硫酸铝溶解工艺及改进

2020-12-23康泰付美玲许超王少伟周雅平河钢承钢钒钛事业部河北承德067002

化工管理 2020年35期

康泰付美玲许超王少伟周雅平(河钢承钢钒钛事业部，河北承德 067002)

0 引言

硫酸铝是无机盐基本品种之一，主要用于造纸及净水工业。硫酸铝的第一大用途是在造纸中，大约占硫酸铝总产量的50%。它在这里有4种用途：即施胶、调DH值、澄清加工过程中用水及作媒染剂。由于国产施胶水平不断提高，虽然造纸业硫酸铝需要增加，但消耗量增加不会太大。硫酸铝的第二大用途是在饮用水、工业用水和工业废水处理中作絮凝，大约占硫酸铝总产量40%。加入硫酸铝后，可以生成胶状的、能吸附和沉淀出细菌、胶体和其他悬浮物的氢氧化铝絮片，用在饮用水处理中可控制水的颜色和味道[1]。它还可以用在钒生产企业，用于净化钒液中的硅磷，生成钒泥，可再次回用或提纯。硫酸铝其他用途包括染色的媒染剂、净化脂肪和油类、药物化妆品、灭火剂、鞣革以及生产各种复式铝盐。

1 硫酸铝的溶解

上述硫酸铝一般需要溶解为一定浓度的硫酸铝溶液使用。因硫酸铝水溶液的强酸性，溶液腐蚀性强，对溶解池及打液泵的材质要求较高。因硫酸铝常温下溶解度不高，且溶解缓慢，且浓度超过300g/L后会低温析出，需要保持溶液温度至少在50℃以上。

1.1 冷法溶解与热法溶解

纵观硫酸铝在不同用途中其溶液要求的浓度不同，溶解方式有蒸汽加热溶解和冷法溶解。

造纸厂硫酸铝溶液用量较小，为减小对设备及管路的腐蚀，采用冷法溶解。唐山市第一造纸厂早期采用蒸汽加温的方式溶解，由于溶液的强酸性，严重腐蚀管路及设备，后来改为冷法溶解硫酸铝。厂家自主设计冷法溶解硫酸铝装置，如图1所示：固体硫酸铝被塑料板制的孔板悬隔在上部水中，溶解后，硫酸铝溶液比重大于水下沉形成对流扩散，从而达到溶解硫酸铝的效果。这种冷法溶解硫酸铝装置可以节约蒸汽，大大减轻对设备及管路的腐蚀[2]。缺点是溶解量比较小，只适用于硫酸铝需求量不大的情况。

由于用热水溶解硫酸铝蒸汽消耗高，1988年湖南津市造纸厂采用悬浮法溶解硫酸铝，如图2所示：在配料池上面修一个溶解池，里面放过滤筛，过滤筛位于池子上部，下半部悬空。需要溶解硫酸铝时，将溶解池内注满水后，硫酸铝倒入过滤筛，加入量以硫酸铝被水面浸没为止。由于硫酸铝溶解时容易生成胶状物，需要定期清理过滤筛，以免影响溶解速度。这种方法溶解硫酸铝溶液浓度均匀，能耗低，能满足配料需求。但冬季溶解速度较慢，需要溶解池的容积足够大，才能满足配料正常使用。

图2 悬浮溶解池示意图

1.2 硫酸铝对设备的腐蚀性

冷法及热法溶解硫酸铝不外乎都存在一个问题，硫酸铝溶液pH为3，对管路及设备都有很大的腐蚀性。绵竹造纸厂自1988年开始对硫酸铝溶解池进行技术改造，用钢筋混凝土，内衬聚氯乙烯塑料班，外贴瓷砖[3]，如图3所示。

图3 改进的硫酸铝溶解池示意图

图3所示的硫酸铝溶解池混凝土需要达到养生期才能使用，溶解硫酸铝时需要现在溶解池内注入2/3的生产水，再加入固体硫酸铝，为使浓度均匀加快溶解速度，可在池内打循环。改进的硫酸铝溶解池虽然减少腐蚀性，但必须在常温下才能使用。塑料箱与混凝土池子结合牢固度还需进一步研究。

硫酸铝除了用在造纸厂外，还是化工厂一种重要的工业絮凝剂，尤其是钒化工厂用于钒液净化处理过程，某钒厂月产钒酸铵1000t左右，硫酸铝日消耗量可达10～15t，简单的冷法溶解或悬浮法溶解都不能满足生产要求，故采用常用的单溶解罐溶解。但蒸汽加热溶解硫酸铝一是硫酸铝室温下溶解度较低，需要的能耗高；二是硫酸铝溶液为酸性，强烈腐蚀设备及管路；三是硫酸铝高温溶解过程中产生胶状物，需要定期停机人工清理搅拌桨，生产效率低，工人劳动强度大，难以实现连续化工业生产。

2 对溶解设备的改进

基于此，某钒厂自主设计一种硫酸铝溶解工艺及设备，既能提高溶解效率，不用停产清理搅拌桨就能实现大批量溶解硫酸铝，满足工业连续化生产需求；还能降低能耗，减少对设备及管路的腐蚀。图4为此硫酸铝溶解系统示意图。

该硫酸铝溶解系统包括：循环罐、溶解池、空压风管路和破碎装置。硫酸铝原料进入破碎装置，获得细料；循环罐内的冷水经蒸汽加热至预设溶解温度，然后排入溶解池中；硫酸铝细料投入溶解池中，并通入空压风进行搅拌完成初步溶解，将初步溶解后的溶液通入循环罐中做进一步的溶解，循环往复直至循环罐和溶解池中的硫酸铝溶液浓度一致，获得成品硫酸铝溶液。

图4 某钒厂热法溶解硫酸铝示意图

与单罐溶解硫酸铝法相比，某钒厂自主设计的硫酸铝溶解设备通过水管路向循环罐内加水并通过蒸汽管路中的蒸汽对水进行加热，生成的热水通过回液管路流入溶解池，而在溶解池的上方设置有破碎装置，破碎完成后的硫酸铝在重力作用下掉落至溶解池内，通过空压风管路向溶解池池底通入空气，空气在水中形成涡流，对溶解池内的液体进行搅拌，经过热水和空气的双重作用加速了硫酸铝的溶解，初步溶解的硫酸铝通过输送泵输送至循环罐内，在循环罐内的热水的作用下做进一步的溶解，将经过循环罐溶解的硫酸铝溶液再次通入溶解池内进行循环溶解，直至循环罐和溶解池中的硫酸铝溶液的浓度一致，循环罐内多余的气体由排气管排出。该系统能够实现硫酸铝的循环溶解，避免了停机清理搅拌桨的问题，生产和自动化程度较高，降低了工人的劳动强度，可以实现连续化生产。