沉淀硫酸钡生产工艺的技术改造实践
2003年中国化工学会无机盐学术年会
沉淀硫酸钡生产工艺的技术改造实践
文建童
(山西南风化工集团有限公司技术中心044000)
摘要:本文通过对传统沉淀硫酸钡生产工艺存在问题的分析,实施了全过程的技术改造。使产品品质得 以提高,运行成本明显降低。实现了工艺系统按照功能化产品结构的优化配置。
芒硝一黑灰法制备沉淀硫酸钡的传统工艺,随着激烈的市场竞争及下游产品的应用走向 功能化,对产品的经济成本及品质都提出了更高的要求,为此对传统生产工艺实施技术改造就 成为提高市场占有率,增强企业活力的有效途径。
1技术改造的方向及目标
(1)降低生产运行成本;(2)提高产品品质;(3)产品结构系列化,产品应用功能化;(4)实现 生
产工艺装备的经济科学合理配置。
2传统工艺存在的问题
(1)重晶石利用率低,仅达70,;(2)系统热利用率低,不足60,;(3)产品品质低:指标不 稳定,批次差异大,杂质含量高,泛黄,黑、黄点多,分散性差;(4)工艺装备老化,跑、冒、滴、漏严 重,运行成本高;(5)系统工艺配置不合理,产品难以达到系列化、功能化产品的生产;(6)产品 结构不能适应市场发展要求,品种单一。难以应对市场的变化;(7)副产碱液回收利用率低,仅 达60,,产品档次低,难以表现低碳酸盐、低硫代硫酸盐、低铁的原料优势;(8)物料消耗高,成 本高,利润点小。
3生产工艺装备的技术改造内容
3(1提高重晶石利用率的技改
措施
《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施
(1)重晶石由于矿体结构的不同所表现出的晶体及组成差
异很大,必须科学地调整配料及
原料的粒径范围,有针对性地修正焙烧炉的操作控制条件。
经过对比试验,控制参数如表1。
表1
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原料净化剔除有害杂质 (2)
重晶石在开采运输的过程中易带人泥沙,以及矿体本身含有SiOz、AIzO。、FezOa、
CaSOa、 SrSO。、MgSO(等杂质。在还原焙烧时会发生一系列的副反应生成酸溶性的钡盐:
BaSO。+SiO。一
BaSi03+S03
BaSO„+BaSD3一B82Si0„+s()3
2BaSOt+Ba2SiOl—
Ba3Si05+2S03
同样矿石中的AI:O。、Fe。O。也会发生类似的反应,生成[BaO,AI。Os]和[BaO,FezO。],氧
化 铁与硫化钡作用还可生成硫代铁酸钡,这些不溶于水的钡盐的生成会吃掉硫酸钡和硫化钡
使重晶石的利用率降低。 而
不同重晶石组成的烧成物成分分析见表2。
表2(,)
当重晶石中SiO:含量增加l,时,重晶石的还原率下降3,10,左右。当含铁量增加1,
时,还原率下降4,11,。
作为还原剂的原料煤的杂质含量同样会影响重晶石的转化率。
煤炭中灰份的成分分析如表3。
表3,
灰分中的SiO。AI:O。Fe。O。同样与硫酸钡发生反应生成酸溶性钡而“吃掉”钡。煤中的硫
在焙烧炉中会形成sO:与生成的BaS反应生成水不溶性的硫酸钡和碳酸钡。
BaS十2SOz—
BaSO„+S2
BaS+S02+H。O—BaS03+H2S BaS03+002一
BaC03+S02
BaS+4C02一
BaC03+S02+3CO
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(
BaS03+l,2s2一BaS:O。
以上多种酸溶性钡在浸取BaS之后将随渣被抛弃掉。
所以在配料之前,须对重晶石进行水洗,分拣,除去泥沙及混人的石英石等,优选低杂质含
量的重晶石。煤炭选用低硫煤,分拣出煤矸石。
当重晶石及煤中SiO。含量高时,可在炉料中加入石灰石,使之生成不溶性的CaSiOa。减少
酸溶性硅酸盐的生成。 (3)营造良好的还原气氛 重晶石焙烧应保持还原气氛,当以喷煤提供热
