淺談氯化鎂高濃高溫鹵水造粒工藝中的離心機運行研究

張玉山

(青海鹽湖鎂業有限公司, 青海 格爾木 816000)

1 工藝簡述

從氯化鎂精制鹵水脫水制取無水氯化鎂工藝中，濕顆粒在熱空氣氛圍干燥中由于水解反應的存在，只能脫至兩摩爾結晶水，深度脫水必須在氯化氫氛圍下才能脫除，得到的無水氯化鎂作為電解鎂的原料，此工藝目前被認為是一種清潔型金屬鎂生產工藝，但在空氣脫水及氯化氫氛圍脫水之前，精制的氯化鎂鹵水必須濃縮至51%氯化鎂(約4.8個結晶水)，并且制成一定粒度范圍的小顆粒才能進入沸騰床內干燥。如果粒徑范圍不合適或水分過高將直接影響到沸騰爐的運行周期，顆粒過大會在沸騰爐中發生爆炸，顆粒中心的六水氯化鎂脫水產生的蒸汽壓大于顆粒的強度會導致顆粒爆炸產生大量粉塵堵塞沸騰爐塔盤；顆粒過小會被抽到尾氣洗滌塔中造成損失及洗滌塔結晶。

濃縮鹵水借助離心力穿過離心機轉筒上的小孔，轉筒的高速旋轉使液體形成微小的液滴。小液滴以平均速度沿著轉筒切徑方向運動，同時液滴又受到自身重力作用而下落。液滴下落過程中與通過百葉窗引入的環境空氣(冷卻氣流)逆流接觸，與塔頂開孔的冷卻氣流并向接觸，從而控制顆粒以理想的傘狀軌跡下落，以及控制塔頂排出的尾氣溫度在80 ℃以下，防止造粒塔頂部涂層熔化。隨著滴狀鹵水的冷卻晶化，形成固態顆粒。

2 離心機運行影響因素

2.1 轉速的影響

在造粒過程中，旋轉速度是一個很重要的操作參數, 旋轉速度常用于調整顆粒尺寸，以使其分布在規定0.20 mm～1.2 mm范圍內，并用來補償離心機孔腐蝕而帶來的尺寸增加。顆粒的尺寸通過提高離心機的轉速來降低，如果不合格的大顆粒(>1.2 mm)數量增多，則離心機需要更換籃盤。但是轉速不能無限增大，轉速過大，小液滴會沿水平方向直接甩到造粒塔塔壁上沉積，達一定厚度后掉落砸到底部運輸機上造成破壞，如頻繁清洗塔壁會影響到產能。所以，轉速需控制在一定范圍內。但在操作過程中，轉速即使不變，顆粒的尺寸也會逐漸增加，其原因是離心機甩筒壁上的小孔受到不斷磨蝕所致。

2.2 旋轉方向的影響

使用交替旋轉以增加離心機轉筒的壽命。例如在每次洗滌周期后，通過改變旋轉方向可能會避免孔洞的不對稱腐蝕，并在由不合格顆粒含量增加而導致的離心旋轉桶替換之前延長時間。旋轉方向對流量分布和未使用旋轉筒的液位并沒有顯著的影響。然而，使用旋轉筒并且有侵蝕孔時，旋轉方向扮演了很重要的角色。正常操作相比(順時針)，逆時針旋轉導致更高的孔流量，并且降低離心機內部的液位。這種影響被分配到由于侵蝕而產生的孔的不對稱形狀。

2.3 總液體流量的影響

增加總流量可以增加離心機的孔流量和液位。然而，孔流量被影響的程度稍微小。垂直流量分布變得更加規則，可能會導致更規則的顆粒尺寸分布。

以下為對于小孔按不同流量增加的順序(單位橫截面面積的容積流量)下不同的射流分散機理。

(1)滲漏。在低流量(或者較高的重力情況)下，轉筒上的孔可能沒有完全充滿液體。液體在不規則的時間間隔從孔滲漏，也就導致了較寬泛的液滴尺寸分布的形成。

(2)滴落。在較高流量下，孔被液體完全充滿，而且具有相對窄的尺寸分布的液滴在規則的時間間隔內形成。液滴的尺寸很大程度上取決于孔的尺寸以及液體與噴嘴之間的浸濕程度。

