硫化钠生产中热溶工序的探讨分析

华国友

(丹棱县应急管理局，四川眉山，620200)

硫化钠，化学式为Na2S，俗称硫化碱，广泛应用于染料、制革、纺织和制药工业；在有色冶金工业中用作矿石的浮选剂。目前，国内绝大部分厂家硫化钠生产工艺为煤还原芒硝法，而热溶(又称热化、热浸和化碱)工序是生产中一个重要环节，传统工艺采用自然浸取。近年来，传统自然浸取工艺已不能满足安全、环保的生产需求，为此，一些热溶的新工艺逐渐被开发应用。本文针对热溶新工艺进行探讨分析。

1 硫化钠生产工艺流程

硫化钠生产的主要化学反应式为：Na2SO4+ 2C = Na2S + 2CO2。

硫化钠目前生产工艺如图1所示。无水硫酸钠和料煤按一定比例(约10:3)进行计量配比，混合后送入转炉内，在高温(900—1150℃)[1]下煅烧还原生成硫化钠粗碱熔体(半成品，俗称“灰饼”，含Na2S质量分数65%—70%[1])。灰饼用低浓度的热碱液(约80℃)[2]进行热溶解浸取，产生的浓碱液转入澄清桶，碱渣(主要成分为不溶解的煤渣)经多次热水洗涤后综合利用。静置澄清后，澄清桶内上层清液转入蒸发工序进行蒸发浓缩，浓缩后的碱液(Na2S含量60%以上)送入制片工序进行制片包装，制得片状硫化钠产品。

澄清桶底部沉降下来的下层碱泥液转入压滤机，经多次洗涤、压滤，再经烘干后综合利用，洗涤水返回热溶工序和洗泥回用。

转炉产生的烟气经余热锅炉回收热量、除尘、脱硫脱硝后达标排放，热溶尾气经洗涤后达标排放。

余热锅炉产生的蒸汽用于蒸发工序，蒸汽不足部分由另配设的锅炉供给。

图1 硫化钠生产工艺流程图

2 热溶工艺介绍

硫化钠生产中，热溶工序的主要目的是将灰饼中的有效成分硫化钠几乎全部溶解进入液相，并实现固液分离，控制生成浓度为25%—30%[1]的浓碱液。

2.1 传统自然浸取

2.1.1 工艺流程

采用多个浸缸间歇操作，浸缸为地下缸，底部铺设有孔不锈钢板。灰饼由黑灰车直接倒入盛有热稀碱液的浸缸中，自然浸取约3h后，碱液由浸缸底部排放阀排出汇集，然后由泵转入澄清工序；碱渣则采用人工作业清理。

2.1.2 存在问题

(1)浸取耗时长。

(2)浸取溶解不彻底，碱渣中硫化钠残留多，无法满足综合利用的硫化钠含量要求。

(3)灰饼倒入浸缸后，存在溶解过程中大块灰饼因受热不均炸裂致使人员烫伤的安全风险。

(4)浸缸是受限空间，碱渣的人工清理作业过程虽可采取强制通风措施，但仍存在较大安全风险和职业健康危害。

(5)存在废气(含微量H2S的水蒸气)无组织排放的环保问题。

2.2 转式热溶

2.2.1 工艺流程

灰饼先经粗破碎设备破碎后由进料口进入转溶炉前端，炉体正向旋转，碱渣由后端出料口不断排出，然后由提渣设备提升至渣斗，在提渣过程中用热水进行多次洗涤；热稀碱液由后端加入炉内，热溶浸取结束后，炉体反向旋转，浓碱液由前端排入碱槽，再由泵转入澄清桶；后端、前端的尾气抽入尾气洗涤塔，在后端应用了密封结构。

转溶炉结构如图2所示。主要尺寸为直径Φ=3.0m，L=9.0m，内间隔布设洗渣导流片和筛渣片。四川省立源化工有限公司等企业已在生产上成功应用。

图2 转式热溶炉示意图

2.2.2 优点

(1)热溶浸取耗时短。

(2)连续热溶生产，且浸取溶解彻底，碱渣能达到综合利用要求。

(3)解决了废气散排的环保问题。

2.2.3 缺点

(1)转溶炉采取单炉生产，无备用。

(2)尾气产生量较大，热损失较大。

(3)碱液浓度不易控制，波动较大。

2.3 强化热溶

在传统自然浸取的基础上，集转式热溶之长处，研究提出强化热溶工艺方案。

2.3.1 工艺流程

灰饼先经粗破碎设备(≤10cm占95%)破碎后进入热溶槽中上部。热溶浸取结束并静置约30min后，浓碱液从热溶槽中下部排出，再转入澄清桶；浓碱液排液完毕后，碱渣从热溶槽底部捞渣口由提渣设备提升至洗渣槽(白水)，洗渣结束后再由提渣设备提升至渣斗，提渣过程中用热水进行洗涤，洗渣槽内泥水采用真空带式过滤。热稀碱液由热溶槽中部进入，尾气从顶部排出抽入尾气洗涤塔。热溶槽采用多台并用。

热溶槽结构如图3所示。主要尺寸为直径Φ=3.0m，H=3.2m，内布设三层搅拌，底部搅拌浆贴近槽底(起搅拌和刮渣作用)，并设置液位计。

图3 热溶槽示意图

2.3.2 优点

(1)由于有静置过程，热溶浸取时间稍长。

(2)强制搅拌，浸取溶解彻底。

(3)废气产生量小，热损失小。

(4)碱液浓度控制更简单。

2.3.3 缺点

粗破碎设备不易选择。

3 两种新工艺对比

转式热溶和强化热溶两种新工艺对比情况详见表1。

表1 热溶两种新工艺对比

4 结语

(1)从安全、环保和可行性角度分析，硫化钠生产中转式热溶和强化热溶两种工艺都是可行的。

(2)从生产装置长期稳定可靠运行、自动化控制、节能降耗和产品质量方面考虑，强化热溶工艺具有一定优势。

(3)硫化钠生产中热溶工序的四点建议：①从节能降耗考虑，转溶炉等相关设备要做好保温。②目前普遍采用的螺旋提渣机故障率偏高，可考虑使用捞渣机。③强化热溶若延长静置时间，可考虑将整个澄清工序替换。④若生产低铁硫化钠产品，可考虑在强化热溶过程中添加絮凝剂，减少搅拌、静置澄清时间，提高了生产效率。