淺談氯化鎂高濃高溫鹵水造粒工藝中的離心機(jī)運(yùn)行研究

張玉山

(青海鹽湖鎂業(yè)有限公司, 青海 格爾木 816000)

1 工藝簡(jiǎn)述

從氯化鎂精制鹵水脫水制取無(wú)水氯化鎂工藝中，濕顆粒在熱空氣氛圍干燥中由于水解反應(yīng)的存在，只能脫至兩摩爾結(jié)晶水，深度脫水必須在氯化氫氛圍下才能脫除，得到的無(wú)水氯化鎂作為電解鎂的原料，此工藝目前被認(rèn)為是一種清潔型金屬鎂生產(chǎn)工藝，但在空氣脫水及氯化氫氛圍脫水之前，精制的氯化鎂鹵水必須濃縮至51%氯化鎂(約4.8個(gè)結(jié)晶水)，并且制成一定粒度范圍的小顆粒才能進(jìn)入沸騰床內(nèi)干燥。如果粒徑范圍不合適或水分過(guò)高將直接影響到沸騰爐的運(yùn)行周期，顆粒過(guò)大會(huì)在沸騰爐中發(fā)生爆炸，顆粒中心的六水氯化鎂脫水產(chǎn)生的蒸汽壓大于顆粒的強(qiáng)度會(huì)導(dǎo)致顆粒爆炸產(chǎn)生大量粉塵堵塞沸騰爐塔盤(pán)；顆粒過(guò)小會(huì)被抽到尾氣洗滌塔中造成損失及洗滌塔結(jié)晶。

濃縮鹵水借助離心力穿過(guò)離心機(jī)轉(zhuǎn)筒上的小孔，轉(zhuǎn)筒的高速旋轉(zhuǎn)使液體形成微小的液滴。小液滴以平均速度沿著轉(zhuǎn)筒切徑方向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)液滴又受到自身重力作用而下落。液滴下落過(guò)程中與通過(guò)百葉窗引入的環(huán)境空氣(冷卻氣流)逆流接觸，與塔頂開(kāi)孔的冷卻氣流并向接觸，從而控制顆粒以理想的傘狀軌跡下落，以及控制塔頂排出的尾氣溫度在80 ℃以下，防止造粒塔頂部涂層熔化。隨著滴狀鹵水的冷卻晶化，形成固態(tài)顆粒。

2 離心機(jī)運(yùn)行影響因素

2.1 轉(zhuǎn)速的影響

在造粒過(guò)程中，旋轉(zhuǎn)速度是一個(gè)很重要的操作參數(shù), 旋轉(zhuǎn)速度常用于調(diào)整顆粒尺寸，以使其分布在規(guī)定0.20 mm～1.2 mm范圍內(nèi)，并用來(lái)補(bǔ)償離心機(jī)孔腐蝕而帶來(lái)的尺寸增加。顆粒的尺寸通過(guò)提高離心機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)降低，如果不合格的大顆粒(>1.2 mm)數(shù)量增多，則離心機(jī)需要更換籃盤(pán)。但是轉(zhuǎn)速不能無(wú)限增大，轉(zhuǎn)速過(guò)大，小液滴會(huì)沿水平方向直接甩到造粒塔塔壁上沉積，達(dá)一定厚度后掉落砸到底部運(yùn)輸機(jī)上造成破壞，如頻繁清洗塔壁會(huì)影響到產(chǎn)能。所以，轉(zhuǎn)速需控制在一定范圍內(nèi)。但在操作過(guò)程中，轉(zhuǎn)速即使不變，顆粒的尺寸也會(huì)逐漸增加，其原因是離心機(jī)甩筒壁上的小孔受到不斷磨蝕所致。

2.2 旋轉(zhuǎn)方向的影響

使用交替旋轉(zhuǎn)以增加離心機(jī)轉(zhuǎn)筒的壽命。例如在每次洗滌周期后，通過(guò)改變旋轉(zhuǎn)方向可能會(huì)避免孔洞的不對(duì)稱腐蝕，并在由不合格顆粒含量增加而導(dǎo)致的離心旋轉(zhuǎn)桶替換之前延長(zhǎng)時(shí)間。旋轉(zhuǎn)方向?qū)α髁糠植己臀词褂眯D(zhuǎn)筒的液位并沒(méi)有顯著的影響。然而，使用旋轉(zhuǎn)筒并且有侵蝕孔時(shí)，旋轉(zhuǎn)方向扮演了很重要的角色。正常操作相比(順時(shí)針)，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致更高的孔流量，并且降低離心機(jī)內(nèi)部的液位。這種影響被分配到由于侵蝕而產(chǎn)生的孔的不對(duì)稱形狀。

2.3 總液體流量的影響

增加總流量可以增加離心機(jī)的孔流量和液位。然而，孔流量被影響的程度稍微小。垂直流量分布變得更加規(guī)則，可能會(huì)導(dǎo)致更規(guī)則的顆粒尺寸分布。

以下為對(duì)于小孔按不同流量增加的順序(單位橫截面面積的容積流量)下不同的射流分散機(jī)理。

(1)滲漏。在低流量(或者較高的重力情況)下，轉(zhuǎn)筒上的孔可能沒(méi)有完全充滿液體。液體在不規(guī)則的時(shí)間間隔從孔滲漏，也就導(dǎo)致了較寬泛的液滴尺寸分布的形成。

(2)滴落。在較高流量下，孔被液體完全充滿，而且具有相對(duì)窄的尺寸分布的液滴在規(guī)則的時(shí)間間隔內(nèi)形成。液滴的尺寸很大程度上取決于孔的尺寸以及液體與噴嘴之間的浸濕程度。

