沉降離心機分離沉淀硫酸鋇試驗研究

2018-07-12 17:37:19 點擊量：

我國生產硫酸鋇的廠家目前大都采用所謂的“黑灰法”， 即用芒硝和硫化鋇水溶液通過均相沉淀生產沉淀硫酸鋇， 同時副產硫化堿。 其中在過濾分離工
序， 目前在硫酸鋇行業中對此工序采用真空葉片機或廂式壓濾機來分離硫酸鋇的工藝［２］， 此工藝在實際使用過程中存在許多缺點： ①分離設備結構復雜， 占地面積大； ②副產物硫化鈉回收率差； ③葉片機分離時形成的濾餅不均勻， 易出現溝流現象， 導致過濾、洗滌周期長，軟水消耗量大。雖然廂式過濾機分離時形成濾餅均勻，但在洗滌時， 洗滌水易發生短路， 并且頭、尾板受其結構的限制洗滌不充分。鑒于上述原因， 擬用臥式沉降離心機代替真空過濾機或廂式壓濾機的工藝來過濾分離沉淀硫酸鋇。
１ 臥式沉降離心機的工作原理
臥式沉降離心機主要是由機座、機殼、轉鼓、螺旋推料器、差速器、電控柜等組成（ 圖 １）， 它的工作原理是： 當要分離的懸浮液進入離心機轉鼓后，高速旋轉的轉鼓產生強大的離心力把比液相密度大的固相顆粒沉降到轉鼓內壁，由于螺旋和轉鼓的相對轉速不同， 二者存在有相對運動（即轉速差），利用螺旋和轉鼓的相對運動把沉積在轉鼓內壁的固相推向轉鼓小端出口處排出，分離后的清液從離心機另一端排出［３］。

我們采用臥式沉降離心機的主要參數：
轉鼓直徑： Φ４２０ ｍｍ 轉鼓有效長度： １ ６８０ ｍｍ
轉鼓形式： 圓柱－ 圓錐形 轉鼓錐角： ２×８°
轉鼓最高轉速： ３ ６００ ｒ／ｍｉｎ 電機功率： ２２ ｋＷ
２ 試驗過程
臥式沉降離心機工藝參數優化包括它的轉速、溢流直徑、差轉速等各方面因素， 就生產工藝而言， 側重于分離后硫化鈉堿水的澄清度， 即減少堿液中帶有硫酸鋇顆粒， 因此我們對臥式沉降離心機的參數優化， 主要從分離出硫化鈉堿水中含硫酸鋇的百分數來考察。我們結合實際選擇確定考察的因素是： 轉速、溢流直徑、差轉速， 指標為滿足生產要求的分離液澄清度和鋇渣含濕量。根據我們小試和有關理論數據， 確定各個因素變化范圍為：轉速３０００～３ ６００ ｒ／ｍｉｎ； 溢流直徑３４～１３８ｍｍ； 差轉速 ３０～５０ ｒ／ｍｉｎ， 每個因素取三個水平： 轉速３０００、 ３２００、３６００ ｒ／ｍｉｎ； 溢流直徑 １３４、１３６、３８ ｃｍ； 差轉速 ３０、４０、５０ ｒ／ｍｉｎ。由于試驗是 ３ 因素 ３水平， 故可選正交表 Ｌ９（３４）， 做成試驗方案 。
根據上面的實驗方案和按照圖 ２ 的試驗流程圖，我們不斷地調整臥式沉降離心機的轉速、溢流直徑和差轉速， 在不同的工況下對化合完成液進行分離， 在離心機出渣口和排液口分別取不同的樣品。將從排液口取得樣品經萬分之一級天平稱重后， 再用快速定量濾紙過濾濾液， 濾紙連同濾出的固體和經萬分之一級天平稱重后的從出渣口取得鋇渣樣品一起放入烘箱內，烘干溫度保持在 １０５℃， 經 １．５小時烘干后， 用萬分之一級精密天平稱重后， 再放入烘箱中繼續烘干， 每隔０．５小時取出稱重，直至恒重 （二次稱重之差小于２ｍｇ）， 共作 ９ 次試驗。
３ 試驗結果與數據分析
按照 ＧＢ１０９０１—８９ 的分析方法進行數據處理， 實驗的指標為鋇渣出口鋇餅含鋇量（％） 和排液口堿水含鋇量（％）。試驗結果記錄如表 １。
從上表我們可以看出第 ６ 號試驗條件 Ａ２Ｂ３Ｃ１ 的結果是最佳條件， 即轉速為 ３ ２００ ｒ／ｍｉｎ， 溢流半徑為１３８ ｍｍ， 差轉速為 ３０ ｒ／ｍｉｎ， 在這三個水平下綜合評分最高。
它是否為最好的搭配呢？ 我們通過計算各個因素在各個水平下的綜合評分的平均值， 找出該因素使綜合評分最高的水平來。從表 １ 的計算結果可以看出， 轉速的綜合評分和的平均值 ｋ３＝７６．７ 最高， 相應的轉速為３６００ 轉／分； 溢流直徑以 Ｒ＝１３８ ｍｍ 為宜， 而在三種差轉速中以 ｎ＝３０ ｒ／ｍｉｎ 時綜合評分和的平均值最高。把這三個因素的最好水平組合起來， 就得到了一個好的臥式沉降離心機的參數， 即 Ａ３Ｂ３Ｃ１。
但是這三個因素中哪個是主要的， 哪個中次要的呢？我們通過計算各個因素的極差， 利用極差的大小來衡量因素對綜合評分的影響。從表 １ 中我們可以看出極差值最大為 ４１．７， 其次為 ２８．４ 和 １０， 因此影響臥式沉降離心機處理效果的主要因素是溢流直徑， 其次為轉鼓的轉速和差轉速。
由于主要因素的水平的變化對綜合評分的影響較大， 所以我們必須控制它在最好的水平上。而根據上述的分析結果我們認為溢流半徑為１３８ｍｍ， 轉速為３０００ ｒ／ｍｉｎ，差轉速為 ３０ ｒ／ｍｉｎ 是最好的搭配，即Ａ１Ｂ３Ｃ１。
由于方案 Ａ３Ｂ３Ｃ１ 和 Ａ１Ｂ３Ｃ１ 它并不在作過的 ９ 個試驗中， 因此我們必須與試驗中的最佳試驗作對比， 才能得出結論。試驗對比結果
如表２。
從試驗結果看出當采用Ａ１Ｂ３Ｃ１試驗條件來處理懸浮液的效果不如用 Ａ３Ｂ３Ｃ１、Ａ２Ｂ３Ｃ１試驗條件來處理懸浮液的效果好，但是差別不大，并且臥式沉降離心機轉鼓轉速的提高，使機器的功耗和磨損增加，壽命縮短。

４ 結論
臥式沉降離心機的工藝參數最佳結果是： 轉速３０００ ｒ／ｍｉｎ、溢流直徑Ｒ＝１３８ｍｍ、差轉速３０ｒ／ｍｉｎ， 在這種條件下， 經過臥式沉降離心機分離后的硫化鈉水溶液濃度為 ４．４６％～５．３％， 硫酸鋇鋇餅含硫化鈉堿液量為 ２２％～２５％， 堿液回收率為＞９５％。
該設備用于沉淀硫酸鋇生產中固液分離， 完全能夠滿足工藝要求， 對于保證產品質量， 降低成本以及治理“三廢”、節約能源， 都具有明顯經濟和社會效益，值得在沉淀硫酸鋇行業推廣使用。