粉煤灰酸法氧化铝溶出工序控制论文

　　摘要：“一步酸溶法”粉煤灰提取氧化铝工艺技术中，溶出系统直接决定着对粉煤灰中铝的利用率的核心工序，实现对溶出工序的有效控制，选择更适合的生产运行方式，有助于提升生产运行水平，为中试装置的稳定高效运行提供技术保障。

 

　　关键词：粉煤灰；溶出；控制

 

 

　　在“一步酸溶法”提取氧化铝工艺技术中，溶出工序的主要作用是将从配料车间带来的以一定比例混合的粉煤灰与盐酸组成的料浆进行反应，将粉煤灰中的氧化铝等物质以氯化铝的形式析出到溶出料浆中，从而实现对粉煤灰中铝元素的提取。实际生产中生成的白泥量是无法直接确定的，但是氧化硅在溶出过程中不与盐酸发生反应而全部进入白泥，因此可以通过氧化硅分别在粉煤灰和白泥中的质量分数来确定白泥的产出量，从而得出溶出率。

 

　　1.1溶出系统工艺流程描述

 

　　配料车间送来的合格成品料浆，进入溶出系统。料浆在溶出罐内用蒸汽直接加热，使料浆的温度提高，粉煤灰和盐酸在溶出罐内进行溶出反应。溶出罐采用两级或三级串联运行方式，料浆依次通过加热溶出罐和保温停留罐。末级溶出罐只作停留罐，仅需通入少量的蒸汽进行搅拌。从末级溶出罐底部出来的物料经过相连的管道和阀门进入闪蒸罐(溶出I系统进入二号闪蒸罐，溶出III系统进入一号闪蒸罐，溶出II系统直接进入稀释槽)，经闪蒸降温后的料浆从闪蒸罐底部进入稀释槽内。闪蒸产生的二次蒸汽从闪蒸罐顶部进入汽水分离器，分离后的气体经石墨换热器冷却成冷凝水进入稀释槽内，分离后的液体也直接进入稀释槽内。溶出料浆也可以不经过闪蒸系统直接进入稀释槽。闪蒸料浆(或溶出料浆)与分离沉降工序送来的一次洗液在稀释槽内混合制成稀释料浆，由稀释泵通过送料管送往分离沉降工序。当稀释料浆酸度大于1%时，由稀释泵通过返料管送到配料车间。溶出车间地沟内取样、冲洗、维修等放料全部通过污水泵打入稀释槽，回到系统流程中。溶出罐在运行过程中产生的不凝性气体，通过溶出罐顶部的不凝性气体排放阀门排放至稀释槽，排放的不凝性气体及稀释槽产生的酸气通过酸气吸收系统吸收后排放到大气中。

 

 

　　1.2溶出系统设备组成

 

　　溶出车间共有9台溶出罐，分为三个系列，分别称为I、II、III系统，每个系统3台溶出罐。设备采用立式整体密闭结构。溶出罐顶部设有进料口、压力表接口、安全阀接口、压差液位计接口、不凝气管道接口、压缩空气管道接口，底部设有出料口、蒸汽接口，均采用法兰连接。溶出车间有闪蒸罐2台，设备采用立式整体密闭结构，主体材料为Q245R，设备内壁、包括各种接管内壁均衬有耐酸耐温砖，砖体与壳体之间用特种丁基橡胶作为过渡(防渗)层，用特种胶泥粘接。闪蒸罐顶部设有二次汽出口、安全阀、压力表、压差液位计等管口，中下部设有人孔、进料口，底部为出料管口。溶出车间有稀释槽3台，稀释槽由稀释槽槽体、搅拌电机和搅拌桨组成，稀释槽槽体的材质为玻璃钢，顶部设有进料口、一次洗液入口、排污水入口、母液入口、酸气吸收出风口、不凝气入口、冷凝水入口、安全阀管道入口、溢流出口，底部设有入孔、出料口、放料口。

