廢鹽蒸發(fā)分質(zhì)結(jié)晶工藝改造研究

黃和風(fēng)

（昌德新材科技股份有限公司，湖南 岳陽(yáng) 414000）

目前，我國(guó)廢鹽年產(chǎn)生量超過2 000 萬(wàn)t，約占國(guó)內(nèi)危廢總量的26%。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)催生大量廢鹽。廢鹽分為可利用廢鹽和危險(xiǎn)廢鹽，可利用廢鹽含鹽量大于85%，除了包括溶解性無機(jī)鹽離子，還含有難處理的大分子有機(jī)污染物以及質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于3.5%的總?cè)芙庑怨腆w物（TDS）[1]，直接排放會(huì)污染環(huán)境，造成惡劣影響。因此，合理處置廢鹽已成為我國(guó)工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。改造前，湖南省某企業(yè)5 萬(wàn)t/a 廢鹽處置項(xiàng)目采用高溫?zé)峤?精制除渣+蒸發(fā)結(jié)晶的組合處理工藝處置廢鹽，處理工藝共使用2 套熱解裝置、3 套混凝沉淀過濾裝置、4 套蒸發(fā)結(jié)晶裝置，由于蒸發(fā)結(jié)晶裝置沒有分質(zhì)系統(tǒng)，該工藝只能處理單質(zhì)廢鹽，無法處理混合廢鹽。2020 年，該企業(yè)對(duì)蒸發(fā)結(jié)晶裝置進(jìn)行改造，工藝調(diào)整為蒸發(fā)分質(zhì)結(jié)晶，使用4 套蒸發(fā)結(jié)晶裝置和2 套冷凍結(jié)晶裝置，改造后混合廢鹽的處理能力大幅度提高。本文結(jié)合具體廢鹽處置項(xiàng)目，分析蒸發(fā)分質(zhì)結(jié)晶工藝改造，從而實(shí)現(xiàn)廢鹽資源化利用。

1 蒸發(fā)分質(zhì)結(jié)晶技術(shù)

分質(zhì)結(jié)晶是混合廢鹽實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化的最重要一環(huán)。蒸發(fā)分質(zhì)結(jié)晶技術(shù)主要是將濃鹽水中氯化鈉、硫酸鈉等鹽以工業(yè)產(chǎn)品的形式提煉而出，實(shí)現(xiàn)廢鹽資源化，同時(shí)二次冷凝水全部回用，提高水的回用率。水與鹽的濃縮與分質(zhì)是蒸發(fā)分質(zhì)結(jié)晶技術(shù)的關(guān)鍵[2]。

1.1 蒸發(fā)分質(zhì)結(jié)晶系統(tǒng)構(gòu)成

廢鹽蒸發(fā)分質(zhì)結(jié)晶系統(tǒng)主要由6 部分構(gòu)成，即蒸汽冷凝及回收系統(tǒng)、蒸發(fā)系統(tǒng)、冷凍結(jié)晶系統(tǒng)、熱量循環(huán)利用系統(tǒng)、高壓沖洗水系統(tǒng)、真空不凝氣外排系統(tǒng)等。

1.2 蒸發(fā)分質(zhì)結(jié)晶工藝流程

廢鹽經(jīng)熱解精制后的飽和混鹽溶液，通過硝蒸發(fā)系統(tǒng)、冷凍系統(tǒng)、鹽蒸發(fā)系統(tǒng)、母液噴霧干燥系統(tǒng)等處理，回收有用的鹽資源。廢鹽經(jīng)熱解精制后的飽和混鹽溶液進(jìn)入緩沖池，調(diào)節(jié)混鹽至所需濃度后，飽和混鹽溶液經(jīng)過凝水預(yù)熱器1 加熱后進(jìn)入硝強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行蒸發(fā)。飽和混鹽溶液達(dá)到濃度后析出一部分鹽，硝晶漿泵連續(xù)穩(wěn)定輸送過飽和混鹽溶液至硝稠厚器，降溫增稠后的物料進(jìn)入離心機(jī)離心分離硫酸鈉，這部分硫酸鈉由刮板輸送機(jī)輸送至圓盤干燥機(jī)進(jìn)行干燥，干燥后的元明粉進(jìn)入自動(dòng)包裝機(jī)打包，離心母液經(jīng)過一級(jí)預(yù)冷器和二級(jí)預(yù)冷器后進(jìn)入冷凍結(jié)晶系統(tǒng)；降溫后的混鹽溶液繼續(xù)析出硝固體，飽和混鹽溶液通過冷凍出料泵輸送至冷凍稠厚器，增稠后的物料進(jìn)入離心機(jī)離心分離硝，這部分硝循環(huán)套用至原料罐，離心母液經(jīng)過預(yù)冷器和冷凍裝置冷卻后，上層清液溢流至凝水預(yù)熱器2 預(yù)熱后進(jìn)入鹽蒸發(fā)系統(tǒng)，下層含芒硝溶液進(jìn)入離心機(jī)離心分離出硝固體循環(huán)套用至原料罐；飽和混鹽溶液進(jìn)入鹽強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行蒸發(fā)，飽和混鹽溶液達(dá)到濃度后析出一部分鹽，通過鹽晶漿泵輸送至鹽稠厚器，增稠后的物料進(jìn)入離心機(jī)離心分離氯化鈉，部分母液返回鹽蒸發(fā)系統(tǒng)繼續(xù)蒸發(fā)，另一部分母液送入硝蒸發(fā)系統(tǒng)繼續(xù)蒸發(fā)。工藝流程如圖1所示。

