浅谈氯化镁高浓高温卤水造粒工艺中的离心机运行研究

张玉山

(青海盐湖镁业有限公司, 青海 格尔木 816000)

1 工艺简述

从氯化镁精制卤水脱水制取无水氯化镁工艺中，湿颗粒在热空气氛围干燥中由于水解反应的存在，只能脱至两摩尔结晶水，深度脱水必须在氯化氢氛围下才能脱除，得到的无水氯化镁作为电解镁的原料，此工艺目前被认为是一种清洁型金属镁生产工艺，但在空气脱水及氯化氢氛围脱水之前，精制的氯化镁卤水必须浓缩至51%氯化镁(约4.8个结晶水)，并且制成一定粒度范围的小颗粒才能进入沸腾床内干燥。如果粒径范围不合适或水分过高将直接影响到沸腾炉的运行周期，颗粒过大会在沸腾炉中发生爆炸，颗粒中心的六水氯化镁脱水产生的蒸汽压大于颗粒的强度会导致颗粒爆炸产生大量粉尘堵塞沸腾炉塔盘；颗粒过小会被抽到尾气洗涤塔中造成损失及洗涤塔结晶。

浓缩卤水借助离心力穿过离心机转筒上的小孔，转筒的高速旋转使液体形成微小的液滴。小液滴以平均速度沿着转筒切径方向运动，同时液滴又受到自身重力作用而下落。液滴下落过程中与通过百叶窗引入的环境空气(冷却气流)逆流接触，与塔顶开孔的冷却气流并向接触，从而控制颗粒以理想的伞状轨迹下落，以及控制塔顶排出的尾气温度在80 ℃以下，防止造粒塔顶部涂层熔化。随着滴状卤水的冷却晶化，形成固态颗粒。

2 离心机运行影响因素

2.1 转速的影响

在造粒过程中，旋转速度是一个很重要的操作参数, 旋转速度常用于调整颗粒尺寸，以使其分布在规定0.20 mm～1.2 mm范围内，并用来补偿离心机孔腐蚀而带来的尺寸增加。颗粒的尺寸通过提高离心机的转速来降低，如果不合格的大颗粒(>1.2 mm)数量增多，则离心机需要更换篮盘。但是转速不能无限增大，转速过大，小液滴会沿水平方向直接甩到造粒塔塔壁上沉积，达一定厚度后掉落砸到底部运输机上造成破坏，如频繁清洗塔壁会影响到产能。所以，转速需控制在一定范围内。但在操作过程中，转速即使不变，颗粒的尺寸也会逐渐增加，其原因是离心机甩筒壁上的小孔受到不断磨蚀所致。

2.2 旋转方向的影响

使用交替旋转以增加离心机转筒的寿命。例如在每次洗涤周期后，通过改变旋转方向可能会避免孔洞的不对称腐蚀，并在由不合格颗粒含量增加而导致的离心旋转桶替换之前延长时间。旋转方向对流量分布和未使用旋转筒的液位并没有显著的影响。然而，使用旋转筒并且有侵蚀孔时，旋转方向扮演了很重要的角色。正常操作相比(顺时针)，逆时针旋转导致更高的孔流量，并且降低离心机内部的液位。这种影响被分配到由于侵蚀而产生的孔的不对称形状。

2.3 总液体流量的影响

增加总流量可以增加离心机的孔流量和液位。然而，孔流量被影响的程度稍微小。垂直流量分布变得更加规则，可能会导致更规则的颗粒尺寸分布。

以下为对于小孔按不同流量增加的顺序(单位横截面面积的容积流量)下不同的射流分散机理。

(1)渗漏。在低流量(或者较高的重力情况)下，转筒上的孔可能没有完全充满液体。液体在不规则的时间间隔从孔渗漏，也就导致了较宽泛的液滴尺寸分布的形成。

(2)滴落。在较高流量下，孔被液体完全充满，而且具有相对窄的尺寸分布的液滴在规则的时间间隔内形成。液滴的尺寸很大程度上取决于孔的尺寸以及液体与喷嘴之间的浸湿程度。

