废盐蒸发分质结晶工艺改造研究

黄和风

（昌德新材科技股份有限公司，湖南 岳阳 414000）

目前，我国废盐年产生量超过2 000 万t，约占国内危废总量的26%。随着社会经济的不断发展，工业生产催生大量废盐。废盐分为可利用废盐和危险废盐，可利用废盐含盐量大于85%，除了包括溶解性无机盐离子，还含有难处理的大分子有机污染物以及质量分数大于3.5%的总溶解性固体物（TDS）[1]，直接排放会污染环境，造成恶劣影响。因此，合理处置废盐已成为我国工业可持续发展的必然选择。改造前，湖南省某企业5 万t/a 废盐处置项目采用高温热解+精制除渣+蒸发结晶的组合处理工艺处置废盐，处理工艺共使用2 套热解装置、3 套混凝沉淀过滤装置、4 套蒸发结晶装置，由于蒸发结晶装置没有分质系统，该工艺只能处理单质废盐，无法处理混合废盐。2020 年，该企业对蒸发结晶装置进行改造，工艺调整为蒸发分质结晶，使用4 套蒸发结晶装置和2 套冷冻结晶装置，改造后混合废盐的处理能力大幅度提高。本文结合具体废盐处置项目，分析蒸发分质结晶工艺改造，从而实现废盐资源化利用。

1 蒸发分质结晶技术

分质结晶是混合废盐实现产品化的最重要一环。蒸发分质结晶技术主要是将浓盐水中氯化钠、硫酸钠等盐以工业产品的形式提炼而出，实现废盐资源化，同时二次冷凝水全部回用，提高水的回用率。水与盐的浓缩与分质是蒸发分质结晶技术的关键[2]。

1.1 蒸发分质结晶系统构成

废盐蒸发分质结晶系统主要由6 部分构成，即蒸汽冷凝及回收系统、蒸发系统、冷冻结晶系统、热量循环利用系统、高压冲洗水系统、真空不凝气外排系统等。

1.2 蒸发分质结晶工艺流程

废盐经热解精制后的饱和混盐溶液，通过硝蒸发系统、冷冻系统、盐蒸发系统、母液喷雾干燥系统等处理，回收有用的盐资源。废盐经热解精制后的饱和混盐溶液进入缓冲池，调节混盐至所需浓度后，饱和混盐溶液经过凝水预热器1 加热后进入硝强制循环蒸发系统进行蒸发。饱和混盐溶液达到浓度后析出一部分盐，硝晶浆泵连续稳定输送过饱和混盐溶液至硝稠厚器，降温增稠后的物料进入离心机离心分离硫酸钠，这部分硫酸钠由刮板输送机输送至圆盘干燥机进行干燥，干燥后的元明粉进入自动包装机打包，离心母液经过一级预冷器和二级预冷器后进入冷冻结晶系统；降温后的混盐溶液继续析出硝固体，饱和混盐溶液通过冷冻出料泵输送至冷冻稠厚器，增稠后的物料进入离心机离心分离硝，这部分硝循环套用至原料罐，离心母液经过预冷器和冷冻装置冷却后，上层清液溢流至凝水预热器2 预热后进入盐蒸发系统，下层含芒硝溶液进入离心机离心分离出硝固体循环套用至原料罐；饱和混盐溶液进入盐强制循环蒸发系统进行蒸发，饱和混盐溶液达到浓度后析出一部分盐，通过盐晶浆泵输送至盐稠厚器，增稠后的物料进入离心机离心分离氯化钠，部分母液返回盐蒸发系统继续蒸发，另一部分母液送入硝蒸发系统继续蒸发。工艺流程如图1所示。

图1 蒸发分质结晶改造工艺流程

1.3 工艺的先进性

改造技术具有6 个优势。蒸发分质结晶系统采用强制循环蒸发工艺，强制循环蒸发系统能够有效防止换热器堵管风险，同时能够减缓换热面污垢形成速度，提高传热效率，有效延长设备连续运行时间，降低设备清洗次数；蒸发分质结晶采用DTB 型结晶器，可有效增加系统硫酸钠盐和氯化钠粒径，提高这两种盐的纯度，有利于结晶盐的离心分离；二次汽系统采用压缩机再压缩，蒸汽再压缩技术对低品质的二次汽进行压缩后升温升压，将其作为硝蒸发系统和盐蒸发系统的热源，降低系统能耗；离心浓缩液采用喷雾干燥方式，外排离心浓缩母液直接干燥，分离水分和固体盐，真正做到系统零废液外排；关键设备蒸发分离器选型设计时，增加结晶器的直径与有效分离高度，将二次气速控制在1.5 m/s 以下，保证雾沫沉降，有效防止泡沫夹带料液，同时大大降低冷凝水携带腐蚀离子的浓度，保证冷凝水的品质；增大分离器储料容积，加大分离器的分离空间和面积，最大限度地减少受热的料液短路，使加热后的料液能够充分闪发，保证系统的蒸发量。

