陶瓷过滤机在烟气制酸废酸处理中的应用与优化

2022-03-31 08:15:39| 浏览次数：

【摘要】原废酸处理设计均采用高速旋转离心机，虽有脱液效率高、生产石膏的含水率低等优点，但是要求进液时间短、瞬时进液量大，进液完毕后，需经过高速旋转固液分离、干燥、脱渣、清洗等工序，不能实现连续进液作业，需设置中间槽。在实际工艺运行中，经常出现中间槽至高速旋转离心机进液管由于石膏沉淀导致的堵塞，工人需经常拆卸管道处理，操作难度大、现场环境需经常清理管道内流出至地面的大量石膏液体。通过此次优化处理改陶瓷过滤机运行过滤效果明显加强，陶瓷板吸附厚度平均在1-1.5cm，气体干燥效果良好，石膏含水率平均在20%左右。相比高速旋转离心机，陶瓷过滤机形成的石膏为细小粉末，无结块现象，更适合公司中间产物的销售。

【关键词】陶瓷过滤；废酸；反冲洗

一、概述

冶炼烟气中的SO3、Zn、As、F等杂质进入烟气制酸净化工序设备中被洗涤除去、并被汇集到一级动力波循环液中；为了防止一级动力波循环液中的亚砷酸结晶析出，操作时应维持硫酸浓度和砷的浓度在溶解度表面规定值以下，因此需加水调节其浓度，由此导致空一级动力波泵槽液位会随被导入的烟气中的SO3和As的增加而升高，液位升高部分作为废酸排至废酸储槽后，通过废酸输送泵至废酸处理工序。

净化工序送石膏工序废酸量及主要成分，见表一

烟气中被洗涤下来的不纯物溶解于循环液的和不溶解于循环液的两种，溶解于循环液的物质主要成分是H2SO4、Zn、As，其中H2SO4在排水处理的石膏工序中除去，Zn、As则在脱砷工序中生成硫化物被除去。稀酸浓度的高低取决于熔炼的SO3，而控制酸浓度可以通过二级动力波的补水来实现，一般来说，稀酸浓度控制在90～120g/l左右。

二、废酸中和处理工艺原理

废酸原液直接输送至废酸中和处理工序，原液中的大部分硫酸和石灰石乳液反应生成石膏，控制PH值1.5～3.5，同时滤液中的F大部分以CaF2的形式固定下来。

生成的石膏在石膏浓密机及离心分离机中进行沉降浓缩以及过滤分离，石膏滤液送到废水中和工序处理。

厂内各处的排水往往被烟尘及酸污染，PH值一般为1～7并含有少量的Zn、As等杂质，这些排水进入各处的集水坑，送至总集水坑，石膏滤液和工厂地面水一起送到废水中和工序，用消石灰处理。

1、石膏制造设备可分为三部分

（1）石灰石粉碎部分

石灰石用球磨机进行湿法粉碎，制成150目以下的石灰乳溶液。

（2）石膏反应部分

废酸处理后液和石灰乳溶液反应，生成石膏，发生的化学反应如下：

CaCO3+H2SO4+H2O —— CaSO4 +2H2O+CO2↑

CaCO3+2HF —— CaF2↓+H2O+CO2↑

（3）石膏分离部分：把所生成的石膏进行浓缩分离

离心机是废酸工序，用以除去用CaCO3和废酸生成的CaSO4· 2H2O沉淀物的固液分离器。石膏的反应机理为：CaCO3+H2SO4=CaSO4↓+H2O+CO2↑。生成的CaSO4结合废酸中的2个水分子形成结晶水合物——即石膏，石膏晶体结构具有一定外观形状和大小，在高速旋转情况下石膏与水分子极易分离。离心机正是利用了石膏和水分子的这种特性设计、制作的固液分离器。

原废酸处理设计均采用高速旋转离心机，虽有脱液效率高、生产石膏的含水率低等优点，但是要求进液时间短、瞬时进液量大，进液完毕后，需经过高速旋转固液分离、干燥、脱渣、清洗等工序，不能实现连续进液作业，需设置中间槽。

在实际工艺运行中，经常出现中间槽至高速旋转离心机进液管由于石膏沉淀导致的堵塞，工人需经常拆卸管道处理，操作难度大、现场环境需经常清理管道内流出至地面的大量石膏液体。

三、工艺设计改进

针对原设计采用高速旋转离心机运行中存在的弊端，一期200kt/a铅锌（铅、锌各100kt/a）工程烟气制酸项目废酸处理工序的固液分离装置改为陶瓷过滤机。

1、陶瓷过滤机工作原理

特种陶瓷过滤机工作基于毛细微孔的作用原理，采用微孔陶瓷为过滤介质。利用微孔陶瓷大量狭小具有毛细作用原理的固液分离设备，在负压工作状态下的盘式过滤机。利用微孔陶瓷板其独特通水不透气的特性，抽取陶瓷板内腔真空产生与外部的压差，使料槽内悬浮的物料在负压的作用下吸附在陶瓷板下，固体物料因不能通过微孔陶瓷板被截留在陶瓷板表面，而液体因真空压差的作用及陶瓷板的亲水性则顺利通过进入气液分配装置（真空桶）外排或循环利用达到了固液分离的目的。

