1余热资源的回收装置设计
1.1在钽铌冶炼过程中，酸分解所用ＨＦ酸具有特殊腐蚀性［５］。根据长期生产实践经验，本研究主要选用改性ＰＰ（聚丙烯）和石墨、ＰＥ（聚乙烯）、特殊不锈钢等作为与含Ｆ－介质有接触的设备和管道的材料。同时，本研究根据不同的余热资源采用不同的回收方法，并设置与之相配套的回收系统，以确保在经济合理的前提下追求余热资源利用的最大化和系统的简单化。
1.2酸分解、Ｋ２ＴａＦ７冷却结晶工序
此系统热交换设备［６］采用改性ＰＰ外壳，上、下用改性ＰＰ夹板将空心石墨列管固定；分解反应的热废气从空心石墨列管内经过，冷却水在石墨列管周边流动换热；中间的改性ＰＰ隔水导流板可防止进出水道形成短路而降低热交换效率，同时起到固定石墨管作用。其基本工艺路线如图２所示，即室温自来水（或液氨气化除冰所产生的低温水）在石墨换热器中与热废气进行热交换或者进入Ｋ２ＴａＦ７冷却结晶系统进行热交换，产生的热水送萃取恒温系统或液氨气化除冰，而经过热交换冷却后废气排入废气处理系统。此系统中当酸分解反应热废气在石墨列管中进行换热时，大量ＨＦ与蒸汽得到冷凝，回流至分解槽继续参与反应。
1.3中和沉淀、烘干、煅烧工序
中和沉淀工序的余热回收系统在原有的改性ＰＰ中和槽中，距槽内壁５ｃｍ处均匀安装有ＰＥ螺旋盘管，两头分别上下穿透导出槽体（做好焊封），中和槽上部留有防溢口，管道接入另一中和槽内（防止ＰＥ螺旋盘管发生破漏冒液损失）。其基本工艺路线如图３左侧所示，即中和反应时，从上方管路加入室温纯水，通过盘管进行热交换后产生的热水进入调洗工序的加热槽，供调洗钽铌氢氧化物使用，而降温后的废气进入废气处理系统。此工序的热交换使得溶液温度下降，减少了氨气的挥发。烘干、煅烧工序的余热回收系统在不锈钢热交换仓内悬挂放置不锈钢管弯制的无规律紊乱式盘管，下方安装防液漏单相板。其基本工艺路线如图３右侧所示，即烘干或煅烧时，由管路一端加入室温纯水，通过紊乱式盘管进行热交换后，流出的热水进入调洗工序的加热槽供调洗钽铌氢氧化物使用，而降温后的废气进入废气处理系统。此外，当导热管意外损坏导致液体漏出时，图３中的设计方案可有效减少产品的损失，避免影响产品质量以及损坏烘干、煅烧设备。
2结果与讨论
2.1余热回收效果
余热资源的回收效果如表２所示。从表２可知：（１）通过这一系列余热回收利用方案的实施，循环水均有１０℃以上的温差，且热交换升温后的纯水用于洗涤工序，产品质量未受影响；（２）经过热交换后排放废气温度均降低５０％以上（与表１对比），有效延长了排风设备的使用寿命，降低了维修频率；（３）中和沉淀工序的废气排出温度低于其他工序废气排出温度，且使用的热交换管为ＰＥ材料，导热性能较石墨和不锈钢差，但最终导出的交换水温和交换后排出废气温度均符合要求；（４）循环水热转换效果佳，产品质量不受影响，同时由于交换纯水起始温度提高，钽铌氧化物调洗工序的洗涤水加热用蒸汽量减少，加热时间缩短，生产进度加快。
2.2导热管使用后的变化
对使用２０个批次后的各热交换导热管进行切口取样观察，结果见表３。由表３可以看出，酸分解工序用于热交换的石墨列管使用后，其内壁粘有白色氟硅酸，使内壁直径变小［６］，采取加粗管径的措施可避免阻碍废气的通过，但要定期采取其他简单措施防止固体物质沉积。钽铌氧化物烘干和煅烧工序的不锈钢紊盘管外壁均粘积有四氟化硅或氟化铵白色粉状物，时间长了会影响导热效果和通风量，因此，一定批次后须进行清理。Ｋ２ＴａＦ７烘干工序的不锈钢紊盘管壁外层颜色变暗，这与酸性气体有关，为防止随使用时间延长而发生管壁渗透，破坏交换水质，此部分循环水不宜用于调洗产品。经过连续一年的生产观察，发现进入热交换管中的水流量（速度）和排风管道的排气量，直接影响到出水温度。在排风量保持一定的前提下，循环水流速越慢，出水温度越高，排出废气温度也随之升高；循环水流速一定，排气量越小，出水温度也越高，排出废气温度变化不大，但通风量过小会增加钽铌氧化物产品中杂质氟离子的含量，因此需要整体权衡以确定工艺参数而得到较佳效果。此外，对烘干和煅烧设备排风口与热交换仓之间的通风管、热交换仓采取保温措施，可更充分地利用热能，并降低夏季操作环境的温度。
3结语
通过以上余热回收方案的实施，可使钽铌化合物湿法生产中的余热得到充分利用，并实现全过程的冷热水闭路循环，降低了蒸汽消耗及燃煤的消耗，且减少了氢氟酸、氨气的逸出，从而减少了废气环保治理费用。
作者：杨继红 单位：九江有色金属冶炼有限公司
相关专题：黑龙江中医药杂志投稿 湖南科技学院学报
