短流程脱硅技术在酸洗机组中的应用
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传统脱硅技术简介
生产高强钢或者硅钢的冷轧连续酸洗机组工艺段所设置的酸液净化系统，又叫在线脱硅系统。酸洗机组工艺段脱硅系统是为了提高工艺段酸液的重复利用率，去除酸液中的一部分含硅污泥，其目的是保证硅泥不堵塞酸液循环系统管路；另一方面，为了保证酸液的在线重复使用，脱硅系统的脱硅过程须在强酸性环境下实现硅泥分离，但不影响游离酸的含量。
酸洗机组的传统在线脱硅工艺采用长流程，如图1所示。酸洗机组酸液循环罐（通常为No.1和No.2酸液循环罐）的高温含硅酸洗液，经过换热器冷却降至合适的反应温度；然后，酸液进入混合反应罐，在此投加配置好的助凝剂，混合均匀后进入沉淀反应罐，并投加絮凝剂；其次，在沉淀反应罐中经过充分的絮凝沉淀后，实现酸液与硅泥的分离；最后，净化后的酸洗液（滤清液）从罐体上部周边流出，沉淀下来的硅泥经污泥泵输送至压滤机，对污泥减量化处理。
传统在线脱硅系统中，污泥处理工艺较为简单，把含酸污泥直接泵入板框压滤机，板框压滤机由滤板和滤框相间排列而成，在滤板的两侧覆有耐酸腐蚀的聚丙烯滤布，用压紧装置把滤板和滤框压紧，即在滤板和滤框之间构成压滤室。在滤板和滤框的上端中间相同部分开有小孔，压紧后成为一条连续的通道，加压后的污泥由该通道进入压滤室，滤板的表面刻有沟槽，下端钻有供滤液排出的孔道，滤液在压力下通过滤布，沿沟槽与孔道排出压滤机，实现含酸污泥的脱水。
传统在线脱硅工艺在酸液净化处理上，为了保证絮凝效果，需要首先降低酸洗液温度，才能在加入絮凝剂和助凝剂后形成较好的絮凝沉淀效果。为了不影响净化后酸循环系统的正常生产，需要再次升温，才能混入原酸循环系统。在此过程中，酸洗液温度的降低和升高消耗了很大一部分能源，提高了生产成本。此外，虽然传统在线脱硅工艺中，含酸污泥通过板框压滤机挤压脱水后的含水率可以降至70%左右，但是其依然是强酸性污泥，其后续的运输和处理难度很大。
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短流程脱硅工艺
3.1 短流程脱硅工艺
针对传统在线脱硅工艺存在的问题，本文从药剂、工艺及装备等多方面进行改进。
在药剂方面，通过大量试验筛选，选择了耐氯性的高效助凝剂。即使在高温环境下，也可以较为出色地中和酸洗液中硅泥表面的电荷，而且不影响原有酸洗液中H+含量，之后再投加高效絮凝剂，提高絮凝效果和加快絮凝硅泥的沉降速率。
絮凝剂采用固体粉料的高分子聚丙烯酰胺，经过稀释、熟化、溶解后方能使用。采用一体三腔的絮凝剂制备装置，实现絮凝剂的自动制备，固体粉料的絮凝剂原料储存于封闭的料斗内，通过螺旋输送机构投加絮凝剂到混合腔体，同时按照调节好的供水流速加入脱盐水，絮凝剂制备装置的第一个药箱内实现药剂的按比例投加和混合，之后进入第二个药箱进行熟化溶解，再流入第三个药箱待用。对于控制系统，采用PLC全自动控制，在第三个药箱设置有液位检测仪表，一旦出现低位报警，整个系统便自动进行絮凝剂的制备，直至液位达到设定的高位，如此反复，实现絮凝剂的自动制备。
