虹吸刮刀離心機在鉀肥生產中的應用技術
                                                  張生富
                    (青海鹽湖元通鉀肥有限公司,青海格爾木816000)
    摘　要：介紹了虹吸刮刀卸料離心機在冷分解—正浮選法生產鉀肥過程中的應用。通過工藝改進和參數調整,該套離心設備能使粗鉀再漿洗滌后的物料得到有效的固液分離,解決了正浮選工藝生產細粒鉀肥(d<0. 07 mm)在脫水過程中的難題。應用結果表明:離心分離后所得濾餅水分質量分數≤9%,最終產品氯化鉀中水分質量分數≤2%,產品純度≥95%,提高了細粒鉀肥產品的質量和收率;自動化控制水平的應用,節省了大量人力和物力,產生了明顯的經濟和社會效益。
    關鍵詞：虹吸刮刀離心機;鉀肥生產;固液分離
    中圖分類號：TQ051. 84　　文獻標識碼：A　　文章編號： 1006-4990(2010)12-0060-03
    在鉀肥生產過程中,成品水分的控制極為關鍵,而有效控制成品水分的關鍵在于前工序離心機脫水效果的好壞。若離心脫水后濾餅中含濕量過高,其夾帶精鉀母液組分會在烘干系統中進一步結晶析出,影響最終產品質量,而且使生產成本增加。因此,離心機的選型和操作在脫水工序顯得尤為重要。在20世紀90年代,正浮選法生產氯化鉀裝置中使用的離心機是臥式刮刀離心機,該設備因處理量小、脫水效率低和自動化程度不高等因素,無法滿足正浮選工藝產品(d<0. 07 mm)的自動化程度高的大規模生產;而在反浮選工藝中采用的臥式雙級活塞推料離心機,因產品粒度的差異,僅局限于反浮選工藝氯化鉀產品(d<0. 2 mm)的規模生產。2006年,青海鹽湖元通鉀肥有限公司建成投產20萬t/a氯化鉀裝置,首次將淀粉行業使用的自動化程度較高的虹吸式刮刀卸料離心機應用于鉀肥的生產,經過多次試驗和改進,現已逐步適應和滿足正浮選法生產鉀肥的脫水要求,濾餅中水分質量分數≤9%,所得氯化鉀產品純度達到95%以上、水分質量分數≤2%。
    1　技術分析與選型依據
    1. 1　不同工藝鉀肥特性分析
    目前察爾汗鹽湖氯化鉀的生產主要采用冷分解—正浮選工藝和反浮選—冷結晶工藝,生產工藝的不同決定了最終產品氯化鉀物理性能的差異和離心所得濾餅含濕量的不同。1)產品粒度存在差異。反浮選工藝生產氯化鉀產品粒度大于0. 2 mm,而正浮選工藝生產氯化鉀產品粒度小于0. 07 mm,兩種工藝相比,反浮選工藝生產的氯化鉀產品,其松散性、透氣性、脫水性要好很多。2)原料中硫酸鈣含量存在差異造成料漿黏稠度存在差異。正浮選法生產氯化鉀,其生產原料旱采光鹵石礦主要為鈉鹽池、調節池礦,原礦本身硫酸鈣含量和泥沙含量較高,加之在浮選過程中添加了抑制劑羧甲基纖維素,增大了料漿的黏性,造成物料離心脫水困難;而反浮選法生產氯化鉀,其生產原料為水采光鹵石池礦,硫酸鈣含量和泥沙含量少,因此精鉀料漿不會對離心機造成大的影響。3)濾餅烘干條件存在差異。反浮選法生產氯化鉀工藝,離心后濾餅水分質量分數≤9%;而正浮選法生產氯化鉀過程中,精鉀料漿因受粒度小、硫酸鈣含量和泥沙含量高的影響,離心后濾餅水分質量分數≥10%。烘干系統,反浮選法采用的燃料為天然氣,而正浮選法采用的燃料為煤氣,其熱效率的差異使正浮選產品水分含量難以控制在較低的水平。
