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张家港市谱发机械制造有限公司

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虹吸刮刀离心机在钾肥生产中的应用技术

人气:发表时间:2018-09-13
    介绍了虹吸刮刀卸料离心机在冷分解—正浮选法生产钾肥过程中的应用。通过工艺改进和参数调整,该套离心设备能使粗钾再浆洗涤后的物料得到有效的固液分离,解决了正浮选工艺生产细粒钾肥( d <0. 07 mm)在脱水过程中的难题。应用结果表明:离心分离后所得滤饼水分质量分数≤9% ,最终产品氯化钾中水分质量分数≤2% ,产品纯度≥95% ,提高了细粒钾肥产品的质量和收率;自动化控制水平的应用,节省了大量人力和物力,产生了明显的经济和社会效益。
    在钾肥生产过程中,成品水分的控制极为关键,而有效控制成品水分的关键在于前工序离心机脱水效果的好坏。若离心脱水后滤饼中含湿量过高,其夹带精钾母液组分会在烘干系统中进一步结晶析出,影响最终产品质量,而且使生产成本增加。因此,离心机的选型和操作在脱水工序显得尤为重要。在20世纪90年代,正浮选法生产氯化钾装置中使用的离心机是卧式刮刀离心机,该设备因处理量小、脱水效率低和自动化程度不高等因素,无法满足正浮选工艺产品( d < 0. 07 mm)的自动化程度高的大规模生产;而在反浮选工艺中采用的卧式双级活塞推料离心机,因产品粒度的差异,仅局限于反浮选工艺氯化钾产品( d < 0. 2 mm) 的规模生产。2006年,青海盐湖元通钾肥有限公司建成投产20万t/ a氯化钾装置,首次将淀粉行业使用的自动化程度较高的虹吸式刮刀卸料离心机应用于钾肥的生产,经过多次试验和改进,现已逐步适应和满足正浮选法生产钾肥的脱水要求,滤饼中水分质量分数≤9%,所得氯化钾产品纯度达到95%以上、水分质量分数≤2%。
1 技术分析与选型依据
1. 1 不同工艺钾肥特性分析
    目前察尔汗盐湖氯化钾的生产主要采用冷分解—正浮选工艺和反浮选—冷结晶工艺,生产工艺的不同决定了最终产品氯化钾物理性能的差异和离心所得滤饼含湿量的不同。1)产品粒度存在差异。反浮选工艺生产氯化钾产品粒度大于0. 2 mm,而正浮选工艺生产氯化钾产品粒度小于0. 07 mm,两种工艺相比,反浮选工艺生产的氯化钾产品,其松散性、透气性、脱水性要好很多。
    2)原料中硫酸钙含量存在差异造成料浆黏稠度存在差异。正浮选法生产氯化钾,其生产原料旱采光卤石矿主要为钠盐池、调节池矿,原矿本身硫酸钙含量和泥沙含量较高,加之在浮选过程中添加了抑制剂羧甲基纤维素,增大了料浆的黏性,造成物料离心脱水困难;而反浮选法生产氯化钾,其生产原料为水采光卤石池矿,硫酸钙含量和泥沙含量少,因此精钾料浆不会对离心机造成大的影响。
    3)滤饼烘干条件存在差异。反浮选法生产氯化钾工艺,离心后滤饼水分质量分数≤9%;而正浮选法生产氯化钾过程中,精钾料浆因受粒度小、硫酸钙含量和泥沙含量高的影响,离心后滤饼水分质量分数≥10%。烘干系统,反浮选法采用的燃料为天然气,而正浮选法采用的燃料为煤气,其热效率的差异使正浮选产品水分含量难以控制在较低的水平。
1. 2 选型依据
    1)卧式虹吸刮刀卸料离心机是一种连续运转、间歇卸料的虹吸过滤式离心机。与普通刮刀卸料离心机相比,虹吸离心机的过滤推动力除离心机外,还有类似于真空的虹吸,故分离效果大大加强,产量也高得多(高40% ~60%) ,单台处理量为7~8 t/h,且分离后的固相含湿量更低,水分质量分数≤9%。
