（熊汇洋 眉山鹏福进出口有限公司）

1 前 言

元明粉主要用于洗涤剂、 硫化碱、 玻璃、 印染等工业。近年来, 随着江苏、 四川等地芒硝矿的大量开发, 一方面呈现出供大于求的趋势。另一方面, 消费者对元明粉产品质量提出了更高的要求, 其中需求最迫切的就是粒径在 120 目以上的大颗粒元明粉,因为这种大粒径的元明粉具有纯度高, 流动性好, 不易结块, 使用过程中粉尘小, 生产洗衣粉时易膨化等

优点。

2 影响元明粉产品粒径的因素分析

目前, 国内的元明粉生产主要采用多效真空蒸发生产工艺, 固体硝矿经水溶开采后作为原料。 原料除杂质后, 进入真空蒸发系统, 实现 Na2SO4 结晶析出, 进而得到成品。 采用这种生产工艺的产品粒径主要取决于蒸发结晶过程。另外, 在生产过程中杂质,pH 值, 碰撞程度等也会影响产品的粒径。

2.1 过饱和度

溶液的过饱和度是影响无机盐粒度的关键因素之一。 溶质从溶液中结晶出来有两个过程, 一个是晶核的生成, 即晶体成核过程; 另一个是晶核的生长称为晶体生长。 无论是晶体成核, 还是晶体生长都需要取决于在这个过程中, 溶质析出是以晶核的生成为主还是以晶体的生长为主。成核为主的过程必然形成粒径小的产品, 而生长为主的过程才能生成粒径大的晶体。图 1 一定温度下某物质的溶解度曲线l1 为溶解度曲线, l2 为过饱和浓度曲线。 溶液在l1 以下为不饱和区, 不会析出晶体, 在 l2 上方为过饱和区, 只有在此区域内才能形成晶核, 析出晶体。对于溶质从 a 到 b, 再到 c, {zh1}到 d 的蒸发过程, 过饱和度可用以下公式来表示:

lnS= lnCd

lnCb

= 2δ × M

ρ × R× T× r

= 2δ M

ρ RT

×1

r

式中: S—— —溶液的过饱和度(mol/kg);

δ —— —晶体的表面张力(N/m)

M—— —该物质的分子量(mol)

ρ —— —晶体的密度(kg/m3

)

R—— —摩尔气体常数(J/mol·K)

T—— —温度(K)

r—— —晶体的半径(mm)

Cd—— —在某温度下任意点 d 过饱和溶液浓度Cb—— —在某温度下 b 点的饱和溶液浓度在上面的公式中, 对于某一特定的溶液 δ 、 M、ρ 、 R、 T均为常数, 因此晶核的大小只与溶液的过饱和度有关, 且和溶液的过饱和度成反比, 即溶液的过饱和度越大, 晶体的粒度越小。 要想生产大颗粒元明粉, 必须在生产过程中尽可能降低溶液的过饱和度。

2.2 钙、 镁离子及杂质的影响

在元明粉蒸发过程中, 随着硫酸钠的析出, 镁离子浓度相对提高, 体系由硫酸钠的结晶区移到了硫酸钠与复盐 3Na2SO4 ·MgSO4 的共饱和线上, 析出了无水钠镁矾结晶, 由于它的颗粒较小, 在硫酸钠溶液中不易沉降, 结晶在饱和度较大的硫酸钠溶液中不再继续长大, 影响产品粒度。 另外, 根据同离子效应,硫酸镁和硫酸钙的存在, 会使硫酸钠溶解度下降, 导致单位时间硫酸钠析出晶体数量增加, 造成硫酸钠晶粒变细。另一方面, 由于元明粉生产是一种顺流生产工艺, 在这种生产工艺中由于自蒸发的存在和母液的补充, 使硝液中的晶核数量大大超标, 当硝液中存在泥沙与悬浮物时, 更大大增加了晶核数量, 必然造成晶粒变细。

3 大颗粒元明粉生产工艺控制

3.1 由于在元明粉生产过程中, 过饱和度是影响产品粒径的最重要因素之一, 因此我们在生产过程中应尽量减小体系中的过饱和度。

3.1.1 控制一效加热室压力和四效蒸发室真空度。

    在生产中, 一效加热室的压力越高, 四效蒸发室的真空度越大, 单位时间内蒸出的水份量也就越多, 析出的晶体数量也越多, 造成硫酸钠溶液过饱和度增大。这是由于结晶过程为放热过程, 在极短的时间内要把结晶热散发出去, 只有增大晶体的总表面积, 也就是只有细晶粒才能实现。 因此蒸发强度的提高, 使得溶液过饱和度增大, 析出晶体数量增多, 最终导致晶体粒度变小。因此, 一效加热室的压力不宜过高, 但一效加热室的压力降低将会影响元明粉的产量, 兼顾产品质量和产量, 一效加热室的压力一般应控制在 0.35~0.4MPa(表压) , 四效蒸发室真空度在 0.04~0.05MPa(表压)之间。

