碳酸钴沉淀洗涤净化工艺的改进

碳酸钴沉淀洗涤净化工艺的改进

碳酸钴是合成各种有机钴化合物、钴盐催干剂、橡胶工业用钴盐粘合增进剂的重要中间体, 由工业纯碱和硫酸钴水溶液复分解反应制得。由于碳酸钴极易吸附硫酸根和其它杂质离子, 所以要用水反复洗涤才能达到质量要求。一般情况下用常温软化水水需洗涤十几次, 热软化水需洗涤7次以上, 操作周期长工作效率低。其中沉降澄清时间和洗涤重复次数随反应条件和操作条件变化, 所需时间占整个生产周期的80%,是决定企业生产能力的关键因素。

为了缩短洗涤时间和减小洗涤次数, 在对沉降洗涤操作进行深入研究的基础上, 对洗涤工艺方法进行了改进, 提出了新的工艺措施, 洗涤工作效率提高2倍。 1 影响沉淀反应和粒子沉降速度的因素

温度：温度高有利于形成结晶状态较好的碳 酸钴沉淀缩短澄清时间。在吸附-解附平衡中升高温度有利于杂质解吸。

浓度：碳酸钠浓度大, 生成的细微沉淀物中可能含有胶态氢氧化物, 杂质吸附量大幅度增加。

硫酸盐共沉淀：沉淀剂加入过快或浓度过大时, 均可能发生硫酸盐共沉淀问题。其表现是碱式碳酸钴中夹杂一定量硫酸盐, 无论怎样洗涤也无法洗净硫酸根离子。含硫酸盐的碱式碳酸钴反应活性大大减小, 产品中夹杂生料。

沉淀剂过量问题：过量幅度小或等量加入会导致碳酸钴沉淀不完全, 滤液发红损失钴。

胶体化倾向：过大的搅拌强度、过高的沉淀剂浓度都可能使沉淀粒子胶体化。胶体化粒子沉降速度减小, 其吸附能力和包裹能力都大大增强, 洗涤难度成倍增加, 用水量剧增。

2 沉淀洗涤工艺的改进

缩短沉淀物洗涤时间的工艺措施, 首先是改善沉淀工艺条件, 使沉淀保持较好的状态, 使之易于沉降和过滤; 其次是采取有效措施缩减静置澄清时间。

2.1 保持适宜的沉淀反应工艺条件 沉淀剂的加入速度小一些, 有利于生成较大的颗粒。经验表明在2m3的硫酸钴溶液(0.15～0.25, 质量分率, 下同) 中碳酸钠溶液(0.1～0.20) 加入速度每分钟2～5L 较适宜, 可以防止硫酸盐共沉淀。沉淀温度维持70～80℃可获得满意效果。普通搅拌机不宜连续开动, 应间歇搅拌。改用

压缩空气搅拌, 或采用框式推进器的低速搅拌机(40r/min以下), 能减小对沉淀颗粒的粉碎作用

2.2 热水洗涤 将反应釜冷凝器出口具有一定温度的冷凝水导入到离子交换柱中, 制备热的离子交换水, 用热的离子交换水洗涤沉淀, 可提高洗涤效率。这部分水量较小不能满足生产的需要, 需用锅炉加热洗涤用水, 水温控制在60～70℃。

2.3 改进洗涤操作工艺

2.3.1 吸滤洗涤的原理和设备 吸滤洗涤是我们根据被洗涤物料的性质提出的一种工艺措施。 具体方法是用纤维编织胶管串连两只潜水泵。其中一只功率泵入口安装自制吸滤盘, 称为吸滤泵, 利用泵自身的允许吸上真空高度进行吸滤排水。泵的允许吸上真空高度越大, 吸滤性能越好。另一只功率相同或稍小, 称为反 冲泵 。反冲泵安装在有一定体积(有效体积在100L 以上) 的贮水槽内, 用于反冲、洗涤吸滤盘。在沉淀反应结束后, 不必等待沉降澄清, 直接用吸滤泵将液体吸取出来。吸滤过程中, 吸滤盘上的滤饼会越来越厚, 如果不加处理, 吸滤泵很快会吸不进液体。用反冲泵间歇反向冲洗使滤饼脱离吸滤盘, 保证吸滤泵正常工作。两泵的电源线继电器控制, 保证二泵之一工作但不同时工作。继电器的常闭触点接吸滤泵, 常开触点接反冲泵。选择泵时应考虑碱液腐蚀问题, 可采用塑料泵或铸钢泵。滤液和洗涤液呈碱性, 泵叶轮不能用铝材制造。见图1

