是指安裝在反應釜內(nèi)用于放出物料的管道，它承受反應物料的浸泡和磨損，屬于內(nèi)外表面均受腐蝕的管道，通常采用鋼管外表面搪鉛，管內(nèi)澆筑水玻璃耐酸膠泥，也可以采用鋼管鑄石襯里外表面搪鉛，由于特種玻璃鋼生產(chǎn)技術(shù)的普及應用，還可以采用特制的耐蝕、耐熱、耐磨玻璃鋼管道，比如芳香胺固化的玻璃鋼高壓管道可以在120℃條件下連續(xù)傳送，使用特種耐熱環(huán)氧樹脂體系，可以設計制造使用溫度高達160℃的產(chǎn)品。

2.5 反應釜出料管道材質(zhì)的選擇

可用不銹鋼管道(比如1Cr18Ni9Ti)，也可用玻璃鋼管道，還可以用鑄石襯里管道，建議直管部分采用酚醛樹脂玻璃鋼管道，而彎頭、三通選用鑄石管。

2.6 反應釜進料出料閥門的選擇

可供選擇的閥門種類有鉛襯里閥門、搪玻璃展式閥、不銹鋼展式閥、襯氟展式閥、鑄石閥等，同樣使用搪玻璃展式閥，加酸、加液、加泥漿管道上的閥門使用時間相對較長，而放料管道、排汽管道閥門使用壽命較短，原因有兩個方面，一是放料閥、排汽閥開啟時工作溫度較高，溫度變化次數(shù)多，閥體熱應力變化破壞了搪玻璃的附著力，二是閥門開度較小高速流體對閥體的沖擊力較大。破壞形式表現(xiàn)為閥頭頂部搪玻璃層脫落，閥門進口處出現(xiàn)環(huán)溝狀腐蝕。對于搪玻璃閥門只要表面遭到破壞，腐蝕速度是很快的，因此對于放料閥、排氣閥可以采用機械性能較好的閥門，比如不銹鋼展式閥、襯氟展式閥、鑄石閥等。出料管上位于沉降槽處的控制閥可用膠管閥。濃硫酸泵采用FSB－L型氟塑料合金離心泵。

3 沉降工序設備及管道選擇

沉降槽殼體采用碳鋼制作，隔離防滲層用黏結(jié)力較好的環(huán)氧玻璃鋼三層，里面為耐酸瓷板襯里(頭遍液兩層，洗滌液一層)，膠黏劑采用酚醛膠泥，此結(jié)構(gòu)襯里使用八年多，仍沒有出現(xiàn)腐蝕破壞。沉降槽內(nèi)的空氣攪拌管原用不銹鋼管(1Cr18Ni9Ti)，后改為PPR管效果不錯。對于溶液泵建議使用耐腐耐磨塑料泵，渣漿泵可采用耐腐耐磨塑料泵或橡膠襯里泵，塑料泵容易發(fā)生葉輪、蝸殼磨損，而后者在價格和耐磨性方面均較優(yōu)。溶液管道可以采用不銹鋼管、PPR管、玻璃鋼管。渣漿管道可用不銹鋼管、PPR管。閥門可用膠管閥或玻璃鋼閥門。選用時注意膠管閥不宜用在泵的進口管道上。

4 蒸發(fā)工序

4.1 蒸發(fā)器桶體防腐措施

桶體采用碳鋼焊制，搪鉛層做隔離層，里面做兩層耐酸瓷板襯里，膠黏劑為呋喃樹脂膠泥。設計桶體時盡量不要把桶底設計成平底，應選用橢圓底或圓錐底，平底鋼板在加熱時會出現(xiàn)變形導致凹凸不平，破壞瓷板襯里與桶底的黏結(jié)，導致底部瓷板脫落。

4.2 蒸發(fā)器換熱管的防腐措施

換熱管采用直徑不等的一組鈦盤管，鈦屬于活性—鈍性型金屬，也屬于自鈍化型金屬，它的耐蝕性取決于鈍化膜的穩(wěn)定性。鈦有明顯的吸氫現(xiàn)象，即便介質(zhì)中不含有氫氣，僅腐蝕過程中產(chǎn)生的氫，也可能出現(xiàn)這種情況，導致鈦變脆容易破裂［4］。為了使鈦管獲得持久的耐蝕性，可以采取陽極保護措施。鈦管的使用壽命還與操作使用情況有很大關系，一是蒸發(fā)時硫酸鋁溶液的鹽基度(堿式硫酸鋁含量)不能為酸性，鹽基度呈酸性的溶液在蒸發(fā)時對鈦管的腐蝕明顯加劇。有的廠家將中和工序從沉降工段后移到濃縮工段，使蒸發(fā)設備中的介質(zhì)呈堿性(鹽基性)，在硫酸鋁溶液介質(zhì)進入濃縮工段后，再加入定量的酸液進行中和，從而大大緩解了蒸發(fā)設備的腐蝕［5］。由于硫酸鋁產(chǎn)品標準pH值≥3，從2006年起雙益公司已經(jīng)取消了中和加酸操作，不影響產(chǎn)品質(zhì)量，減輕了對蒸發(fā)鈦管的腐蝕，同時簡化了操作。二是由于在蒸發(fā)操作中汽液兩相結(jié)合處，鈦管腐蝕嚴重，蒸發(fā)時液面高度要超過鈦盤管，使蛇盤管完全浸沒在溶液中處于陽極保護狀態(tài)下。同樣的鈦管使用不當，2～3年即可報廢，使用得當，8年以上沒問題。蒸發(fā)器加液管道可選不銹鋼管或PPR管，放料管道可以選用鋼絲膠管或玻璃鋼管。

5 溶液儲罐

可以選用全玻璃管儲罐;也可以采用碳鋼外殼內(nèi)糊環(huán)氧樹脂玻璃鋼，罐底最好做一層耐酸瓷板，便于清理罐底時保護玻璃鋼不受破壞。

6 濃縮液儲罐

采用鋼制外殼搪鉛襯里，在鉛層無保護的情況下，連續(xù)使用一年以上仍需要對鉛層檢查修補，建議做一層瓷板襯里，可以保護鉛層長期使用，減小維修量，同時起到一定的保溫作用。

7 渣漿儲池

可以選擇碳鋼內(nèi)磚板襯里結(jié)構(gòu)，也可以采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，不必另做防腐，攪拌槳葉采用18－8型不銹鋼即可。

8 橡膠帶真空過濾機

機架采用碳鋼防腐，傳動輥采用鋼襯橡膠，真空盒、加料盒等采用316L不銹鋼，集液排液系統(tǒng)及真空管道采用PP材料。濾布采用滌綸、丙綸等耐蝕、耐磨材料，但使用壽命很少超過6個月，需要繼續(xù)探索。

［1］何朝暉，楊玉梅，晏永祥，等.中國鋁鹽行業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］.無機鹽工業(yè)，2012(03):7－10.

［2］中華人民共和國化學工業(yè)部.HG/T20676－1990磚板襯里化工設備［S］.

［3］［日］硫酸協(xié)會編輯委員會編.硫酸手冊［M］.化學工業(yè)出版社，1983，2(2.1):142.

［4］段林峰，張志宇.化工腐蝕與防護［M］.北京:化學工業(yè)出版社，2011.

［5］李平.硫酸鋁溶液中和對蒸發(fā)設備腐蝕性的影響［J］.陜西化工，1998(3):39－40.

TQ050.9

B

1003－3467(2012)14/16－0039－04

2012－06－03

劉寶江(1964－)，男，從事硫酸、硫酸鋁生產(chǎn)技術(shù)管理工作，E－mail:baojiang188@163.com。