转子（陶瓷板）运转一周，工作过程分为四个区域：吸浆（料）区，干燥区，卸料区，清洗区反复循环。

主机系统：转子，机架与料浆槽，主轴减速机，分配阀，刮刀（卸料）装置。

搅拌系统：（1）搅拌架（2）搅拌轴（3）搅拌电机（4）电机支座（5）联轴器（6）轴承座（7）支座（8）吊轴

清洗系统：（1）反冲洗装置（2）化学清洗（酸洗）装置（3）超声波清洗装置

气路系统：（1）真空装置（2）气阀装置（3）气压反吹装置

控制系统：采用PLC及计算机控制方式，上位机是计算机核心，完成监控，图形化界面，运行参数显示，状态数据采集，储存等功能。下位机采用编程控制器组成，完成对变频器接触器，测量仪表，电磁阀组成的执行装置进行控制及监控。

自动配酸系统：配酸过程实际上是把浓硝酸与水配合成大约45%-50%左右的稀硝酸，供联合清洗时使用。

转子的构成：（1）主电机及减速器（2）连轴器（3）主轴轴承座（4）陶瓷板（5）转子（6）主轴轴承器

机架与料浆槽：（1）机架（2）槽体（3）卸料阀（4）左右加强板（5）槽体加强版（6）溢流管（7）进料阀

分配阀：阀体，摩擦片，支承架，调整丝杆

气阀装置：气源（空压机），油水分离器，气管，电磁阀，气动球阀

2、清洗系统

（1）超声波清洗装置

利用每秒上万次到几十万次的超声波振动，超声波在液体中传播，在能量大于0.1W/cm2时把液体分子拉裂成空洞（空化核），此现象称为空化效应，把物体上的杂质剥离下来，达到清洗的目的。由于超声波在液体中衰减很小，所以物体的表面、内部、微孔内均有很好的清洗效果，可解决陶瓷板的清洗。

（2）反洗装置

连接一个管道泵，过滤器和缓冲罐。反吹时间略大于1s，反冲洗水压力0.5-0.8bar，清洗时间3-5秒。过滤阶段使用干净的水（可使用过滤液），清洗阶段使用计量泵打入1%化学清洗剂，来进行反洗。

（3）化学清洗

设备清洗利用反冲洗管路系统，将40%左右浓度的稀硝酸由计量泵送入反冲洗管路中，与水混合成1%的酸液，对滤板的结钙现象进行消除，保证滤板使用效率，对每一个循环的滤板进行由内向外冲洗。

3、滤液管反冲洗的优化处理

设计安装陶瓷过滤机的清洗系统为接水箱→管道泵→气阀→过滤器→手阀→反冲洗压力表→分配阀→反冲洗

在实际运行中发现存在以下问题：

（1）反冲洗水箱使用水为过滤滤液水，若陶瓷板其中一块存在问题，会导致滤液杂质含量过高，反冲洗水浑浊。（2）反冲洗纤维过滤器结垢堵塞、反冲洗压力不足、滤板不能彻底清洗，吸附效果低，需经常更换滤芯。（3）需定期更换新的滤板，滤板使用周期短（一般3个月），投资费用高。通过综合分析，听取厂家建议，对反冲洗系统进行工艺改进，针对废酸处理设备有工业应用的压缩空气，增设一套气体冲洗系统。

4、优化后工艺操作

（1）在正常过滤阶段，同时进行超声波、气反冲洗两个步骤，确保过滤陶瓷板的过滤效果。

（2）在清洗阶段两台过滤机进行切换，另一台进行操作，反冲洗采用超声波、气冲、水冲洗同时进行，确保清洗效果，有必要的情况下可以适当将40%左右浓度的稀硝酸直接加入冲洗水箱，由管道泵送入反冲洗管路中，与水混合成1%的酸液，对滤板的结钙现象进行消除，保证滤板使用效率，对每一个循环的滤板进行由内向外冲洗。

四、优化后实际运行效果

通过此次优化处理，陶瓷过滤机运行过滤效果明显加强，陶瓷板吸附厚度平均在1-1.5cm，气体干燥效果良好，石膏含水率平均在20%左右。相比高速旋转离心机，陶瓷过滤机形成的石膏为细小粉末，无结块现象，更适合公司中间产物的销售。

五、总结

随着社会发展，新的技术不断更新，对原有设备进行合理更换，更有利用生产的稳定，资源的合理回收，成本的降低。

同时相对高速旋转离心机，设备更紧凑、占地面积更小，跟适合现代化的工业生产需求。

参考文献

[1]核工业烟台同兴实业有限公司TC系列陶瓷过滤机说明

[2]铅锌公司设计说明

[3]徐邦学主编.《硫酸生产工艺过程与设备安装施工技术及质量检验检测标准使用手册》.广西电子音像出版社