冰晶石连续生产工艺改造的探讨

王智

摘要：原冰晶石生产存在含氟废水处理能力低、过滤效果差、产品合格率低等问题，将合成工艺由间歇性变更为连续性，可有效解决以上问题。确保无水氟化氢和氟化铝生产过程所排含氟废水得到及时处理，缓解了污水站废水处理压力，预期取得良好经济收益。

关键词：冰晶石；工艺；连续性

冰晶石，Na3AlF6，白色粉末或结晶状颗粒。主要用途：在冶金工业，作为助熔剂用于氧化铝电解及精炼纯铝；在玻璃工业，用做高效助熔剂或遮光剂；在陶瓷工业，作为添加剂改善陶瓷延展性；在化学工业，用做橡胶的树脂添加剂、胃毒性药劑、农作物的杀虫剂、烯烃聚合催化剂；在其它方面，用于人造石、激光镜面涂层、钢材修边剂、自润滑轴承等。

为支持陕西省商洛市工业化突破性发展，延长石油集团在商洛投资建设的延长石油氟硅化工产业园区项目目前已建成投产。冰晶石装置作为园区配套生产装置，采用氢氟酸—偏铝酸钠法生产工艺，设计规模5 000吨/年。该装置可靠平稳运行对资源高效利用，对公司降本增效具有十分重要的意义。

1 改造背景

氟化盐车间冰晶石装置于2012年9月第一次试生产，至2015年初基本打通生产工艺。期间，虽然进行部分技术改造和工艺调整，但是生产工艺、产品质量、装置产能等方面仍存在很多问题。问题主要有：

（1）合成反应生成的冰晶石粒度小、黏度大，料浆过滤困难。

（2）过滤后的湿冰晶石含水量大（≥40%），达不到干燥机组的水分要求（≤25%）。

（3）过滤后湿冰晶石需在装置现场摊开风干后进行烘干，使分离、干燥岗位无法实现连续运行。

（4）各批次质量波动大，分子比小，SiO2含量偏高，成品颜色微泛黄色。

经查阅文献资料及与氟化工专家深入交流、探讨后，一致认为合成粒度的大小直接制约着分离的效果。考虑影响冰晶石合成主要因素有pH值、反应温度、含氟废水浓度、偏铝酸钠溶液分子比等，经公司领导同意后，我们决定将原工艺由间歇性改为连续性，并为反应提供蒸汽加热，进一步探索满足最佳过滤效果的合成工艺。

2 改造目的

（1）解决合成后冰晶石粒度小、过滤效率差、过滤水分大、产品质量差等问题。

（2）降低合成、分离岗位劳动强度。

（3）提高装置含氟废水处理能力，满足无水氟化氢车间和氟化铝装置生产排废需求。

3 技术方案

3.1 设备与管线改造

（1）拆除料浆缓冲罐，在原位置变更设计一台反应器。反应器外形尺寸按料浆缓冲罐1.2倍放大，要求容器内部设置圆形内胆，且内筒下部与反应器衬里存在一定间隙；反应器顶部配置变频搅拌器一台。

（2）含氟废水和偏铝酸钠进合成反应釜E釜管线变更为分别由N1、N7进反应器；并新增一条DN50蒸汽管线，经带有分布器的铜质插入管由N6进入反应器。

（3）原料浆缓冲罐溢流管线进料端接反应器溢流口N5，管线出料端由原进料浆接收槽改为去污水收集槽。

3.2 自动化仪表改造

（1）含氟废水和偏铝酸钠管线分别设置智能不锈钢防腐电磁流量计各一台，反应器N9设置工艺智能pH显示仪一台，实现柜显、远传集中显示。

（2）变频搅拌器实现集散控制。

（3）蒸汽管线进合成反应器阀门前段设置就地压力表一块，反应器N3、N8设置就地双金属温度温度表两块。

3.3 操作工艺调整

3.3.1主要工艺指标优化

3.3.2操法工艺主要变更

将冰晶石合成反应由8台合成釜内改为1台反应器内进行，改进后的冰晶石合成工艺变更为连续加含氟废水和偏铝酸钠溶液进入新增反应器内，在适当转速搅拌、低压饱和蒸汽直接加热的环境下进行充分反应。反应生成冰晶石料浆内清液（轻组分）由于连续进料流向夹套内，经溢流口直排入污水收集槽；生成的冰晶石（重组分）由于重力作用沉降至反应器底部，通过控制底部出料口阀门，排至圆盘过滤机进行过滤。

设定偏铝酸钠流量，根据pH值、含氟废水浓度，调节含氟废水流量；根据溢流浑浊度、料桨过滤效果，调节出口阀开度、搅拌频率。

4 改造的必要性

通过以上技术改造，可较好地解决生产中料浆分离困难、不利于烘干、产品合格率低等问题，可实现装置连续、可靠运转；确保无水氟化氢装置和氟化铝装置生产排废得到及时处理，缓解污水站废水处理压力，降低生产成本、增加经济效益。

5 经济效益分析

冰晶石生产是我公司的重要环保项目，通过此次技术改造，更突显资源循环利用的经济优势。经改造生产可基本达到设计能力，按设计产能5 000吨/年及市场冰晶石价5 500元/吨估算，预期年销售额2 750万元。

另外，技术改造使合成岗位操作更加简单，车间可考虑合并分离岗位与合成岗位减少4人编制，年节约人工费约20万元；不再使用合成反应釜搅拌、反应泵、料浆泵，年节约电能约540 000kWh。

6 预期效果

（1）改进后的冰晶石合成工艺解决合成后冰晶石粒度小、过滤效率差、过滤水分大、产品质量差等系列问题。

（2）合成由原间歇式改为连续式，使合成、过滤、干燥岗位操作具有可操作的连续性，减小了劳动力的投入，突现自动化、工业化的无可比拟地优越性。

（3）工艺变更中，不再使用8台合成反应釜反应搅拌、2台反应泵、2台料浆泵，大大的降低了装置机械原动力能的输出，有效地提高了电耗指标。

（4）提高了装置产能，氟废水处理能力达到4.5m3/h。可以满足接收含氟废水的处理能力，客观有效地在废水处理上保障了无水氟化氢车间和氟化铝装置的开车的连续性、稳定性。

（5）连续、稳定的冰晶石生产进一步提高了其产品质量，改善了原“一釜一釜”的合成方式引起产品质量波动的状况。

参考文献

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[2]祁存谦.化工原理.北京：化学化工出版社，2005.

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[4]吴银龙.商洛氟硅化工产业园一期项目初步设计.西安：华陆工程科技有限责任公司，2010.

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[6]邢晓林，化工设备.北京：化学工业出版社，2006.

[7]濮良贵.机械设计.北京：高教出版社，2006.

（作者单位：陕西延长石油集团氟硅化工有限公司）