硫酸鈣型鹵水真空制鹽工藝分析
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摘要：針對硫酸鈣型鹵水的真空制鹽工藝，分別從鹵水凈化、蒸發(fā)工藝選擇、蒸發(fā)設(shè)備的選擇、鈣沫雜質(zhì)分離、鹽產(chǎn)品顆粒度的控制技術(shù)等方面進行了分析研究，提出了高效率、低成本生產(chǎn)出大顆粒鹽產(chǎn)品的工藝路徑。
關(guān)鍵詞：硫酸鈣型鹵水；凈化；蒸發(fā)設(shè)備；鹽產(chǎn)品顆粒度
1前言
真空制鹽工藝在我國的推廣已近60年，生產(chǎn)工藝的發(fā)展和新型設(shè)備應(yīng)用都取得了長足的進步，但就能耗而言是發(fā)達國家1.5～2倍，說明還有很大的進步余地。另外，我國已進入新時代，要有新的發(fā)展理念，同時我國食鹽逐步走向市場化，消費者和客戶對鹽品質(zhì)的要求也在提高，成本效益的需要，產(chǎn)品品質(zhì)提升的需要，對鹽業(yè)提出了新的要求。真空制鹽的原理非常簡單，但深入對各個環(huán)節(jié)和各因素以及它們之間的相關(guān)作用進行分析，又是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)，要平衡和優(yōu)化各環(huán)節(jié)和因素之間的關(guān)系，達到更好的生產(chǎn)效率，產(chǎn)生更好的效益，產(chǎn)生滿足社會所需要的高品質(zhì)產(chǎn)品，此文主要研究分析硫酸鈣型鹵水的真空制鹽工藝技術(shù)。根據(jù)我國目前的生產(chǎn)情況，鹵水分為硫酸鈣型和芒硝型兩種，真空制鹽的工藝流程控制針對不同的鹵水有所差別，有的方面還有很大的差異。本文將就硫酸鈣型鹵水的真空制鹽蒸發(fā)工藝選擇、蒸發(fā)設(shè)備的選擇、鈣沫雜質(zhì)分離、制鹽顆粒的控制技術(shù)進行分析和研究。
2硫酸鈣型鹵水的特點
鹵水中除含有NaCl之外，還含有一定量的CaSO4，其含量在4.5～6g/L之間。各地的礦床、礦石成分、水溫及酸堿度不一樣，造成了CaSO4含量的差異，但相對于硫酸鈣型鹵水，CaSO4的含量較高，是芒硝型鹵水的3～4倍。對此兩種鹵水CaSO4含量差距較大，芒硝型鹵水主要是同離子效應(yīng)的影響，Na2SO4對CaSO4有抑制擠出效應(yīng)。
3硫酸鈣型鹵水凈化工藝流程的選擇
3.1鹵水深度凈化
要把鈣離子除去達到PPm級的程度，需要進行設(shè)備投入和購買相應(yīng)的凈化用原料，加上人工工資等，鹵水凈化的成本就要3～6元/m3，按鹵耗為3.5原方計算，鹵水凈化在噸鹽中的成本達到12～18元/噸。而目前市場的裸鹽出廠價210～220元/噸左右，就鹽行業(yè)而言成本控制得好的，有點微利，從經(jīng)濟學原理來講，生產(chǎn)成本控制處于中游或較差的就虧損了，當然鹵水凈化以后，就目前的行業(yè)控制水平及能力，產(chǎn)品質(zhì)量就容易保證一些，這是順序思維并作常規(guī)選擇的結(jié)果。
3.2只進行鹵水澄清及過濾去除懸浮物