    1. 2　選型依據
    1)臥式虹吸刮刀卸料離心機是一種連續運轉、間歇卸料的虹吸過濾式離心機。與普通刮刀卸料離心機相比,虹吸離心機的過濾推動力除離心機外,還有類似于真空的虹吸,故分離效果大大加強,產量也高得多(高40% ~60% ),單臺處理量為7~8 t/h,且分離后的固相含濕量更低,水分質量分數≤9%。
    2)適用于固相顆粒小、黏度高、過濾速度慢以及需對濾餅進行充分洗滌的物料的分離。3)殘余濾餅層能夠再生。通過反沖洗網可以改善濾餅和過濾介質的過濾性能。此外,進料前的反沖還可使物料分布更加均勻,從而降低進料時因進料不均勻而引起的不平衡。4)液壓系統采用可編程序控制器(Pro-grammableController)聯合控制,自動化程度高,動作準確可靠。5)隔振基礎設計了減振墊,從而大大減小了機器振動對廠房及設備造成的危害,使安全性能更高。
    2　設備應用中存在的問題與解決辦法
    2. 1　存在的問題
    1)離心機主進料時主機振頻過大,達到20~30次/s。主要原因是裝置采用壓縮空氣密封,對于氯化鉀物料密封效果不佳,物料穿透密封裝置進入主機前軸承,造成前軸承磨損,潤滑油變質加快,同時也造成后軸承的磨損,引起振動。2)虹吸管口磨損嚴重。與淀粉類物料相比,氯化鉀物料更硬,且物料在虹吸室內高速旋轉,虹吸管口嚴重磨損。虹吸管口被磨損后,虹吸室內底部濾液不能排出,液位升高造成離心機脫水能力降低,主機負荷隨之增加,影響離心工序產品的產量及質量。3)離心機反沖水原設計使用精鉀母液,因結晶嚴重,從而堵塞轉鼓與虹吸室的斜向通孔,影響反沖裝置的效能。4)離心機在出廠時,該網絡為DH485網,不是INTERNET網,無法與主控室上位機(position machine)建立連接,設備的操作主要實行手動操作。
    2. 2　解決辦法
    1)將氣密封改為迷宮密封,迷宮密封為5道,阻止物料進入主軸。2)針對虹吸管口材質硬度不足的情況,用高強度材質鋼板對其進行加固處理;將虹吸液管徑由原來的75 mm改為100 mm,減小了抽吸虹吸液的阻力。3)原設計反沖使用的虹吸液為精鉀母液,其各組分含量為:w(KCl)=11. 17%,w(NaCl)=13. 61%,w(MgCl2)=3. 04%,w(CaSO4)=0. 40%。精鉀母液中鹽含量較高,容易析出結晶物阻塞和腐蝕管道,故將反沖用精鉀母液改為淡水。另外,將虹吸液管的排出口由高位改為低位,避免了虹吸液倒流對脫水過程的影響。4)反沖淡水的使用雖然解決了虹吸管道的磨損、反沖結晶和管道腐蝕等問題,但淡化了精鉀母液。在將淡化了的精鉀母液泵送返回分解工序進行回收的過程中,導致分解淡水量偏高,影響分解指標,因此要將反沖淡水量按小時折算計入到分解淡水量中去,且精鉀母液量要按70%淡水量計算入分解淡水量中,才能保證分解工序的穩定性。5)實現了主控室對離心機的操作、實時監控和參數的修改,降低了工人的勞動強度,節省了勞動力, 12臺離心機只需4人現場操作即可;而臥式刮刀離心機多數為手動操作,必須在單臺單人操作下進行加料、卸料控制,工作效率很低。
    3　工藝控制和操作要點