(3)層流射流分散。在更高的流量下，射流形成并且液滴的形成從孔轉(zhuǎn)移到射流底部。在這機(jī)理中，液滴由于逐步增長(zhǎng)的不穩(wěn)定波而形成。一般來(lái)說(shuō)這些液滴具有非常窄的尺寸分布并且比孔大，僅被微小液滴的形成干擾。

(4)正弦波。進(jìn)一步增大流量會(huì)導(dǎo)致射流的螺旋形的變形。產(chǎn)生的液滴尺寸與孔的直徑相似，并且具有寬泛的尺寸分布。

(5)湍流射流分散。在非常高的流量下，湍流射流產(chǎn)生并導(dǎo)致更小的具有寬泛尺寸分布的液滴的形成。液滴的尺寸主要被出口速度影響。

因此，在層流射流機(jī)理下操作時(shí)最有利的，產(chǎn)生的液滴的尺寸分布比在其他任何機(jī)理下都窄。平均液滴尺寸由孔的直徑以及離心機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度共同決定，其中離心機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度影響射流的拉伸率。

2.4 侵蝕的影響

顆粒尺寸的分布不僅是孔的流量和離心機(jī)壁面切向速度的函數(shù)?！板缧恰备g在孔的進(jìn)口側(cè)形成，進(jìn)口與旋轉(zhuǎn)方向相反。帶有侵蝕孔的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)顯著地增加了孔的流量，將會(huì)影響顆粒的尺寸分布并進(jìn)而導(dǎo)致造粒塔壁面上的沉積率的增加。一旦壁面的沉積率或者顆粒尺寸分布變得不可接受，旋轉(zhuǎn)筒必須更換。

2.5 料入口條件的影響

離心機(jī)內(nèi)流量的目視檢查表明，在所有的運(yùn)行條件下，離心機(jī)內(nèi)部都會(huì)有氣泡出現(xiàn)。判斷可能是由于阻止空氣逆向流動(dòng)的流速太低而引起的，如果液體的流速低于在垂直管的出口中形成的空氣氣泡的上升速度，轉(zhuǎn)筒內(nèi)氣泡過(guò)多形成大量過(guò)細(xì)顆粒。這可以通過(guò)降低管道的橫截面或者增加流量可以避免這種方式的空氣夾帶。但是金屬鎂生產(chǎn)中離心機(jī)轉(zhuǎn)筒內(nèi)的氣泡不是因?yàn)殡x心機(jī)內(nèi)氣泡的形成，而是因?yàn)樵炝ｋx心機(jī)上游設(shè)備的氣泡夾帶，以及上游設(shè)備中由于蒸汽未及時(shí)分離出去，在離心機(jī)轉(zhuǎn)筒內(nèi)降至大氣壓，高溫鹵水再次由于壓力降低再次沸騰產(chǎn)生大量氣泡。

3 結(jié)束語(yǔ)

1)離心機(jī)轉(zhuǎn)筒使用壽命

①交替的旋轉(zhuǎn)。通過(guò)規(guī)律地改變旋轉(zhuǎn)方向(比如24 h)可能可以避免孔的不對(duì)稱磨損而且增加離心機(jī)轉(zhuǎn)筒的使用壽命。只有在順時(shí)針導(dǎo)致高的孔流量時(shí)才使用逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，并且逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)會(huì)導(dǎo)致較大的顆粒。這是由與旋轉(zhuǎn)方向相反的剪切邊緣引起的，并且其把大量的液體轉(zhuǎn)移到孔內(nèi)。通過(guò)經(jīng)常更改旋轉(zhuǎn)方向，由于孔被均勻地磨損就可以避免發(fā)生這種影響，最終會(huì)導(dǎo)致孔具有圓形的入口，這種圓形的入口會(huì)提供更光滑的穿過(guò)孔的液流因而會(huì)促進(jìn)層流射流的形成。

②選擇一個(gè)更耐沖刷侵蝕的材料?？赘浇摹板缧恰钡男纬杀患僭O(shè)成是由沖刷侵蝕引起。在金屬鈦表面形成的薄的鈍化層被侵蝕移除，那么無(wú)鈍化層保護(hù)的材料將被侵蝕。選擇對(duì)沖刷侵蝕更低敏感度的材料可以通過(guò)降低孔的侵蝕率來(lái)增加離心機(jī)的使用壽命?？煽紤]選用材料 鎳基合金碳-2000。

③旋轉(zhuǎn)擋板的安裝。通過(guò)安裝在與壁面相同角速度下旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)擋板可以降低壁面和液體之間的相對(duì)速度，并且降低沖刷侵蝕的風(fēng)險(xiǎn)。然而，帶有旋轉(zhuǎn)擋板的與標(biāo)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)筒相比具有更高并且不大均勻的孔流量分布，這將影響顆粒尺寸分布，還待測(cè)試。

2)減少轉(zhuǎn)鼓中汽蝕現(xiàn)象的操作條件

①與上游的脫氣容器中的大氣壓相比，要保持轉(zhuǎn)鼓中壓力始終較低(微負(fù)壓：-5 Pa～-10 Pa)。

②對(duì)在脫氣容器以及離心機(jī)之間的溶液進(jìn)行輕微的冷卻(幾攝氏度左右)。 消除轉(zhuǎn)鼓中汽蝕現(xiàn)象，是能夠獲得轉(zhuǎn)股增加使用壽命的解決途徑之一。