在酸洗液的脱硅工艺与装备方面，助凝剂采用计量泵投加的方式，可通过改变计量泵行程来调节助凝剂的投加量。由于助凝剂和酸洗液的充分混合反应需要较长的时间，所以助凝剂采用管式混合和搅拌器混合的复合混合工艺。首先，将按照配比稀释好的助凝剂通过计量泵直接投入到酸洗液的压水管路上，以借助管道内介质的扰动进行混合；然后，进入助凝剂混合罐，混合罐内设有搅拌器，酸洗液从混合罐底部流入，经过搅拌混合后经罐体上部溢流排出，再流入絮凝剂混合罐。
在絮凝剂混合罐内投加絮凝剂，酸洗液和絮凝剂同时在搅拌器叶轮接近切线方向进入罐内，经过充分混合后从罐上部溢流排出后，流入沉淀反应罐；在沉淀反应罐内，经过约4h的絮凝沉降后，含硅污泥储存在罐体锥形底部，净化后的酸洗液从沉淀反应罐的上部溢流排出，返回酸液循环罐内，进入酸循环系统。采用上述脱硅工艺处理后，酸液循环罐的酸洗液含硅量维持在一个较低的水平，不会引起管道和设备的堵塞。
沉淀反应罐下部沉淀的含酸污泥，通过重力静压排泥至中和反应罐，酸碱中和后，通过污泥泵送至污泥过滤器进行初步脱水，然后进入真空干燥机进一步干化，实现污泥的减量化处理。最后，干燥后的污泥排至污泥斗储存。短流程脱硅工艺流程，如图2所示。
3.2 短流程脱硅工艺参数
常用工艺参数如下：酸液输送泵：流量180L/min，扬程25m；冷却换热器：无；助凝剂混合罐：3000L；絮凝剂混合罐：1200L；沉淀反应罐：70m³；滤液储罐：无；酸液输送泵：无；加热换热器：无；污泥泵：气动隔膜泵或者离心泵，流量50L/min；干燥机：1500L；真空泵排气量：6.66m³/min。
3.3 新型脱硅工艺运行效果
对某连续酸洗机组工艺段进行改造，新增了1套短流程脱硅系统。通过本短流程脱硅系统对No.1酸液循环罐内的含硅酸洗液进行处理，以达到减缓对酸循环系统上设备和管路堵塞的影响。
脱硅效率分别采用称重法和透光率法测试，其中称重法的计算表达式为：
Δ=（C1-C2）/C1×100%
式中，Δ为脱硅效率，%；C1为原酸洗液（脱硅前）中含硅难溶物的质量浓度，mg/L；C2为回流酸洗液（脱硅后）中含硅难溶物的质量浓度，mg/L。
根据实际取样，采用称重法测量的脱硅效率为84.24%；另外，为了避免操作方法对测试结果的影响，同时采用透光率法对脱硅效率进行测试，其脱硅效率为87.61%。
在污泥的无害化和减量化处理方面，中和后的污泥进入真空减压干燥机。实际选用的真空泵为7.5kW，排气量为6.66m³/min，在真空泵启动后，约2-3min后干燥机内的真空度可以稳定在-0.092MPa，当干燥机温度超过40℃，便会有大量的水汽通过真空管路排出，节约了蒸汽耗量。实际运行中，干燥机的主电机频率为25Hz，干燥温度为61℃，真空度为-0.092MPa。干燥后的污泥可成为固体颗粒。此外，可根据业主的需求，实现不同含水率硅泥的干燥，以防止产生扬尘。
经过实际投运评测：该工艺的脱硅效率可以达到80%以上，脱硅后酸液可满足连续酸洗机组的需要。相比于传统脱硅工艺，该工艺具有以下优势：取消了酸液的升降温操作，缩短了工艺流程；节约了能源介质消耗，可节约循环冷却水37.5m³/h（以供水35℃，回水42℃计），可节约低压饱和蒸汽400kg/h；同时，降低设备投资约30%；配合污泥中和减压干燥处理，把含酸污泥进一步减量化、无害化，节约了废弃物占地和储存场地，方便后续外运处理。
本文为部分内容，全文请参阅《世界金属导报》36期B16。