圖1 蒸發(fā)分質(zhì)結(jié)晶改造工藝流程

1.3 工藝的先進(jìn)性

改造技術(shù)具有6 個(gè)優(yōu)勢(shì)。蒸發(fā)分質(zhì)結(jié)晶系統(tǒng)采用強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)工藝，強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)系統(tǒng)能夠有效防止換熱器堵管風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)能夠減緩換熱面污垢形成速度，提高傳熱效率，有效延長(zhǎng)設(shè)備連續(xù)運(yùn)行時(shí)間，降低設(shè)備清洗次數(shù)；蒸發(fā)分質(zhì)結(jié)晶采用DTB 型結(jié)晶器，可有效增加系統(tǒng)硫酸鈉鹽和氯化鈉粒徑，提高這兩種鹽的純度，有利于結(jié)晶鹽的離心分離；二次汽系統(tǒng)采用壓縮機(jī)再壓縮，蒸汽再壓縮技術(shù)對(duì)低品質(zhì)的二次汽進(jìn)行壓縮后升溫升壓，將其作為硝蒸發(fā)系統(tǒng)和鹽蒸發(fā)系統(tǒng)的熱源，降低系統(tǒng)能耗；離心濃縮液采用噴霧干燥方式，外排離心濃縮母液直接干燥，分離水分和固體鹽，真正做到系統(tǒng)零廢液外排；關(guān)鍵設(shè)備蒸發(fā)分離器選型設(shè)計(jì)時(shí)，增加結(jié)晶器的直徑與有效分離高度，將二次氣速控制在1.5 m/s 以下，保證霧沫沉降，有效防止泡沫夾帶料液，同時(shí)大大降低冷凝水?dāng)y帶腐蝕離子的濃度，保證冷凝水的品質(zhì)；增大分離器儲(chǔ)料容積，加大分離器的分離空間和面積，最大限度地減少受熱的料液短路，使加熱后的料液能夠充分閃發(fā)，保證系統(tǒng)的蒸發(fā)量。

2 廢鹽蒸發(fā)分質(zhì)結(jié)晶工藝改造

本次工程改造的對(duì)象是混鹽蒸發(fā)結(jié)晶裝置，該混合廢鹽含有NaCl+NaSO4（85%）、有機(jī)物（8%）、水分（3%）和雜質(zhì)（4%）。經(jīng)熱解+精制工藝處理后，進(jìn)入蒸發(fā)分質(zhì)結(jié)晶工序進(jìn)一步處理，處理后的鹽溶液中總有機(jī)碳含量較低，分離的芒硝干燥后得到元明粉，它可以達(dá)到《工業(yè)無水硫酸鈉》（GB/T 6009—2014）的一等品標(biāo)準(zhǔn)[3]，分離的氯化鈉經(jīng)干燥后可以達(dá)到《工業(yè)鹽》（GB/T 5462—2015）的工業(yè)干鹽一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[4]，分離的氯化鈉鹽水可以達(dá)到進(jìn)離子膜燒堿精制一次鹽水的要求[5]。