2 废盐蒸发分质结晶工艺改造

本次工程改造的对象是混盐蒸发结晶装置，该混合废盐含有NaCl+NaSO4（85%）、有机物（8%）、水分（3%）和杂质（4%）。经热解+精制工艺处理后，进入蒸发分质结晶工序进一步处理，处理后的盐溶液中总有机碳含量较低，分离的芒硝干燥后得到元明粉，它可以达到《工业无水硫酸钠》（GB/T 6009—2014）的一等品标准[3]，分离的氯化钠经干燥后可以达到《工业盐》（GB/T 5462—2015）的工业干盐一级标准[4]，分离的氯化钠盐水可以达到进离子膜烧碱精制一次盐水的要求[5]。

废盐热解、精制后的混盐溶液经原凝水预热器换热至60 ℃送入盐蒸汽机械再压缩（MVR）装置，蒸发浓缩后的过饱和盐溶液经稠厚器增稠，增稠后的盐溶液进入离心机离心分离出含水率15%的湿盐，湿盐干燥后得到较纯的盐。原工艺流程不能处理混盐，因此将原处理系统改造为在凝水预热器与盐MVR 蒸发装置间增加硝MVR 蒸发系统和冷冻结晶系统，以增加系统处理混盐的能力，得到可用的元明粉等资源。

改造后，饱和混盐溶液送入硝MVR 蒸发装置蒸发浓缩，然后经稠厚器增稠，增稠后的盐溶液进入离心机离心分离出芒硝，芒硝干燥后得到纯度99%的元明粉。系统需要增加硝MVR 蒸发浓缩装置、芒硝增稠器、母液罐、芒硝离心机、芒硝干燥及包装装置。混盐溶液经硝MVR 蒸发浓缩装置后，硫酸钠含量得到较大提升，经稠厚器降温至5 ℃以下，此时混盐溶液硫酸钠含量大于5.5%。经稠厚器降温后，混盐溶液有大量的芒硝晶体析出，以便后续离心机离心分离芒硝。芒硝通过加料机后进入流化床，在热风的推动下快速干燥，干燥器干燥后进行冷却，得到合格产品（水分含量不大于0.5%）。

系统需要增加两级预冷器、冷冻结晶装置、稠厚器、离心机、母液罐等装置。硝蒸发系统离心出的浓缩液自流至母液罐，母液罐中有30%的浓缩液循环套用至硝MVR 蒸发装置，其余70%浓缩液输送至两级预冷器进行降温，冷却至0 ℃。第二级预冷器上层溶液溢流至盐MVR 蒸发系统的凝水预热器升温至55 ℃，然后进入盐MVR 蒸发装置。第二级预冷器下层稠溶液自流进入冷冻结晶装置降温冷却至-5 ℃，冷冻降温后自流至增稠器增浓，然后进入离心机离心分离，稠厚器上清液溢流至母液罐。芒硝干燥出的尾气进入尾气处理装置，尾气处理装置由活性炭吸附装置和洗涤塔组成，干燥尾气经活性炭吸附和洗涤塔处理后达标排放。蒸发分质结晶工艺主要处理以NaSO4和NaCl 为溶质的混盐溶液，试生产结果表明，产品能达到相关标准要求。根据溶解度的不同，该工艺将浓盐水分步析出、结晶，得到较纯净的结晶盐[6]，实现废盐资源化处理。

3 结论

当前，我国废盐年产生量超过2 000 万t，若这些废盐能得到充分利用，则能减少环境污染。废盐蒸发分质结晶工艺能从根本上实现废盐资源化处理，具有良好的发展前景，是未来废盐资源化利用的必然趋势。但是，废盐具有特殊性，同时工业级Na2SO4和NaCl 的价格并不高，结晶产品的认证也缺乏相关标准，阻碍其作为商品真正实现资源化。因此，如何打开分质结晶产品的销路同样是解决废盐资源化利用问题的关键。