    2)适用于固相颗粒小、黏度高、过滤速度慢以及需对滤饼进行充分洗涤的物料的分离。
    3)残余滤饼层能够再生。通过反冲洗网可以改善滤饼和过滤介质的过滤性能。此外,进料前的反冲还可使物料分布更加均匀,从而降低进料时因进料不均匀而引起的不平衡。
    4)液压系统采用可编程序控制器( Pro2grammable Controller)联合控制,自动化程度高,动作准确可靠。
    5)隔振基础设计了减振垫,从而大大减小了机器振动对厂房及设备造成的危害,使安全性能更高。
2 设备应用中存在的问题与解决办法
2. 1 存在的问题
    1)离心机主进料时主机振频过大,达到20 ~30次/ s。主要原因是装置采用压缩空气密封,对于氯化钾物料密封效果不佳,物料穿透密封装置进入主机前轴承,造成前轴承磨损,润滑油变质加快,同时也造成后轴承的磨损,引起振动。
    2)虹吸管口磨损严重。与淀粉类物料相比,氯化钾物料更硬,且物料在虹吸室内高速旋转,虹吸管口严重磨损。虹吸管口被磨损后,虹吸室内底部滤液不能排出,液位升高造成离心机脱水能力降低,主机负荷随之增加,影响离心工序产品的产量及质量。
    3)离心机反冲水原设计使用精钾母液,因结晶严重,从而堵塞转鼓与虹吸室的斜向通孔,影响反冲装置的效能。
    4)离心机在出厂时,该网络为DH485 网,不是INTERNET网,无法与主控室上位机(position machine)建立连接,设备的操作主要实行手动操作。
2. 2 解决办法
    1)将气密封改为迷宫密封,迷宫密封为5 道,阻止物料进入主轴。
    2)针对虹吸管口材质硬度不足的情况, 用高强度材质钢板对其进行加固处理;将虹吸液管径由原来的75 mm 改为100 mm,减小了抽吸虹吸液的阻力。
    3 ) 原设计反冲使用的虹吸液为精钾母液,其各组分含量为: w (KCl) =11. 17% , w (NaCl)= 13. 61% , w (MgCl2 )= 3. 04%,w (CaSO4 )= 0. 40%。精钾母液中盐含量较高,容易析出结晶物阻塞和腐蚀管道,故将反冲用精钾母液改为淡水。另外,将虹吸液管的排出口由高位改为低位,避免了虹吸液倒流对脱水过程的影响。
    4)反冲淡水的使用虽然解决了虹吸管道的磨损、反冲结晶和管道腐蚀等问题,但淡化了精钾母液。在将淡化了的精钾母液泵送返回分解工序进行回收的过程中,导致分解淡水量偏高,影响分解指标,因此要将反冲淡水量按小时折算计入到分解淡水量中去,且精钾母液量要按70%淡水量计算入分解淡水量中,才能保证分解工序的稳定性。
    5)实现了主控室对离心机的操作、实时监控和参数的修改,降低了工人的劳动强度,节省了劳动力, 12台离心机只需4人现场操作即可;而卧式刮刀离心机多数为手动操作,必须在单台单人操作下进行加料、卸料控制,工作效率很低。
3 工艺控制和操作要点
    1)水平带式过滤机(以下简称水平带机)滤饼氯化钠含量对离心机进料料浆浓度有影响。离心机进料料浆固相质量分数控制在40% ~60%为宜,固相质量分数过高会造成洗涤效果不好,过低会造成进料过快使离心机产生“拉稀”现象,且造成钾损失增大。洗涤料浆固相质量分数的控制主要与水平带机滤饼中氯化钠含量和含湿量的高低有关,氯化钠含量的高低决定着洗涤水量的大小。图1为在水平带机滤饼量一定时,同倍理论洗涤水量下,氯化钠含量与进料料浆固相质量分数的关系。由图1可知,随着水平带机滤饼氯化钠含量的增大,进料料浆固相质量分数逐渐降低,二者呈线性反比关系。回归方程为: y = - 2. 728 2x + 82. 369, R 2 = 0. 980 5,且方程拟合程度较好。故得出将水平带机滤饼指标控制为: w ( KCl) > 64% , 9% < w (NaCl) ≤15%,w (MgCl2 ) < 4% , w (CaSO4 ) < 1% ,水分质量分数控制在16%以下较好。这样即能满足水平带机有好的过滤效果,也能使物料得到充分的洗涤,达到离心机进料固相质量分数在40%~60%的要求。
