沉降離心機(jī)分離沉淀硫酸鋇試驗(yàn)研究

2018-07-12 17:37:19 點(diǎn)擊量：

我國生產(chǎn)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(chǎn)沉淀硫酸鋇， 同時副產(chǎn)硫化堿。 其中在過濾分離工
序， 目前在硫酸鋇行業(yè)中對此工序采用真空葉片機(jī)或廂式壓濾機(jī)來分離硫酸鋇的工藝［２］， 此工藝在實(shí)際使用過程中存在許多缺點(diǎn)： ①分離設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 占地面積大； ②副產(chǎn)物硫化鈉回收率差； ③葉片機(jī)分離時形成的濾餅不均勻， 易出現(xiàn)溝流現(xiàn)象， 導(dǎo)致過濾、洗滌周期長，軟水消耗量大。雖然廂式過濾機(jī)分離時形成濾餅均勻，但在洗滌時， 洗滌水易發(fā)生短路， 并且頭、尾板受其結(jié)構(gòu)的限制洗滌不充分。鑒于上述原因， 擬用臥式沉降離心機(jī)代替真空過濾機(jī)或廂式壓濾機(jī)的工藝來過濾分離沉淀硫酸鋇。
１ 臥式沉降離心機(jī)的工作原理
臥式沉降離心機(jī)主要是由機(jī)座、機(jī)殼、轉(zhuǎn)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(dāng)要分離的懸浮液進(jìn)入離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓后，高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓產(chǎn)生強(qiáng)大的離心力把比液相密度大的固相顆粒沉降到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁，由于螺旋和轉(zhuǎn)鼓的相對轉(zhuǎn)速不同， 二者存在有相對運(yùn)動（即轉(zhuǎn)速差），利用螺旋和轉(zhuǎn)鼓的相對運(yùn)動把沉積在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁的固相推向轉(zhuǎn)鼓小端出口處排出，分離后的清液從離心機(jī)另一端排出［３］。

我們采用臥式沉降離心機(jī)的主要參數(shù)：
轉(zhuǎn)鼓直徑： Φ４２０ ｍｍ 轉(zhuǎn)鼓有效長度： １ ６８０ ｍｍ
轉(zhuǎn)鼓形式： 圓柱－ 圓錐形 轉(zhuǎn)鼓錐角： ２×８°
轉(zhuǎn)鼓最高轉(zhuǎn)速： ３ ６００ ｒ／ｍｉｎ 電機(jī)功率： ２２ ｋＷ
２ 試驗(yàn)過程
臥式沉降離心機(jī)工藝參數(shù)優(yōu)化包括它的轉(zhuǎn)速、溢流直徑、差轉(zhuǎn)速等各方面因素， 就生產(chǎn)工藝而言， 側(cè)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(jī)的參數(shù)優(yōu)化， 主要從分離出硫化鈉堿水中含硫酸鋇的百分?jǐn)?shù)來考察。我們結(jié)合實(shí)際選擇確定考察的因素是： 轉(zhuǎn)速、溢流直徑、差轉(zhuǎn)速， 指標(biāo)為滿足生產(chǎn)要求的分離液澄清度和鋇渣含濕量。根據(jù)我們小試和有關(guān)理論數(shù)據(jù)， 確定各個因素變化范圍為：轉(zhuǎn)速３０００～３ ６００ ｒ／ｍｉｎ； 溢流直徑３４～１３８ｍｍ； 差轉(zhuǎn)速 ３０～５０ ｒ／ｍｉｎ， 每個因素取三個水平： 轉(zhuǎn)速３０００、 ３２００、３６００ ｒ／ｍｉｎ； 溢流直徑 １３４、１３６、３８ ｃｍ； 差轉(zhuǎn)速 ３０、４０、５０ ｒ／ｍｉｎ。由于試驗(yàn)是 ３ 因素 ３水平， 故可選正交表 Ｌ９（３４）， 做成試驗(yàn)方案 。
根據(jù)上面的實(shí)驗(yàn)方案和按照圖 ２ 的試驗(yàn)流程圖，我們不斷地調(diào)整臥式沉降離心機(jī)的轉(zhuǎn)速、溢流直徑和差轉(zhuǎn)速， 在不同的工況下對化合完成液進(jìn)行分離， 在離心機(jī)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(jīng)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(jīng)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(nèi)，烘干溫度保持在 １０５℃， 經(jīng) 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(xù)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(yàn)。
３ 試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)分析
按照 ＧＢ１０９０１—８９ 的分析方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理， 實(shí)驗(yàn)的指標(biāo)為鋇渣出口鋇餅含鋇量（％） 和排液口堿水含鋇量（％）。試驗(yàn)結(jié)果記錄如表 １。
從上表我們可以看出第 ６ 號試驗(yàn)條件 Ａ２Ｂ３Ｃ１ 的結(jié)果是最佳條件， 即轉(zhuǎn)速為 ３ ２００ ｒ／ｍｉｎ， 溢流半徑為１３８ ｍｍ， 差轉(zhuǎn)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(jié)果可以看出， 轉(zhuǎn)速的綜合評分和的平均值 ｋ３＝７６．７ 最高， 相應(yīng)的轉(zhuǎn)速為３６００ 轉(zhuǎn)／分； 溢流直徑以 Ｒ＝１３８ ｍｍ 為宜， 而在三種差轉(zhuǎn)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(jī)的參數(shù)， 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(jī)處理效果的主要因素是溢流直徑， 其次為轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速和差轉(zhuǎn)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(jù)上述的分析結(jié)果我們認(rèn)為溢流半徑為１３８ｍｍ， 轉(zhuǎn)速為３０００ ｒ／ｍｉｎ，差轉(zhuǎn)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(yàn)中， 因此我們必須與試驗(yàn)中的最佳試驗(yàn)作對比， 才能得出結(jié)論。試驗(yàn)對比結(jié)果
如表２。
從試驗(yàn)結(jié)果看出當(dāng)采用Ａ１Ｂ３Ｃ１試驗(yàn)條件來處理懸浮液的效果不如用 Ａ３Ｂ３Ｃ１、Ａ２Ｂ３Ｃ１試驗(yàn)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(jī)轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速的提高，使機(jī)器的功耗和磨損增加，壽命縮短。

４ 結(jié)論
臥式沉降離心機(jī)的工藝參數(shù)最佳結(jié)果是： 轉(zhuǎn)速３０００ ｒ／ｍｉｎ、溢流直徑Ｒ＝１３８ｍｍ、差轉(zhuǎn)速３０ｒ／ｍｉｎ， 在這種條件下， 經(jīng)過臥式沉降離心機(jī)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(shè)備用于沉淀硫酸鋇生產(chǎn)中固液分離， 完全能夠滿足工藝要求， 對于保證產(chǎn)品質(zhì)量， 降低成本以及治理“三廢”、節(jié)約能源， 都具有明顯經(jīng)濟(jì)和社會效益，值得在沉淀硫酸鋇行業(yè)推廣使用。