此工藝選擇可以看出，CaSO4是要帶到蒸發(fā)系統(tǒng)當中，帶來的問題和結(jié)果是鹽的顆粒較細，粒度分布不集中，洗鹽耗鹵量大，離心機負擔重，脫水效果較差，同時帶來干燥床的耗汽量大，成品含水量大，含CaSO4。鹽的顆粒較小，夾水，含CaSO4二者因素的結(jié)合造成鹽品容易結(jié)塊，且硬度大，給消費者帶來不良影響，乃至退貨，可以說不對鹵水進行凈化，用現(xiàn)有的工藝路線和方法，整個系統(tǒng)消耗高，成本高，產(chǎn)品質(zhì)量差，在市場化的今天企業(yè)就會陷入困境。
3.3不進行鹵水凈化或簡單凈化鹵水，但也要做到低成本高質(zhì)量的生產(chǎn)工藝
不進行鹵水凈化，CaSO4就會被帶入蒸發(fā)系統(tǒng)，CaSO4不斷富集，會影響過飽和結(jié)晶，CaSO4還會浮在蒸發(fā)罐內(nèi)的液面上，嚴重阻礙水分的蒸發(fā)，從而影響蒸發(fā)量和效果，同時又形成大量過多的晶核，罐內(nèi)鹵水中就有了鹽水+鹽顆粒+CaSO4+其他雜質(zhì)的混合體。如果沒有措施和方法除去CaSO4浮沫，CaSO4在系統(tǒng)中不停地富集循環(huán)，鹽質(zhì)會逐漸變差，洗鹽水量逐漸增大，離心機脫水困難，干燥床耗汽量增大，整個系統(tǒng)的工況惡化。在蒸發(fā)過程中安裝脫除CaSO4的工藝和裝備，是一個必然的選擇趨勢，也才能達到鹵水不凈化還能做到低成本高質(zhì)量的生產(chǎn)目的。
4硫酸鈣型鹵水蒸發(fā)工藝的選擇
4.1平流進料平流排料
選擇多效排鹽，工藝操作復(fù)雜化，能耗較高，優(yōu)點是在蒸發(fā)系統(tǒng)采用平流排料，能夠很好控制系統(tǒng)中的CaSO4的量，同樣也能很好控制鹽的品質(zhì)；缺點是鹽顆粒停留時間普遍不足，難以形成大顆的鹽，特別是Ⅰ、Ⅱ效都排鹽熱量損失較大。
4.2順流轉(zhuǎn)料
在最后一效集中排鹽，能耗低，鹽顆粒停留時間長，有條件形成大顆粒，雖然可以在每效都設(shè)置脫除CaSO4的裝置，但最后一效的CaSO4的富集就極為嚴重，控制CaSO4的富集存在操作不穩(wěn)定，大量產(chǎn)生細顆粒條件又形成，結(jié)果就是顆粒度分布廣，較細顆粒大量存在，產(chǎn)品質(zhì)量控制也存在不穩(wěn)定；形成了一個難以解決的矛盾體。
4.3MVR蒸發(fā)工藝
MVR生產(chǎn)技術(shù)近年來已經(jīng)有很多的應(yīng)用，優(yōu)點是運行成本低，缺點是鹵水必須精制和進化，鹽顆粒很小，在這里我們不過多的討論。
5硫酸鈣型鹵水蒸發(fā)設(shè)備的選擇
蒸發(fā)設(shè)備的有正循環(huán)和逆循環(huán)，我們建立在罐型相同的條件下。從真空制鹽發(fā)展的歷史演變來看，先有正循環(huán)，后有逆循環(huán)，都是市場發(fā)展的需要，從正循環(huán)走向逆循環(huán)，市場逼迫技術(shù)進步，這也是增大顆粒的一個選擇。在這里我們從實際生產(chǎn)的情況來論證和分析蒸發(fā)設(shè)備的選定和制鹽顆粒的控制技術(shù)。
5.1正循環(huán)
正循環(huán)是從蒸發(fā)罐的底部出鹵水，經(jīng)循環(huán)泵和加熱室從蒸發(fā)罐的中上部切向進蒸發(fā)罐，進入的鹵水與罐中鹵水共同形成環(huán)流，鹵水經(jīng)加熱后濕度升高1.5～2℃左右，鹵水表面水分蒸發(fā)形成過飽和，鹽顆粒形成。鹵水夾帶顆粒被循環(huán)泵吸入循環(huán)泵，經(jīng)循環(huán)泵葉輪進入加熱室，葉輪對顆粒有破壞作用，特別是大顆粒。