源时,由于高压风的引入可能破坏还原气
氛,所以对炉头必须进行良好的密封,防止冷空气的进入。否则:
2BaS+30z一2BaO十
2S02
BaO+COz—
BaC03
同时应随时调节炉尾引风风门,使炉体处于微负压状态下运行,一般控制喷煤嘴压头
(100mmH:O柱,含尘量)60,。
为了使炉料在出炉后避免直接与空气接触氧化而形成BaCO,,在炉头卸料端设置
1?5m3 的出料仓,黑灰出炉后,“闷”料1(oh继续完成成熟段反应,同时隔绝空气进行降温,避免
副反应发生。 后续
不同出料条件下黑灰成分分析如表4。
表4,
(4)合理回收烟道灰 焙烧炉尾重力捕集室捕集到的烟道
5。 灰成分分析如表
表5,
粒径(混合min) C灰分 BaSO。 捕集室
3,542 16 I 42
1,260 10 30
0(5,1(085 5 10
0(3,1?0 95 2 ? 3
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1、?、?级重力捕集室捕集到的烟道灰平均含有25,30,的BaSO。和lo,的c为可
用成分。在加入钡泥(后部工序洗涤粉碎及跑冒滴漏收集到的残钡)及粘合剂后经混合、造利
烘干(利用烟道气)后投入炉内重烧。常规情况下每吨产品可回收80,100kg可利用的烟道粒、
灰。
经过改造运行重晶石的利用率由改造前的63,提高到88,以上。
3(2提高产品品质的技改措施 (1)BaS液、Na。sO。液及软化水的净化 BaS液从溶浸槽分
离后必须在保温密闭的贮罐中进行静置澄清。为了防止液面与空气接触,BaS与空气中的CO:反应生成BaCO,。(a)消化掉了部分硫化钡;(b)BacO,晶粒进入
后会形成以碳酸钡为晶核的包覆产物使硫酸钡的系统成核及粒径分布不均匀。 化合
用水硝(NazSO(?10HzO)制备Na。SO。溶液,在加入Na。CO。及稀碱液Na:S除去Ca”、
2+后,经过微孔过滤除去不溶性杂质,保持透明度在25mm以上。 Mg 洗涤用水经离子交换后
原料液在进入计量罐前,软化水进入贮罐前增设300目滤网过滤,保经微孔过滤后使用。
(2)化合条件的改善 化合反应在控制等当点化合、钡微过量操作的条证原料液洁净无杂。
件下引入撞击流反应器及超重力反应技
术。使液一液反应传质得以强化,极大的改善了BaSO。晶体的分布状态和晶型。
BaS 分散剂
+ 0
匦蕾雩圈一圆一匦垂P一完成液
Na:sO。 强力搅拌
不同反应条件下硫酸钡的粒径分布(化合完成液),见表6。
表6
强化传质后,体系均匀,晶型规整,粒径分布狭窄,且呈现正态分布状态,粒径细小,为后序 处理及功能型产品的分挡制备创造了条件。 (3)分离、洗涤、工艺条件的改善 传统工艺对化合完
(35, 成液采用叶片抽滤工艺,操作过程易污染物料,且滤饼含水量高
45,),影响碱液回收率,运行费用亦高。经强化反应后由于粒子细小,叶片透滤严重。
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引入Lw 420X1680卧室螺旋卸料沉降式分离机,进行反应完成液的分离洗涤,可在提
分离效率的前提下,碱液浓度提高1(5,,回收率提高到90,以上,洗涤用水耗量减少高
上。 28,以
叶片抽滤与卧螺分离效果比较见表7。
表7
(4)酸化条件的设定 硫酸钡产品的pH值工艺控制6(5,8(5。钡浆在进入干燥系统后由
于硫酸钡粒子在成核
生长过程中,包裹的Na:S分子扩散到粒子表面,使pH值升高,同时引起产品泛黄,散发硫
氢气味。为了稳定pH值,在工艺设置上强化酸化操作,利于pH稳定及后续改性操作的进化
行。
硫酸 硫酸
+ +
匹受亘垂圜一匿困—,圈—咂圈—,团一囫
设定:酸化时间>4h酸化条件;强力搅拌酸化控制:在线pH仪控
指标:调酸pH=2,3酸化pH=5(5,6(5 制
(5)脱水、干燥工艺条件的改善 选用LW420X1680卧螺机代替传统板框压滤;选用