 

　　1.3溶出系统设备工作原理

 

　　成品料浆由溶出罐顶部进入，在溶出罐底部两侧装有蒸汽插入管，蒸汽由插入管通入溶出罐内，对料浆进行加热、搅拌，粉煤灰和盐酸在罐内进行反应，粉煤灰中的氧化铝溶解为氯化铝，同时放出热量，料浆由溶出罐底部流出进入下一级溶出罐。末级溶出罐流出的料浆即为溶出料浆。

 

　　溶出I系统出料进入2号闪蒸罐，溶出III系统出料进入1号闪蒸罐。闪蒸罐的进料管道伸入到罐体中间，末端的管口朝下，溶出料浆从管口出来后，由于压力的突然降低而蒸发，物料分离成气液两相，气相通过闪蒸罐顶部排出经过汽水分离器、石墨换热器冷凝成水进入稀释槽，液相从闪蒸罐底部流出至稀释槽。从而达到为溶出料浆降温降压的作用。溶出或闪蒸后的料浆和一次洗液在稀释槽内搅拌混合均匀形成稀释料浆送给分离沉降车间，同时溶出系统放料、取样的料浆及不凝气、冷凝水等也都进入稀释槽，液相溶入稀释料浆，气相通过酸吸收管道进入酸吸收系统。

       1.4溶出系统指标控制参数

 

　　①溶出进料流量：3m3/h~5m3/h。②溶出罐压力：0.25MPa~0.55MPa。③溶出罐间压差：0.03MPa~0.1MPa。④溶出罐液位：70%~90%。⑤溶出料浆温度：130℃~160℃。⑥溶出料浆酸度：游离酸度小于1%。⑦溶出料浆氯化铝浓度：280g/L~320g/L。

 

 

　　2.1开车前的检查

 

　　①检查蒸汽管道无泄漏，阀门开关灵活紧密，表计显示准确。

 

　　②检查溶出系统：溶出罐壳体无变形、无腐蚀、无鼓包和裂纹；阀门开关灵活；相关表计外观完好、显示正常；核辐射液位计防护铅板已打开，DCS液位显示正常。③检查闪蒸系统：闪蒸罐、汽水分离器、石墨换热器外观完好；阀门开关灵活；相关表计外观完好、显示正常。④检查稀释槽外观完好；搅拌桨完好；搅拌电机油位在视窗1/2~2/3处，油质清澈；电机接地保护完好，点动试转搅拌正常；阀门开关灵活；相关表计外观完好、显示正常。⑤检查离心泵防护网罩、地脚螺栓固定可靠；接地保护装置完好；润滑油油位在视窗1/2~2/3处，油质清澈；检查传动机构，手动盘车2圈~3圈；确认机封冷却水流通正常。⑥检查酸吸收系统：确认酸气吸收塔、石墨换热器、酸吸收风机、酸吸收循环泵及管道、阀门连接完好；检查酸吸收循环泵及风机接地线正常；阀门开关灵活。⑦检查地沟内无杂物，盖板齐全完好；污水泵坑压缩空气畅通。⑧开车流程检查与确认，保证所有阀门、管道走向、盲板都处于正确状态。⑨检查气体监测及报警系统正常。

 

　　2.2溶出罐补热水

 

　　①操作高压水泵转动部件时禁止戴手套。②水温80℃~90℃。③水位补至溶出罐30%，出料阀关闭到位。

 

　　2.3进汽加热

 

　　①疏水阀完全关闭。②加热时缓慢开启蒸汽阀。③加热过程中溶出罐无震动。④溶出罐压力达到100KPa，准备进料。

 

　　2.4溶出罐进料

 

　　①进料流量控制在3.5m3/h~4m3/h。②当管道压力大于溶出罐压力时，方可开启进料阀，阀门开启到位。③闷罐时，通过开启不凝结气体及蒸汽进汽量调节各罐压力在250Kpa~500Kpa范围内。