。

吸滤盘采用不锈钢等耐腐蚀材料制作, 外形为球冠形或圆盘形。滤布两面用不锈钢网加强, 以法兰圈固定。潜水泵和吸滤盘的规格可根据沉淀罐体积、滤饼的性质来确定。经验是1m3沉淀罐配0.7～1.0kW 吸滤泵,1kW 潜水泵配吸滤面积在120cm2以上的吸滤盘。 吸滤面积越大, 吸入阻力越小, 所需反冲的次数减少, 但吸滤盘笨重不便操作。吸滤盘的有效 面积设计得尽量大, 体积尽量小, 保证

滤布能承受住吸滤-反冲的“呼吸”应力。 反冲泵可选择与吸滤泵相同的潜水泵, 将其叶轮卸下用车床车削使直径减小2%～4 % ,使泵扬程适当减小。 这样不仅能达到反冲降低吸滤阻力的目的, 减小“呼吸”应力对滤布产生的破坏, 还可有效减小反冲泵的功耗。

2.3.2 吸滤洗涤的工艺 将吸滤泵浸入在沉淀罐液面以下, 反冲泵浸入含一定水的贮水槽内。使用时先开动反冲泵使吸滤系统充满水, 然后开动吸滤泵进行吸滤。 吸滤泵工作一段时间后吸滤盘表面滤饼加厚, 吸滤阻力增大。阻力大到一定程度时潜水泵会突然产生噪音, 电机功率下降, 流量减小。这是由于离心泵发生了气蚀。记录发生气蚀的时间。开动反冲泵反冲吸滤盘数秒, 气蚀即可消除。观察吸滤盘外的滤饼是否反冲干净, 干净后记录所需时间。泵的工作时间应小于发生气蚀的时间并留出安全时间距离。随着悬浊液稠度的增加, 吸滤泵反冲操作会逐渐频繁。吸滤到滤浆较稠, 不易吸滤为止, 加水进行下一次洗涤。 采用时间程序控制器可使操作进一步简化。

2.3.3 吸滤洗涤的特点 吸滤洗涤的优点是明显的, 设备简单高效。采用此工艺前, 冷水洗涤一次换一次水要静置澄清6～7h, 一个作业班时间内只能洗涤1次, 换一次水。采用吸滤工艺, 热水洗涤后一个班平均可以洗涤3次, 换2 次水 , 可节水50%～60%,工效提高2倍。但热水要用锅炉加热, 消耗较多能量。冷凝器冷却水可以通入离子交换柱中制成热交换水, 作为锅炉的部分水源。考虑废水处理成本时采用热水洗涤成本较低。 吸滤洗涤的缺点是吸滤泵易发生气蚀。长时间气蚀会使离心泵叶轮疲劳, 发生海绵状剥离而损坏。热水洗涤比冷水洗涤容易发生气蚀, 因此热水洗涤时吸滤泵的吸滤面积应更大一些, 以减小吸滤阻力。

3 其他洗涤方法

(1)压滤, 不经过沉降澄清, 直接在压滤机中 通水洗涤。相关部门应给予足够的重视。城市污水的水源热泵系统的推广使用对净化城市空气, 节约供热(供冷) 能源, 减轻对地下水源的污染均具有重要作用, 是一种可以在污水处理行业推广的创新技术, 有广泛的发展前景, 值得大力推广应用