(3)层流射流分散。在更高的流量下，射流形成并且液滴的形成从孔转移到射流底部。在这机理中，液滴由于逐步增长的不稳定波而形成。一般来说这些液滴具有非常窄的尺寸分布并且比孔大，仅被微小液滴的形成干扰。

(4)正弦波。进一步增大流量会导致射流的螺旋形的变形。产生的液滴尺寸与孔的直径相似，并且具有宽泛的尺寸分布。

(5)湍流射流分散。在非常高的流量下，湍流射流产生并导致更小的具有宽泛尺寸分布的液滴的形成。液滴的尺寸主要被出口速度影响。

因此，在层流射流机理下操作时最有利的，产生的液滴的尺寸分布比在其他任何机理下都窄。平均液滴尺寸由孔的直径以及离心机的旋转速度共同决定，其中离心机的旋转速度影响射流的拉伸率。

2.4 侵蚀的影响

颗粒尺寸的分布不仅是孔的流量和离心机壁面切向速度的函数。“彗星”腐蚀在孔的进口侧形成，进口与旋转方向相反。带有侵蚀孔的逆时针旋转显著地增加了孔的流量，将会影响颗粒的尺寸分布并进而导致造粒塔壁面上的沉积率的增加。一旦壁面的沉积率或者颗粒尺寸分布变得不可接受，旋转筒必须更换。

2.5 料入口条件的影响

离心机内流量的目视检查表明，在所有的运行条件下，离心机内部都会有气泡出现。判断可能是由于阻止空气逆向流动的流速太低而引起的，如果液体的流速低于在垂直管的出口中形成的空气气泡的上升速度，转筒内气泡过多形成大量过细颗粒。这可以通过降低管道的横截面或者增加流量可以避免这种方式的空气夹带。但是金属镁生产中离心机转筒内的气泡不是因为离心机内气泡的形成，而是因为造粒离心机上游设备的气泡夹带，以及上游设备中由于蒸汽未及时分离出去，在离心机转筒内降至大气压，高温卤水再次由于压力降低再次沸腾产生大量气泡。

3 结束语

1)离心机转筒使用寿命

①交替的旋转。通过规律地改变旋转方向(比如24 h)可能可以避免孔的不对称磨损而且增加离心机转筒的使用寿命。只有在顺时针导致高的孔流量时才使用逆时针旋转，并且逆时针旋转会导致较大的颗粒。这是由与旋转方向相反的剪切边缘引起的，并且其把大量的液体转移到孔内。通过经常更改旋转方向，由于孔被均匀地磨损就可以避免发生这种影响，最终会导致孔具有圆形的入口，这种圆形的入口会提供更光滑的穿过孔的液流因而会促进层流射流的形成。

②选择一个更耐冲刷侵蚀的材料。孔附近的“彗星”的形成被假设成是由冲刷侵蚀引起。在金属钛表面形成的薄的钝化层被侵蚀移除，那么无钝化层保护的材料将被侵蚀。选择对冲刷侵蚀更低敏感度的材料可以通过降低孔的侵蚀率来增加离心机的使用寿命。可考虑选用材料 镍基合金碳-2000。

③旋转挡板的安装。通过安装在与壁面相同角速度下旋转的旋转挡板可以降低壁面和液体之间的相对速度，并且降低冲刷侵蚀的风险。然而，带有旋转挡板的与标准旋转筒相比具有更高并且不大均匀的孔流量分布，这将影响颗粒尺寸分布，还待测试。

2)减少转鼓中汽蚀现象的操作条件

①与上游的脱气容器中的大气压相比，要保持转鼓中压力始终较低(微负压：-5 Pa～-10 Pa)。

②对在脱气容器以及离心机之间的溶液进行轻微的冷却(几摄氏度左右)。 消除转鼓中汽蚀现象，是能够获得转股增加使用寿命的解决途径之一。