图1 带机滤饼氯化钠含量与洗涤料浆固相质量分数的关系
    图1 带机滤饼氯化钠含量与洗涤料浆固相质量分数的关系
    2)离心机滤布孔径的确定。滤布过滤孔径按所分离物料的颗粒直径及粒径分布状态来确定,一般选择滤布孔径稍大于所要截留的颗粒直径。在过滤的最初阶段有少量的小颗粒穿滤,当所截留的较大颗粒搭桥形成滤饼层后,就可以消除穿滤现象,有助于提高过滤效率。
    在正浮选法生产钾肥过程中,生产得到的氯化钾产品粒度较细,离心机滤布的选择主要以再浆洗涤后固相组分粒级的分布情况来确定。取再浆洗涤物料进行固液分离, 脱去母液后在烘箱中于105 ℃ ±5 ℃烘干30 min,然后置于干燥器中冷却。称量固相物料2 000 g,以无水乙醇做筛分介质进行筛分,筛分结果见表1。
表1 离心机进料固相物分级筛分试验数据
    表1 离心机进料固相物分级筛分试验数据
    由表1可以看出: ①粒经≤0. 038 mm的物料质量占物料总质量的31. 81% ,此粒度下KCl质量占KCl总质量的31. 80% , 此粒度下CaSO4 质量占CaSO4 总质量的51. 38%; ②粒经在0. 038 ~0. 048 mm的物料质量占总质量的25. 75%,此粒度下KCl质量占总KCl质量的25. 71%; ③粒径大于0. 038 mm的物料质量占总质量的68. 19%。由此可见,选择滤布孔径在0. 038 mm较适宜,可以减小跑漏损失。滤布建议采用单丝双层复合滤布,过滤面经砑光处理,以减小滤布堵塞的可能和提高滤布的再生性能,增大其透气量,以提高氯化钾产品的质量,降低滤饼含湿量。为节省成本,在修旧利废上,使用旧的水平带机滤布作为离心机滤布。
    3)离心机各操作工序时间的控制。离心机的各个操作工序如反冲、进料、撇液、脱水和卸料等均可在工作转速下进行自动控制。按照物料的性质将进料次数设为2次,控制时间分别为40 s和30 s;脱水为2次,控制时间均为30 s; 虹吸与进料同步进行;撇液与脱水同步进行; 反冲在每台离心机卸料10次时进行1次,控制时间为60 s。
    4)通过对带机滤饼工艺指标和操作参数的控制,离心机在固液分离效率上有了很大改观,经取样分析,滤饼水分质量分数均低于9% ,完全达到指标要求(见表2) 。
表2 某生产期离心机滤饼分析数据
    表2 某生产期离心机滤饼分析数据
    5)原先使用卧式刮刀离压机,所得滤饼水分质量分数在15%左右,有时高达20% ,最终产品中水分质量分数≤6%,严重影响了产品质量;而使用虹吸刮刀离心机后,所得滤饼中水分质量分数≤9%,最终产品中水分质量分数≤2%。
4 结论
    通过对虹吸刮刀卸料离心机脱水工艺管线的改进和滤布的选型,并严格控制生产工艺指标,使得虹吸刮刀卸料离心机在正浮选工艺钾肥生产中得到了有效的利用,并取得了很大的成功,解决了公司在生产细粒钾肥过程中物料脱水的难题,提高了设备的使用效率。自动化控制水平的应用,节省了大量人力和物力,产生了明显的经济和社会效益。



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