 

　　2.5溶出罐出料

 

　　①溶出料将酸度小于1%。②出料阀及各罐间阀门完全开启。③及时调整蒸汽进汽量，保持溶出温度在130℃~160℃之间。④及时调整出口调节阀开度，维持溶出罐液位在70%~90%范围内。⑤维持上下两级溶出罐压差值为0.03MPa~0.1MPa，保证料浆正常流动，防止管道堵塞，通过开启不凝结气体及蒸汽进汽量调节各罐压力在250Kpa~500Kpa范围内。⑥操作人员在放射源辐射区附近不得长时间停留。⑦放料操作时观察周围人员情况，确认放料阀出口方向无其他人员，缓慢开启阀门。

 

　　2.6溶出罐停运

 

　　①待配料车间停成品泵，同时关闭溶出车间溶出系统进料阀。②待配料车间送料管放料完毕后，开启压缩空气吹扫进料管。③调节末级溶出罐出料阀，逐步降低溶出罐液位。④当溶出罐液位低于30%时，停止通入蒸汽，开启溶出罐顶部压缩空气赶料阀，将溶出罐内料浆压空后关闭。⑤打开溶出罐不凝性气体排放阀泄压，根据溶出罐压力适当开启放料阀放料。⑥全开闪蒸罐至汽水分离器电动阀、闪蒸系统出料阀，将闪蒸系统料浆放至稀释槽。⑦联系分离沉降车间停送一次洗液。⑧停运酸吸收系统。⑨稀释槽液位低于15%后，停运搅拌。⑩稀释槽液位低于5%后，停运稀释泵。送料管道放料，料件放尽后联系分离沉降车间吹扫送料管。如溶出系统长时间停运，将核辐射液位计防护铅板关闭。

 

　　2.7溶出系统紧急停运

 

　　当溶出料浆酸度大于1%、溶出系统出料管道穿孔、阀门泄漏等状况导致系统无法继续运行时，需进行紧急停车。

 

　　①汇报调度，联系配料车间、分离沉降车间做好紧急停车准备。②待配料车间停泵，同时关闭溶出罐进料阀。③待配料车间送料管放料完毕后，开启压缩空气吹扫进料管。④关闭各溶出罐底部出料阀，底部出料阀后管道放料，防止管道堵塞。⑤关小各溶出罐蒸汽入口阀，保持蒸汽搅拌即可，适当排放不凝性气体，维持溶出罐压力不高于0.55MPa。⑥联系分离沉降车间停送一次洗液。⑦降低稀释泵转速，当稀释槽液位低于15%时，按正常停车步骤停止给分离沉降车间送料。⑧做好相应安全措施，联系检修工处理设备缺陷，缺陷处理完毕后，恢复系统运行。

 

　　2.8操作注意事项

 

　　①操作人员必须对本设备存在的危险源进行辨识，并掌握危险源的管控措施。②操作人员熟悉掌握本设备的操作规程。③必须正确穿戴劳动防护用品。④溶出罐启动前注水时水位必须将溶出罐横管进气孔淹没(30%)，避免蒸汽直接接触罐壁。⑤首级溶出罐进料时，确保进料门前管道压力大于溶出罐压力时才可将其打开。⑥连通各级溶出罐时，若下级溶出罐压力大于上级溶出罐压力，两者不可连通，以免料浆运行不畅发生堵塞。⑦操作连通各溶出罐的阀门时检查其放料阀门在关闭状态。⑧切换溶出罐时操作阀门要遵从先开后关的原则。⑨管道堵塞而需要进行放料时，要佩戴好防护面罩，站在阀门侧面，确保放料口侧无人时方可进行操作。⑩在溶出罐处进行操作或巡检时，不可长时间逗留。停止给溶出罐进蒸汽时，在关闭进汽总阀之前一定要将距离溶出罐最近的蒸汽进汽手动阀关闭，以免料浆返进蒸汽管道。启动高压水疏通管道时，必须用热水，避免管道、阀门因受到冷热冲击而损坏。当氯化氢气体、氢气监测报警装置报警时，要及时排查确认报警原因及泄露源，做好相应防护措施后，联系。检修处理设备缺陷。排放不凝性气体时要先完全打开第一道阀门(靠近溶出罐的阀门)，再缓慢打开第二道阀门，排放时间不宜过长，阀门开度不易过大，防止不凝性气体带料。排放后先关闭第二道阀门再关闭第一道阀门。

