利用高溫鹽廢渣制取一水硫酸鎂技術創新研究

張德強，魏炳舉，劉素芹

(天津長蘆海晶集團有限公司 天津300450)

0 引 言

20世紀90年代，天津長蘆海晶集團有限公司所屬化工廠是以苦鹵為原料生產氯化鉀、氯化鎂的鹽化公司，在生產過程中排出大量的高溫鹽廢渣，每生產1t氯化鉀要副產 8～10t高溫鹽，它是氯化鈉和硫酸鎂的混合物，因無直接用途而排棄。高溫鹽廢渣的處理及利用一直是鹽化行業的老大難問題。

一水硫酸鎂是一種含有雙營養元素(硫、鎂)的化學肥料，我國南方大面積酸性土壤普遍缺鎂，需要施用氮磷鉀鎂肥，海南省的橡膠種植也需要大量的硫酸鎂肥料。國際市場上，東非、西非、東南亞、印度以及拉丁美洲等地區的土壤缺硫，一直以來向我國求購硫酸鎂肥料，一水硫酸鎂有廣闊的市場需求，當時硫酸鎂售價在 65美元/t以上，市場前景非常可觀。因此，對高溫鹽廢渣進行有效的分離工藝技術創新研究甚為重要，可為企業創造經濟和社會效益。

1 項目起步及方案制定階段——中試試驗研究

多年來，國內苦鹵化工行業在高溫鹽的綜合利用方面做了大量工作，先后有振蕩分離法、浮選法和旋流法，但均未得到規模應用。我公司先后與原輕工業部某研究所等科研單位做了溢分法和旋流法分離高溫鹽中的硫酸鎂和氯化鈉試驗，但溢分法設備龐大、工藝路線長、運行費用高；旋流法分離效果差，研究均告中斷。

1997年，為了解決高溫鹽排放與利用難的問題，當時的公司科技開發部重新立項，經多方面調研，尋找技術合作伙伴，本著利益共享、風險共擔的合作原則，經多輪溝通洽談，確定由某工程技術研究院負責試驗方案的制定和技術指導，海晶集團負責現場安裝和設備調試，蘇州某化工設備廠提供離心機關鍵設備并負責調試。通過與參試單位利益捆綁、共享，充分調動了合作單位的積極性，對項目的成功起到了推進作用。

利用高溫鹽制取一水硫酸鎂的技術關鍵是分離，分離效果的好壞直接影響產品質量、收率和成本，經多次研究選用的工藝流程1如圖1所示。

圖1 工藝流程1Fig.1 Technological flow sheet 1

在試驗期間，進行了多次不同轉速及不同固液比條件的試驗，證實了沉降式離心機分離高溫鹽廢渣是可行的。通過試驗取得了最佳的分離條件和工藝參數，試驗制得的濕一水硫酸鎂經干燥后，質量達到MgO≥25%，S≥18%。后經進一步小試研究，將粗的一水硫酸鎂經過轉化生成七水硫酸鎂，再由七水硫酸鎂干燥脫水得到了 MgO≥26.5%，S≥21%的出口級標準的硫酸鎂產品。工藝流程2如圖2所示。

圖2 工藝流程2Fig.2 Technological flow sheet 2

中試試驗的成功及工藝路線的確定為萬噸級裝置的實施奠定了基礎。

2 工業化裝置建設及實施階段——萬噸級裝置的建成及試車

中試試驗取得了預期的效果，之后科技開發部編制了“利用高溫鹽生產一水硫酸鎂及副產工業精制鹽工程”項目建議書和可行性研究報告提交集團公司，重點闡述了項目實施的緊迫性和必要性。在參試人員的共同努力攻關下，試車初期基本順利，用較短的時間打通了工藝，生產出合格的產品，產品質量達到了出口級標準，工業鹽(濕品)含 NaCl在 92%以上，產能達到30t/d以上，完全達到了設計要求。

但是，隨著試車的進行，天氣逐漸轉暖，由一水硫酸鎂轉化成七水硫酸鎂的轉化率逐漸降低，同時伴有顆粒較細的白鈉鎂礬析出，影響了轉化率和七水鎂離心機的脫水效果，導致產品質量下降。上述原因造成生產裝置無法運行，被迫暫時停產。