3.1.2 硫酸钠在 32.4℃时溶解度{zd0}, 此时溶液浓度为 33.2%。 由于硝液浓度愈接近饱和值, 在同一换热条件下单位时间得到的过饱和硝液数量越多。因此, 在生产中采用不饱和溶液进行蒸发, 会获得较大颗粒的产品。 若采用过饱和溶液进行蒸发, 或洗罐后蒸发进行了3~4 个小时, 母液中含有较多的细小晶核, 则结晶颗粒相对偏小。 从产量和产品粒度综合考虑, 在生产中应严格控制清硝液浓度在 29~30° Be'之间。同样, 进蒸发器的清硝液温度越高, 硝液达到沸腾的时间愈短, 单位时间得到的过饱和硝液数量越多, 粒径也就变细。

3.1.3 蒸发装置和列管传热速率的影响

元明粉的蒸发罐有外热式和标准式强制循环两种, 前者循环速度大, 蒸发强度高, 产品粒径小, 而后者循环速度相对较小, 蒸发较慢, 产品粒径大。这是由于蒸发强度大的设备中, 溶液在罐中被剧烈地搅拌, 使一些晶核的形成始终如一地进行着, 每个稳定的晶核都能长出结晶体, 且剧烈的搅拌会使硫酸钠互相碰撞而变小, 因此蒸发强度大和设备产量高, 但产品粒度小。列管的导热系数和硝液在列管中的循环速度是影响列管传热的两个因素, 传热速率对于一定的设备是个恒定值。 硝液的循环速度过高, 使得硝液蒸发进行得越激烈造成溶液饱和度过大, 析出的结晶数量增多, 粒度变小。 因此在实际生产中硝液的循环速度不宜过快。

3.2 对卤水进行精制, 除去钙、 镁及杂质, 保证清硝液中钙、 镁总量(以 Mg2+计)<2.0g/L。同时, 还可向溶液中加入适量硫酸铵, 利用共同的硫酸根离子, 降低平衡饱和度, 加速晶体的生长。

3.3 元明粉生产中正常情况下, 硝液 pH 值在 7.5~8.5 之间, 不会影响蒸发结晶, 但有时为了除钙、 镁加碱以后, 料液的 pH 值高达 10, 这时硫酸钠在蒸发时会结晶困难, 颗粒变得细小。这可能是由于 pH 值改变了晶体的形状, 使晶核的生产由一个方向变为几个方向, 因而使晶体的大小发生了变化。如果将 pH值调到 6~8 之间, 产品粒径就有所提高。

3.4 干燥、 分离设备的影响

在元明粉的生产干燥过程中, 多采用的是热风气流干燥, 干燥后的产品先进入一级旋风分离器进行分离, 颗粒大的元明粉落入一级分离器, 颗粒小的落入二级分离器, 从而实现大小颗粒的分离。 在这种强大的气流输送与干燥过程中, 物料与管壁相互摩擦碰撞, 使元明粉破碎, 从而降低了产品的粒度。为此, 可将热风干燥改为硫化床或微波干燥, 使元明粉的粒度有较大提高。南风集团的还对蒸发器设备进行了研究改造,通过在蒸发器下部增加一个结晶室, 使晶体悬浮于液流中, 成为粒度分级的流化床, 粒度较大的晶体富集于底层, 与溶液接触时间更长, 有利于颗粒的生长, 也取得了比较好的效果。

3.5 表面活性剂

以 C9 芳烃为原料,与丙烯酸合成的具有两亲性的(C9) /丙烯酸共聚物 P(C9- AA) ,具有高分子表面活性剂特点,用作乳化剂,可以合成较大颗粒的高分子乳液。另外, 我们还利用表面活性剂的带电基团, 吸附在颗粒的表面, 降低了颗粒的表面张力, 从而进行大颗粒元明粉的生产, 也取得了比较好的效果。

4 结 语

大颗粒元明粉的生产研究虽然取得了一定的进展, 但影响元明粉粒度的因素还有很多, 如洗罐周期、固液比的控制、集盐器的结构、工艺流程等, 这些都需要我们进一步去探索和实践。上表数据为方便对比, 按11天顺序抽取的, 其中3 月14日产量较低, 原因是检修 P- 201 循环泵密封及 P- 303 转料泵泵壳而停止盐和硝系统进汽

所致。3 月 15 日因检修完毕开车, 故产量偏低。

5 结束语

5.1 虽然通过技术改造与新技术应用解决了第三生产线及卤水净化目前生产上的一些难题, 但制约第三生产线工艺潜能充分发挥的后工段设备问题仍未得到有效解决、 卤水净化指标及成本还仍然偏高,这提醒我们在设备选型, 新技术应用等问题上仍有较大的考虑空间。

5.2 《中国井矿盐》 为技术信息交流提供了一个平台, 国内诸多厂家对盐硝联产及两碱法卤水净化工艺均有专业文章论述, 应从这方面较好吸取经验, 完善该套工艺理论与操作。

5.3 技术创新与进步是企业提高盈利空间的支撑点, 随着设备问题的逐步解决, 以及新项目的投入运行, 我公司盈利能力必将跃上新的台阶。

参考文献

[1]卫 锋.大颗粒元明粉生产工艺的探讨[J].海湖盐与化工.

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[2]刘云琴, 马 俊.关于生产大颗粒元明粉的探讨[J].中国井

矿盐.2002.

[3]谢明胜, 卫 锋, 王爱广.颗粒状无水硫酸钠的生产[J].无机

盐工业.2003.

[4]韩吉龙, 李勤兵, 姜荣华.浅谈大粒径元明粉生产[J].中国井

矿盐.2002.