(3)層流射流分散。在更高的流量下，射流形成并且液滴的形成從孔轉移到射流底部。在這機理中，液滴由于逐步增長的不穩定波而形成。一般來說這些液滴具有非常窄的尺寸分布并且比孔大，僅被微小液滴的形成干擾。

(4)正弦波。進一步增大流量會導致射流的螺旋形的變形。產生的液滴尺寸與孔的直徑相似，并且具有寬泛的尺寸分布。

(5)湍流射流分散。在非常高的流量下，湍流射流產生并導致更小的具有寬泛尺寸分布的液滴的形成。液滴的尺寸主要被出口速度影響。

因此，在層流射流機理下操作時最有利的，產生的液滴的尺寸分布比在其他任何機理下都窄。平均液滴尺寸由孔的直徑以及離心機的旋轉速度共同決定，其中離心機的旋轉速度影響射流的拉伸率。

2.4 侵蝕的影響

顆粒尺寸的分布不僅是孔的流量和離心機壁面切向速度的函數?！板缧恰备g在孔的進口側形成，進口與旋轉方向相反。帶有侵蝕孔的逆時針旋轉顯著地增加了孔的流量，將會影響顆粒的尺寸分布并進而導致造粒塔壁面上的沉積率的增加。一旦壁面的沉積率或者顆粒尺寸分布變得不可接受，旋轉筒必須更換。

2.5 料入口條件的影響

離心機內流量的目視檢查表明，在所有的運行條件下，離心機內部都會有氣泡出現。判斷可能是由于阻止空氣逆向流動的流速太低而引起的，如果液體的流速低于在垂直管的出口中形成的空氣氣泡的上升速度，轉筒內氣泡過多形成大量過細顆粒。這可以通過降低管道的橫截面或者增加流量可以避免這種方式的空氣夾帶。但是金屬鎂生產中離心機轉筒內的氣泡不是因為離心機內氣泡的形成，而是因為造粒離心機上游設備的氣泡夾帶，以及上游設備中由于蒸汽未及時分離出去，在離心機轉筒內降至大氣壓，高溫鹵水再次由于壓力降低再次沸騰產生大量氣泡。

3 結束語

1)離心機轉筒使用壽命

①交替的旋轉。通過規律地改變旋轉方向(比如24 h)可能可以避免孔的不對稱磨損而且增加離心機轉筒的使用壽命。只有在順時針導致高的孔流量時才使用逆時針旋轉，并且逆時針旋轉會導致較大的顆粒。這是由與旋轉方向相反的剪切邊緣引起的，并且其把大量的液體轉移到孔內。通過經常更改旋轉方向，由于孔被均勻地磨損就可以避免發生這種影響，最終會導致孔具有圓形的入口，這種圓形的入口會提供更光滑的穿過孔的液流因而會促進層流射流的形成。

②選擇一個更耐沖刷侵蝕的材料。孔附近的“彗星”的形成被假設成是由沖刷侵蝕引起。在金屬鈦表面形成的薄的鈍化層被侵蝕移除，那么無鈍化層保護的材料將被侵蝕。選擇對沖刷侵蝕更低敏感度的材料可以通過降低孔的侵蝕率來增加離心機的使用壽命?？煽紤]選用材料 鎳基合金碳-2000。

③旋轉擋板的安裝。通過安裝在與壁面相同角速度下旋轉的旋轉擋板可以降低壁面和液體之間的相對速度，并且降低沖刷侵蝕的風險。然而，帶有旋轉擋板的與標準旋轉筒相比具有更高并且不大均勻的孔流量分布，這將影響顆粒尺寸分布，還待測試。

2)減少轉鼓中汽蝕現象的操作條件

①與上游的脫氣容器中的大氣壓相比，要保持轉鼓中壓力始終較低(微負壓：-5 Pa～-10 Pa)。

②對在脫氣容器以及離心機之間的溶液進行輕微的冷卻(幾攝氏度左右)。 消除轉鼓中汽蝕現象，是能夠獲得轉股增加使用壽命的解決途徑之一。