    1)水平帶式過濾機(以下簡稱水平帶機)濾餅氯化鈉含量對離心機進料料漿濃度有影響。離心機進料料漿固相質量分數控制在40% ~60%為宜,固相質量分數過高會造成洗滌效果不好,過低會造成進料過快使離心機產生“拉稀”現象,且造成鉀損失增大。洗滌料漿固相質量分數的控制主要與水平帶機濾餅中氯化鈉含量和含濕量的高低有關,氯化鈉含量的高低決定著洗滌水量的大小。圖1為在水平帶機濾餅量一定時,同倍理論洗滌水量下,氯化鈉含量與進料料漿固相質量分數的關系。由圖1可知,隨著水平帶機濾餅氯化鈉含量的增大,進料料漿固相質量分數逐漸降低,二者呈線性反比關系?；貧w方程為:y =-2.728 2x+82.369,R2=0. 980 5,且方程擬合程度較好。故得出將水平帶機濾餅指標控制為:w(KCl) >64%, 9%         

       
    2)離心機濾布孔徑的確定。濾布過濾孔徑按所分離物料的顆粒直徑及粒徑分布狀態來確定,一般選擇濾布孔徑稍大于所要截留的顆粒直徑。在過濾的最初階段有少量的小顆粒穿濾,當所截留的較大顆粒搭橋形成濾餅層后,就可以消除穿濾現象,有助于提高過濾效率。
    在正浮選法生產鉀肥過程中,生產得到的氯化鉀產品粒度較細,離心機濾布的選擇主要以再漿洗滌后固相組分粒級的分布情況來確定。取再漿洗滌物料進行固液分離,脫去母液后在烘箱中于105℃±5℃烘干30 min,然后置于干燥器中冷卻。稱量固相物料2 000 g,以無水乙醇做篩分介質進行篩分,篩分結果見表1。
               
    由表1可以看出:①粒經≤0. 038 mm的物料質量占物料總質量的31. 81%,此粒度下KCl質量占KCl總質量的31. 80%,此粒度下CaSO4質量占CaSO4總質量的51. 38%;②粒經在0. 038 ~0. 048 mm的物料質量占總質量的25. 75%,此粒度下KCl質量占總KCl質量的25. 71%;③粒徑大于0. 038 mm的物料質量占總質量的68. 19%。由此可見,選擇濾布孔徑在0. 038 mm較適宜,可以減小跑漏損失。濾布建議采用單絲雙層復合濾布,過濾面經砑光處理,以減小濾布堵塞的可能和提高濾布的再生性能,增大其透氣量,以提高氯化鉀產品的質量,降低濾餅含濕量。為節省成本,在修舊利廢上使用舊的水平帶機濾布作為離心機濾布。
    3)離心機各操作工序時間的控制。離心機的各個操作工序如反沖、進料、撇液、脫水和卸料等均可在工作轉速下進行自動控制。按照物料的性質將進料次數設為2次,控制時間分別為40 s和30 s;脫水為2次,控制時間均為30 s;虹吸與進料同步進行;撇液與脫水同步進行;反沖在每臺離心機卸料10次時進行1次,控制時間為60 s。
    4)通過對帶機濾餅工藝指標和操作參數的控制,離心機在固液分離效率上有了很大改觀,經取樣分析,濾餅水分質量分數均低于9%,完全達到指標要求(見表2)。
             
    5)原先使用臥式刮刀離壓機,所得濾餅水分質量分數在15%左右,有時高達20%,最終產品中水分質量分數≤6%,嚴重影響了產品質量;而使用虹吸刮刀離心機后,所得濾餅中水分質量分數≤9%,最終產品中水分質量分數≤2%。
    4　結論
    通過對虹吸刮刀卸料離心機脫水工藝管線的改進和濾布的選型,并嚴格控制生產工藝指標,使得虹吸刮刀卸料離心機在正浮選工藝鉀肥生產中得到了有效的利用,并取得了很大的成功,解決了公司在生產細粒鉀肥過程中物料脫水的難題,提高了設備的使用效率。自動化控制水平的應用,節省了大量人力和物力,產生了明顯的經濟和社會效益。