3 改造及完善階段——工業化裝置運營的產學研合作創新

合作雙方積極研究改進方案，對項目運作方式進行了創新，本著利益共享、風險共擔的原則，經協商由某研究院下屬公司以租賃的方式投產改進、生產經營。該項目運作，開辟了產、學、研結合的新模式。

項目組成員一邊積極探索高溫鹽制取硫酸鎂工藝技術，一邊認真地考察國內外市場，通過考察得知當產品質量指標為 MgO≥25%、S≥18%時，在東南亞國家也有廣闊的市場。通過工藝技術分析，在工藝上進一步改進和優化，避開一水硫酸鎂轉化工序，直接由鎂乳過濾干燥生產一水硫酸鎂產品，同時對分離和干燥設備進行了改進和完善。工藝改進后，生產很快就調試正常，進入了正常生產階段。一水硫酸鎂平均日產量35.2t，平均質量為MgO達到25.76%，S達到18.16%，完全達到出口級MgO≥25.5%，S≥18%的標準，工業鹽平均日產量 38.8t，NaCl平均含量達到 91.28%，符合國家工業鹽三級品標準(NaCl≥89.5%)。雖然一水硫酸鎂質量和最初相比有所下降，但省去了轉化工序，提高了產品收率、降低了能耗，成本也大幅降低，綜合經濟效益更加可觀。至此，無論從工藝設備上，還是從生產經營上該項目都步入了正常的軌道，徹底改變了傳統鹽化行業產品老三樣的格局，變廢為寶，開啟了鹽化行業的新篇章。

4 成熟及發展階段——項目的持續改進

化工廠搬遷后建設的硫酸鎂項目由海晶集團公司負責生產經營。在搬遷設計過程中，技術人員認真研究了原工藝、設備的運行狀況，針對生產運行中存在的問題進行了改進和創新。

干燥工序的改造:原硫酸鎂干燥工序采取廂式壓濾機卸料后，物料直接落地，需人工用鐵鏟向皮帶機送料，硫酸鎂濾餅為黏性塊狀堆料，黏結性較強，故人工送料勞動強度大，操作環境惡劣。用螺旋輸送機取代皮帶機后，徹底解決了物料輸送問題，減輕了勞動負荷，改善了操作環境。

熱風爐除塵系統改造:將原多管除塵器改為熱風除塵器，改造后，減少了熱損失，降低了煤耗。

硫酸鎂造粒:由于硫酸鎂產品為粉末狀，物料顆粒過小、易吸潮，在運輸、存儲過程中易造成損失，并且使用時粉塵大，開發粒狀硫酸鎂是市場所需。硫酸鎂造粒的成功開發，不僅能夠解決海晶集團化工廠每年2萬t的粉末狀一水硫酸鎂產品的銷售壓力，而且提高了經濟效益。尤其是此項目的實施，帶動了國內市場一水硫酸鎂產品的工藝技術進步，符合創新發展的趨勢，提升了產品競爭力。

熱風爐煤改燃:隨著天津市大氣環境治理力度的加大，硫酸鎂車間將原來生產用的燃煤熱風爐改造為燃氣爐，實施后，降低了排放污染物的含量，提高企業清潔生產水平，減少大氣污染對環境的影響。

綜上所述，硫酸鎂項目自建成后，歷經多次的改造升級，現在該裝置運行平穩，產品產量、質量穩定，工藝、設備運行良好，各項消耗逐年降低，從而提升了硫酸鎂產品的行業競爭力。

5 結 語

在市經委和渤化集團的大力支持下，在我集團公司領導的高度重視及全體員工的一致努力下，該項目歷經起步、實施、完善、成熟及發展階段逐步走向成熟。該工藝生產出的硫酸鎂獲得了“天然硫鎂肥”的美譽，除了銷往東南亞國家外，在日本、韓國也占據了一定的市場份額。該項目的實施，使我集團公司進一步調整了產品結構，改變了苦鹵化工老三樣的產品格局，不但給企業創造了經濟效益，而且為同行業提供了高溫鹽廢渣綜合利用的技術示范；既生產出市場急需的產品，又杜絕了高溫鹽對鹽田及附近海域的污染，變廢為寶，在整個工藝過程中無三廢排放。自項目建成至 2016年底止，共生產了一水硫酸鎂約35萬t、分離鹽25萬t，為企業創造了可觀的經濟效益。