 

 

　　3.1溶出罐超压

 

　　当溶出罐压力超过0.55Mpa，要及时开启不凝性气体排气阀，减少蒸汽进气体量，适当开大溶出系统出料阀门开度来降低溶出罐压力。并注意检查是否存在管道堵塞现象，及时疏通。

       3.2溶出罐出口温度下降

       当溶出罐出口温度突然快速下降时，说明溶出罐出料管道堵塞，应立刻进行放料操作疏通管道，如果放料无法疏通，应启动高压水系统进行疏通；当溶出罐出口温度缓慢下降时，应适当减小进料流量，增大蒸汽进气量，关小溶出系统出料阀提升溶出罐液位。

 

　　3.3溶出料浆酸度升高

 

　　当溶出料浆酸度呈上升趋势时：①增大蒸汽进气量，提高溶出温度；②适当减少进料流量；③适当减少出料流量，提高溶出罐液位，增加反应时间。当溶出系统出料酸度大于1%时：①应立刻联系调度室汇报情况，停止溶出系统向稀释系统或闪蒸系统出料；②检查溶出罐液位是否正常，如液位过低则应继续进料补充液位；如液位正常，则应停止进料，进行闷罐处理，待酸度合格，再重新启动。

 

　　3.4溶出系统出料管道堵塞

 

　　①当溶出系统出料管道堵塞时应减少蒸汽进气量，防止系统压力过高；②减少系统进料量，防止液位过高；②通过放料判断堵塞位置；④启动高压水系统疏通管道；⑤如高压水系统无法疏通堵塞部位，则汇报调度，切换或停止系统，联系检修人员拆卸管道进行疏通。

 

 

　　4.1溶出罐震动

 

　　故障原因：①温差变化大；②加热速度过快；③来料温度低。

 

　　故障处理方法：①启动时，缓慢加热；②控制各级溶出罐进气量，使加热平稳；③控制蒸汽及料浆流量，避免冷热冲击。

 

　　4.2溶出罐超压

 

　　故障原因：①溶出料浆超温；②新蒸汽温度、压力超限；③不凝性气体未及时排出；④料位过低；⑤出料不畅或堵塞。故障处理方法：①控制料浆温度＜160℃；②保证新蒸汽压力0.6MPa~0.75MPa，温度：155℃~170℃；③排出不凝结气体；④保证溶出料位70%~90%，料位过低或过高时，及时联系调整成品泵流量、压力，调整系统阀门开度；⑤疏通堵塞管道。

 

　　4.3出料管道堵塞

 

　　故障原因：①溶出罐间压差过小；②蒸汽进气量过小，料浆沉淀；③出料阀门截流过大。故障处理方法：①调节蒸汽进气量、排放不凝性气体维持上下两级溶出罐的压差值为0.03MPa~0.1Mpa；②末级溶出罐保持通入一定量蒸汽进行搅拌；③开大阀门，放通管道，重新截流。

 

　　4.4蒸汽进气支管穿孔

 

　　故障原因：①蒸汽进气电动阀开度过小；②进汽手动阀开度过大；③逆止阀损坏；④蒸汽压力低。故障处理方法：①打大电动阀，保持进气压力大于溶出罐压力；②调小进气手动阀；③放空溶出罐料浆，更换逆止阀；④保持联系调度，提高蒸汽压力。

