硫化鈉生產(chǎn)中熱溶工序的探討分析

華國(guó)友

(丹棱縣應(yīng)急管理局，四川眉山，620200)

硫化鈉，化學(xué)式為Na2S，俗稱硫化堿，廣泛應(yīng)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(guó)內(nèi)絕大部分廠家硫化鈉生產(chǎn)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(chǎn)中一個(gè)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(chǎn)需求，為此，一些熱溶的新工藝逐漸被開發(fā)應(yīng)用。本文針對(duì)熱溶新工藝進(jìn)行探討分析。

1 硫化鈉生產(chǎn)工藝流程

硫化鈉生產(chǎn)的主要化學(xué)反應(yīng)式為：Na2SO4+ 2C = Na2S + 2CO2。

硫化鈉目前生產(chǎn)工藝如圖1所示。無水硫酸鈉和料煤按一定比例(約10:3)進(jìn)行計(jì)量配比，混合后送入轉(zhuǎn)爐內(nèi)，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(zhì)量分?jǐn)?shù)65%—70%[1])。灰餅用低濃度的熱堿液(約80℃)[2]進(jìn)行熱溶解浸取，產(chǎn)生的濃堿液轉(zhuǎn)入澄清桶，堿渣(主要成分為不溶解的煤渣)經(jīng)多次熱水洗滌后綜合利用。靜置澄清后，澄清桶內(nèi)上層清液轉(zhuǎn)入蒸發(fā)工序進(jìn)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(jìn)行制片包裝，制得片狀硫化鈉產(chǎn)品。

澄清桶底部沉降下來的下層堿泥液轉(zhuǎn)入壓濾機(jī)，經(jīng)多次洗滌、壓濾，再經(jīng)烘干后綜合利用，洗滌水返回?zé)崛芄ば蚝拖茨嗷赜谩?/p>

轉(zhuǎn)爐產(chǎn)生的煙氣經(jīng)余熱鍋爐回收熱量、除塵、脫硫脫硝后達(dá)標(biāo)排放，熱溶尾氣經(jīng)洗滌后達(dá)標(biāo)排放。

余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽用于蒸發(fā)工序，蒸汽不足部分由另配設(shè)的鍋爐供給。

圖1 硫化鈉生產(chǎn)工藝流程圖

2 熱溶工藝介紹

硫化鈉生產(chǎn)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(jìn)入液相，并實(shí)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(gè)浸缸間歇操作，浸缸為地下缸，底部鋪設(shè)有孔不銹鋼板?；绎炗珊诨臆囍苯拥谷胧⒂袩嵯A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(zhuǎn)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(shí)長(zhǎng)。

(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(fēng)險(xiǎn)。

(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(qiáng)制通風(fēng)措施，但仍存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)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(zhuǎn)式熱溶

2.2.1 工藝流程

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

轉(zhuǎn)溶爐結(jié)構(gòu)如圖2所示。主要尺寸為直徑Φ=3.0m，L=9.0m，內(nèi)間隔布設(shè)洗渣導(dǎo)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(chǎn)上成功應(yīng)用。

圖2 轉(zhuǎn)式熱溶爐示意圖

2.2.2 優(yōu)點(diǎn)

(1)熱溶浸取耗時(shí)短。

(2)連續(xù)熱溶生產(chǎn)，且浸取溶解徹底，堿渣能達(dá)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(diǎn)

(1)轉(zhuǎn)溶爐采取單爐生產(chǎn)，無備用。

(2)尾氣產(chǎn)生量較大，熱損失較大。

(3)堿液濃度不易控制，波動(dòng)較大。

2.3 強(qiáng)化熱溶

在傳統(tǒng)自然浸取的基礎(chǔ)上，集轉(zhuǎn)式熱溶之長(zhǎng)處，研究提出強(qiáng)化熱溶工藝方案。

2.3.1 工藝流程

灰餅先經(jīng)粗破碎設(shè)備(≤10cm占95%)破碎后進(jìn)入熱溶槽中上部。熱溶浸取結(jié)束并靜置約30min后，濃堿液從熱溶槽中下部排出，再轉(zhuǎn)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(shè)備提升至洗渣槽(白水)，洗渣結(jié)束后再由提渣設(shè)備提升至渣斗，提渣過程中用熱水進(jìn)行洗滌，洗渣槽內(nèi)泥水采用真空帶式過濾。熱稀堿液由熱溶槽中部進(jìn)入，尾氣從頂部排出抽入尾氣洗滌塔。熱溶槽采用多臺(tái)并用。

熱溶槽結(jié)構(gòu)如圖3所示。主要尺寸為直徑Φ=3.0m，H=3.2m，內(nèi)布設(shè)三層攪拌，底部攪拌漿貼近槽底(起攪拌和刮渣作用)，并設(shè)置液位計(jì)。

圖3 熱溶槽示意圖

2.3.2 優(yōu)點(diǎn)

(1)由于有靜置過程，熱溶浸取時(shí)間稍長(zhǎng)。

(2)強(qiáng)制攪拌，浸取溶解徹底。

(3)廢氣產(chǎn)生量小，熱損失小。

(4)堿液濃度控制更簡(jiǎn)單。

2.3.3 缺點(diǎn)

粗破碎設(shè)備不易選擇。

3 兩種新工藝對(duì)比

轉(zhuǎn)式熱溶和強(qiáng)化熱溶兩種新工藝對(duì)比情況詳見表1。

表1 熱溶兩種新工藝對(duì)比

4 結(jié)語

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

(2)從生產(chǎn)裝置長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠運(yùn)行、自動(dòng)化控制、節(jié)能降耗和產(chǎn)品質(zhì)量方面考慮，強(qiáng)化熱溶工藝具有一定優(yōu)勢(shì)。

(3)硫化鈉生產(chǎn)中熱溶工序的四點(diǎn)建議：①?gòu)墓?jié)能降耗考慮，轉(zhuǎn)溶爐等相關(guān)設(shè)備要做好保溫。②目前普遍采用的螺旋提渣機(jī)故障率偏高，可考慮使用撈渣機(jī)。③強(qiáng)化熱溶若延長(zhǎng)靜置時(shí)間，可考慮將整個(gè)澄清工序替換。④若生產(chǎn)低鐵硫化鈉產(chǎn)品，可考慮在強(qiáng)化熱溶過程中添加絮凝劑，減少攪拌、靜置澄清時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。