廢鹽熱解、精制后的混鹽溶液經(jīng)原凝水預(yù)熱器換熱至60 ℃送入鹽蒸汽機(jī)械再壓縮（MVR）裝置，蒸發(fā)濃縮后的過飽和鹽溶液經(jīng)稠厚器增稠，增稠后的鹽溶液進(jìn)入離心機(jī)離心分離出含水率15%的濕鹽，濕鹽干燥后得到較純的鹽。原工藝流程不能處理混鹽，因此將原處理系統(tǒng)改造為在凝水預(yù)熱器與鹽MVR 蒸發(fā)裝置間增加硝MVR 蒸發(fā)系統(tǒng)和冷凍結(jié)晶系統(tǒng)，以增加系統(tǒng)處理混鹽的能力，得到可用的元明粉等資源。

改造后，飽和混鹽溶液送入硝MVR 蒸發(fā)裝置蒸發(fā)濃縮，然后經(jīng)稠厚器增稠，增稠后的鹽溶液進(jìn)入離心機(jī)離心分離出芒硝，芒硝干燥后得到純度99%的元明粉。系統(tǒng)需要增加硝MVR 蒸發(fā)濃縮裝置、芒硝增稠器、母液罐、芒硝離心機(jī)、芒硝干燥及包裝裝置?；禧}溶液經(jīng)硝MVR 蒸發(fā)濃縮裝置后，硫酸鈉含量得到較大提升，經(jīng)稠厚器降溫至5 ℃以下，此時(shí)混鹽溶液硫酸鈉含量大于5.5%。經(jīng)稠厚器降溫后，混鹽溶液有大量的芒硝晶體析出，以便后續(xù)離心機(jī)離心分離芒硝。芒硝通過加料機(jī)后進(jìn)入流化床，在熱風(fēng)的推動(dòng)下快速干燥，干燥器干燥后進(jìn)行冷卻，得到合格產(chǎn)品（水分含量不大于0.5%）。

系統(tǒng)需要增加兩級(jí)預(yù)冷器、冷凍結(jié)晶裝置、稠厚器、離心機(jī)、母液罐等裝置。硝蒸發(fā)系統(tǒng)離心出的濃縮液自流至母液罐，母液罐中有30%的濃縮液循環(huán)套用至硝MVR 蒸發(fā)裝置，其余70%濃縮液輸送至兩級(jí)預(yù)冷器進(jìn)行降溫，冷卻至0 ℃。第二級(jí)預(yù)冷器上層溶液溢流至鹽MVR 蒸發(fā)系統(tǒng)的凝水預(yù)熱器升溫至55 ℃，然后進(jìn)入鹽MVR 蒸發(fā)裝置。第二級(jí)預(yù)冷器下層稠溶液自流進(jìn)入冷凍結(jié)晶裝置降溫冷卻至-5 ℃，冷凍降溫后自流至增稠器增濃，然后進(jìn)入離心機(jī)離心分離，稠厚器上清液溢流至母液罐。芒硝干燥出的尾氣進(jìn)入尾氣處理裝置，尾氣處理裝置由活性炭吸附裝置和洗滌塔組成，干燥尾氣經(jīng)活性炭吸附和洗滌塔處理后達(dá)標(biāo)排放。蒸發(fā)分質(zhì)結(jié)晶工藝主要處理以NaSO4和NaCl 為溶質(zhì)的混鹽溶液，試生產(chǎn)結(jié)果表明，產(chǎn)品能達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。根據(jù)溶解度的不同，該工藝將濃鹽水分步析出、結(jié)晶，得到較純凈的結(jié)晶鹽[6]，實(shí)現(xiàn)廢鹽資源化處理。

3 結(jié)論

當(dāng)前，我國(guó)廢鹽年產(chǎn)生量超過2 000 萬(wàn)t，若這些廢鹽能得到充分利用，則能減少環(huán)境污染。廢鹽蒸發(fā)分質(zhì)結(jié)晶工藝能從根本上實(shí)現(xiàn)廢鹽資源化處理，具有良好的發(fā)展前景，是未來廢鹽資源化利用的必然趨勢(shì)。但是，廢鹽具有特殊性，同時(shí)工業(yè)級(jí)Na2SO4和NaCl 的價(jià)格并不高，結(jié)晶產(chǎn)品的認(rèn)證也缺乏相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，阻礙其作為商品真正實(shí)現(xiàn)資源化。因此，如何打開分質(zhì)結(jié)晶產(chǎn)品的銷路同樣是解決廢鹽資源化利用問題的關(guān)鍵。