GY5000SM型空心浆叶干燥机取代
回转干燥机。使干燥效率及产品品质得以提高。 板框压滤与卧螺分离的效果比较见表8。 卧螺
46,60"CI料液含固量45,;进料量9(5,10(0m3,h?2;分离 机操作参数:料液温度
因素3000;差转速25,30。 运行特点:无过滤介质,自动连续运行,密闭操作不污染
回转干燥与浆叶干燥的效果比较见表9。 物料,清液可回收利用。
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浆叶干燥操作参数: 一级蒸汽压力0(65,o(75MPa,
162,168?。 二级蒸汽压力0(55,操作温度
o(65MPa,操作温度156,163?。 进料量t,h 6(5,
3(25单机处理能力t,h
运行状态:
间壁均匀传热,物料处于动态位移,强化传热传质,进出料温度可控,可连续自动运行,无 结块及烧结现象,无杂质带人,物料松散,白度可保持96,以上,热介质冷凝后回收利用,运行 费用低。
(6)生产系统热能的综合利用 焙烧炉尾气温度高达350,650?,将重力捕集箱体改建成:
“V”型余热水箱,预热白水及
稀碱水共浸取BaS黑灰使用。
化合系统蒸汽加热采取央套管道换热方式进行,化合液BaS、Na:SO。分别经过热管及
程列管式换热器换热,进入计量罐,冷凝水作洗涤用水。 双
经合理配置,系统蒸汽消耗由传统工艺6t,t降至3(5t,t,水耗量由28t,t降至15t,t。 (7)副产
在采取卧螺分离洗涤工艺之后,碱液浓度由3(5,提升到5(5,,碱液浓缩工艺技术完善
在系统密封后,残留硫酸
钡及碳酸钡量明显减少,为避免列管式减压蒸发器结垢准备了良好条件。 采用“4+1”蒸发浓缩工
低浓度碱液经躅效减压蒸发浓缩至25,,艺处理副产碱液,生产高品质低铁片状硫化碱。
35,(加入出铁剂净化后,转入单效蒸发器浓
缩至60,制片,可得到含铁量5,10ppm的优质低铁片状硫化碱,供医药、高级纸张、聚苯硫
工程塑料行业使用。 醚
(8)工艺系统按功能化产品结构进行优化配置 设计“一个龙头,多条龙尾”的工艺配置
方案
气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载
,
强化了与市场的切入点。针对涂料行业的多
元化产品结构,设计硫酸钡产品的多元化产出。在工艺流程中设计不同的接口,以方便随市场
需求调整添加剂的加入及工艺条件控制。 产品功能化结构图: 产品经不同工艺路线及分散、偶
联、包覆、接枝等改性剂的引入,可生产不同规格及应用领
域的产品。如;粉末涂料、乳胶漆、橡胶、油墨、工程塑料等专用产品。
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改性鹅叶圃叶弛幽叶
强 一千一
矗晶
调
蘸
产品的结构定位调整后,价值不断升高,由传统产品价位1500元,吨升值到2500元,
取得了明显的经济效益。 吨,
4结论
经过对传统硫酸钡工艺装备的技术改造,使产品结构适应了市场的变化和需求,系统工艺
配置更加科学合理,工艺控制及运行指标经济可靠。运行成本明显降低。生产成本由1080元
,吨降至850元,吨,产品售价由1500元,吨提升到2500元,盹。生产规模由14000吨,年扩
到50000吨,年,企业经济效益由年亏损500万元变为年创利润1000万元,运行良好的国大
大的沉淀硫酸钡专业生产基地。 内最
实验证明,依靠技术改造可使传统工艺焕发新的生命力,依靠技术进步,可使老企业、老产
品焕发新的生机。
参考文献 [1]波任等着[苏联]M(E(„无机盐
工艺学,
CzJ化工部无机盐情报中心站钡盐情报协作组(钡盐技术资料
(1)1988?8? C3]„沉积型和热掖型重晶石煅烧和授取,?无机盐工业,2000,3
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