 

　　4.5闪蒸罐超压

 

　　故障原因：①闪蒸罐料位高；②闪蒸罐至汽水分离器调节阀开度小；③溶出料浆压力高；④汽水分离器至石墨换热器手动阀开度小；⑤石墨换热器循环水量小。故障处理方法：①调节闪蒸罐进、出口阀开度；②调节闪蒸罐至汽水分离器调节阀开度；③控制溶出罐压力在0.25MPa~0.55MPa范围内；④开大汽水分离器至石墨换热器手动阀；⑤开大石墨换热器入口循环水阀。

 

　　4.6闪蒸罐超温

 

　　故障原因：①溶出料浆超温；②闪蒸罐料位高，闪蒸效果差；③汽水分离器至石墨换热器手动阀开度小；④石墨换热器循环水量少。

 

　　故障处理方法：①控制溶出料浆温度在130℃~160℃范围内；②控制闪蒸料位在20%以下运行；③开大汽水分离器至石墨换热器手动阀；④增加石墨换热器循环水量。

 

　　4.7闪蒸罐超温

 

　　故障原因：①闪蒸罐入口阀开度大；②闪蒸罐至汽水分离器阀门开度过大，出料阀门开度过小；③闪蒸罐压力低；④出口管道料浆堵塞。故障处理方法：①关小闪蒸器入口阀；②开大闪蒸罐出料阀；③关小闪蒸罐至汽水分离器调节阀；④启动高压水泵，疏通堵塞管道。

 

　　4.8闪蒸罐超温

 

　　故障原因：①闪蒸罐料位高；②闪蒸罐内部压力低；③闪蒸罐出口调节阀开度过小；④汽水分离器进入料浆。故障处理方法：①关小闪蒸罐进料阀，降低闪蒸罐料位；②关小闪蒸罐至汽水分离器调节阀；③开大闪蒸罐出口阀；④调整无效后，启动高压水泵，热水冲洗堵塞管道。

 

　　4.9稀释槽搅拌跳闸

 

　　故障原因：①稀释槽料位过高；②搅拌转速高；③搅拌轴中心偏移；④用电中断；⑤料浆固含高；⑥搅拌减速机故障。故障处理方法：①保持稀释槽料位不高于60%；②控制搅拌转速20r/min~28r/min运行；③稀释槽搅拌偏移、倾斜时，倒槽并放空料浆，矫正搅拌桨；④及时联系恢复厂用电；⑤提高一次洗液流量，保证固含在80g/L~120g/L范围；⑥搅拌跳闸，启动两次无效后，不得多次强行启动，汇报车间处理，倒稀释槽运行，将跳闸的稀释槽料位放低，防止出料、放料管道堵塞。

 

　　4.10搅拌桨断裂

 

　　故障原因：①搅拌桨旋转中心偏移、别劲；②搅拌转速过快；③稀释槽液位过高；④稀释料浆固含太高。故障处理方法：①校正搅拌桨旋转中心；②调整搅拌转速在20r/min~28r/min；③控制稀释槽洗液不高于60%；④增大一次洗液流量。

 

　　4.11稀释槽超温

 

　　故障原因：①溶出料浆温度高；②未投入闪蒸系统；③溶出料浆流量大；④一次洗液流量小；⑤酸吸收风机转速低。故障处理方法：①控制溶出温度＜160℃；②投入闪蒸系统运行；③减小溶出料浆流量；④增大一次洗液流量；⑤提高风机转速。

 

 

　　在工序的稳定运行方面，应当以选择更加适应酸法工艺的设备以及提升设备自动化水平作为提升工序控制水平的出发点。通过分析粉煤灰酸法生产氧化铝溶出工序的原理，控制技术措施、设备控制方式以及故障处理等具体方式，对具体细节提出原因分析以及相应的应对措施，通过上述措施可以实现溶出工序的安全稳定运行。