所以正循環(huán)表現(xiàn)出鹽的粒度較小，假若大顆粒鹽沒有經(jīng)循環(huán)泵葉輪高速旋轉(zhuǎn)的破壞，能直接分離出已形成的大顆粒鹽，那么鹽顆粒也應(yīng)該是大的，蒸發(fā)罐筒體內(nèi)鹽粒和鹽水是強制性往下流的，大家可能見過強制性重力沉降法和自然重力沉降法的效果差異，從現(xiàn)象結(jié)果來看重力強制沉降法下降效果明顯高于自然重力沉降法，原因在于懸浮在鹵水中的顆粒，運動碰撞的機會增加，從而顆粒增大，向下的拖動力迫使大顆?？焖俪两怠Ｋ哉h(huán)不是不會產(chǎn)生大顆粒，而是形成了又被破壞，破壞后又形成，不斷循環(huán)也就有不斷的破壞。
5.2逆循環(huán)
逆循環(huán)是蒸發(fā)罐體高位出鹵水、從底部進水，在罐體中形成的大顆粒未被循環(huán)泵充分破碎，底部進入的鹵水被加熱室加熱進入蒸發(fā)罐，升高2°C左右的鹵水與罐中的鹵水混合，由此對比可以定性的分析認為，蒸發(fā)罐中接近液面的鹵水溫度沒有正循環(huán)的高，逆循環(huán)比正循環(huán)的蒸發(fā)強度低。由于在罐體的底部進水，對下沉的顆粒有淘洗的作用，大部分小顆粒而又被往上的鹵水帶走進入下一個循環(huán)，由此往復(fù)循環(huán)得出。以上的分析可以得出初步結(jié)論，不論是正循環(huán)，逆循環(huán)，只要罐體中產(chǎn)生的大顆粒鹽不過循環(huán)泵，把大顆粒分離，同時分離CaSO4等雜質(zhì)，均可以生產(chǎn)出大顆粒鹽，且做到顆粒度的均衡。粗略計算，顆粒在罐體中停留1個小時以上均可實現(xiàn)，問題的核心在于顆粒被強制動力所破壞。罐體內(nèi)的鹵水被循環(huán)了65～85次/小時。每小時循環(huán)一次的量就是蒸發(fā)罐設(shè)定的容積。當然顆粒度的大小影響因素還有：固液比、循環(huán)的速度、停留時間和雜質(zhì)等懸浮物的影響，加熱和蒸發(fā)的溫度等。固液比和循環(huán)速度的確定，都要考慮加熱室的加熱效果，假如選擇不當，就會直接影響到蒸發(fā)系統(tǒng)的效率，即固液比和循環(huán)速度的確定應(yīng)優(yōu)先滿足于生產(chǎn)效率，其次才能滿足粒度控制要求。我們對蒸發(fā)罐出料后，后續(xù)各工藝環(huán)節(jié)對顆粒的影響因素做了一個對比，對比情況如下：
5.3各工藝環(huán)節(jié)的鹽產(chǎn)品粒度分布情況
5.3.1洗鹽和離心脫水對鹽產(chǎn)品粒度的影響如表1、表2所示，洗鹽和離心脫水會對鹽產(chǎn)品的粒度造成破壞，而且破壞性較大，粒度在0.4mm（40目）以上的產(chǎn)品減少了30～50%，其它粒度類似，所以洗鹽的方式、洗鹽的時間、轉(zhuǎn)料的方式、離心機的選型，都能對鹽產(chǎn)品的顆粒度大小和分布造成影響。
5.3.2沸騰干燥對鹽產(chǎn)品粒度的影響從表1、表2可以看出，沸騰干燥會對鹽產(chǎn)品的粒度造成破壞。如表1所示，鹽產(chǎn)品經(jīng)過沸騰干燥后，粒度在0.4mm（40目）以上產(chǎn)品的比例從55.1%（離心機出鹽口）下降到了49%（沸騰干燥床出口）；而如表2所示，另一家公司同樣采用沸騰干燥，粒度在0.4mm（40目）以上產(chǎn)品的比例從9.18%（離心機出鹽口）下降到了0.21%（沸騰干燥床出口），即40目以上的鹽產(chǎn)品幾乎沒有了（這里未計入干燥過程中抽出的100目以下的粉鹽產(chǎn)品）。因此沸騰干燥床的選型以及沸騰干燥工藝控制參數(shù)的選擇等因素都會對鹽產(chǎn)品的顆粒度大小和分布造成較大影響。
5.3.3其他對鹽產(chǎn)品粒度的影響因素5.3.3.1真空制鹽的“五穩(wěn)定”要求，不凝氣體的排放，加熱室換熱是否正常等。5.3.3.2真空制鹽裝置的運行控制，確保蒸發(fā)系統(tǒng)正常穩(wěn)定，尤其是蒸發(fā)罐內(nèi)的液位穩(wěn)定控制是最基本的要求和條件。5.3.3.3鹵水中雜質(zhì)的含量是影響鹽產(chǎn)品粒度的一個重要因素，在生產(chǎn)過程中要對鹵水中雜質(zhì)的含量嚴格進行控制。5.3.3.4鹵水的pH值也是影響鹽產(chǎn)品粒度的重要因素，還會影響設(shè)備的使用效率和使用壽命，因此不能過于偏酸性和偏堿性，要根據(jù)生產(chǎn)裝置的實際情況和工藝控制要求合理確定鹵水的pH值。
6結(jié)論
就硫酸鈣型鹵水的真空制鹽生產(chǎn)技術(shù)，本文從鹵水凈化、蒸發(fā)工藝選擇、蒸發(fā)設(shè)備的選擇、鈣沫雜質(zhì)分離、鹽產(chǎn)品顆粒度的控制技術(shù)等方面進行了分析總結(jié)：
6.1鹵水凈化：
常規(guī)的真空制鹽工藝需要對鹵水進行深度凈化，去除鹵水中的鈣鎂等雜質(zhì)，但從生產(chǎn)成本和市場因素等方面考慮，也可采用不對鹵水進行凈化或簡單凈化，同時在蒸發(fā)裝置系統(tǒng)中采用鈣沫雜質(zhì)分離的技術(shù)，脫除鹵水中的硫酸鈣。
6.2蒸發(fā)工藝選擇：
以制鹽的產(chǎn)品質(zhì)量、熱能效率的利用率和顆粒大小為最終原則，蒸發(fā)系統(tǒng)必須滿足三個主要條件：
6.2.1如果蒸發(fā)系統(tǒng)能生成鹽顆粒較大，粒度均勻的鹽，那么對離心機脫水，干燥床干燥鹽產(chǎn)量就能發(fā)揮積極的正向作用。
6.2.2要形成大顆粒且均勻的產(chǎn)品，蒸發(fā)強度要穩(wěn)定，在液位面快速形成過飽和。
6.2.3鹽的晶體在蒸發(fā)罐中的停留時間要長，有資料表明達到0.4mm的粒度，需要一個小時的時間，且大顆粒不能被破壞，我們?nèi)×宋逄讟颖?，并作計算，假如采用順流轉(zhuǎn)料，最后一效集中排鹽，那么普遍的停留時間為7～9個小時。此計算是以進鹵水量，蒸發(fā)罐的體積，生產(chǎn)能力三個要素得出。
6.3蒸發(fā)設(shè)備的選擇：
控制顆粒大小為最終原則為了獲得大顆粒的產(chǎn)品，同步提高整套真空制鹽的效率和成本，無論正循環(huán)、逆循環(huán)每個效的循環(huán)加熱過程中，要避免已形成的大顆粒被循環(huán)泵破壞，同時設(shè)定鈣浮沫的分離。從Ⅰ效到末效順序轉(zhuǎn)料，在最末兩效排鹽，延長顆粒鹽在罐中的停留時間，確保蒸發(fā)系統(tǒng)產(chǎn)生大顆粒鹽，兼顧了熱能的有效利用。同時離開蒸發(fā)罐的鹽顆粒，經(jīng)過洗鹽、增稠、離心和干燥及包裝，都應(yīng)充分考慮這些工藝過程對鹽顆粒的破壞。所以硫酸鈣型鹵水的真空制鹽工藝流程設(shè)計和設(shè)備的改造，都必須系統(tǒng)性的分析，確保鈣沫雜質(zhì)的分離，鹽顆粒不被破壞，才能高效率、低成本生產(chǎn)出大顆粒的鹽產(chǎn)品。
作者：楊瀛亮 單位：云南省鹽業(yè)有限公司