硫酸鎳蒸發(fā)過程中結(jié)垢成因與預(yù)防：雜質(zhì)離子（鈣、鎂、鐵）控制策略

在硫酸鎳蒸發(fā)過程中，結(jié)垢問題主要由溶液中的雜質(zhì)離子（如鈣、鎂、鐵）在蒸發(fā)濃縮時因過飽和析出并附著于設(shè)備表面形成，其控制策略需從源頭雜質(zhì)去除、工藝參數(shù)優(yōu)化、設(shè)備設(shè)計改進、防垢劑應(yīng)用及定期清洗維護五個維度綜合實施，具體分析如下：

一、結(jié)垢成因分析

1. 雜質(zhì)離子過飽和析出
   硫酸鎳溶液中若含有鈣（Ca²?）、鎂（Mg²?）、鐵（Fe³?）等雜質(zhì)離子，在蒸發(fā)濃縮過程中，隨著水分蒸發(fā)，這些離子的濃度逐漸升高，當(dāng)超過其溶解度時，會以硫酸鈣（CaSO?）、碳酸鈣（CaCO?）、氫氧化鐵（Fe(OH)?）等形式結(jié)晶析出，附著在加熱管內(nèi)壁形成垢層。

2. pH值波動影響

   • 堿性條件下，鈣、鎂離子易與碳酸根（CO?²?）結(jié)合生成碳酸鈣/鎂垢；
   • 酸性條件下，硫酸根（SO?²?）與鈣離子結(jié)合生成硫酸鈣垢（如二水石膏CaSO?·2H?O），且高溫下可能轉(zhuǎn)化為更難去除的硬石膏（CaSO?·0.5H?O）。

3. 溫度與流速因素

   • 加熱管表面溫度過高會導(dǎo)致局部過飽和度增大，加速結(jié)晶成核；
   • 溶液流速過低時，雜質(zhì)在傳熱面滯留時間延長，易沉積形成垢層。

二、雜質(zhì)離子控制策略

1. 源頭雜質(zhì)去除：預(yù)處理技術(shù)

• 化學(xué)沉淀法：
  通過投加碳酸鈉（Na?CO?）、氫氧化鈉（NaOH）等試劑，使鈣、鎂離子形成碳酸鈣、氫氧化鎂沉淀，再通過過濾或沉降分離。例如：
  • 鈣去除：加入碳酸鈉生成CaCO?沉淀（反應(yīng)式：Ca²? + CO?²? → CaCO?↓）；
  • 鎂去除：加入氫氧化鈉生成Mg(OH)?沉淀（反應(yīng)式：Mg²? + 2OH? → Mg(OH)?↓）。
    缺點：氟鹽沉淀法（如氟化鈉）雖除鈣鎂效果好，但會引入新雜質(zhì)（如Na?），且產(chǎn)生含氟廢水，處理成本高。
• 高選擇性分離技術(shù)：
  • 離子交換樹脂：采用螯合樹脂（如CH-93樹脂）選擇性吸附鈣、鎂離子，避免引入新雜質(zhì)。例如，某新能源項目通過CH-93樹脂將碳酸氫鋰溶液中的鈣鎂含量從100mg/L降至1mg/L以下。
  • 膜分離技術(shù)：利用納濾（NF）或反滲透（RO）膜截留二價離子（Ca²?、Mg²?），允許一價離子（如Na?、K?）通過，實現(xiàn)高效分離。

2. 工藝參數(shù)優(yōu)化

• pH調(diào)控：
  • 初始pH控制在2-4，蒸發(fā)過程中補加硫酸（H?SO?）防止Ni(OH)?生成，終點pH控制在1.5-2.0，減少鐵離子水解生成Fe(OH)?沉淀。
  • 酸性條件可抑制碳酸鹽垢生成，但需避免pH過低導(dǎo)致設(shè)備腐蝕。
• 溫度控制：
  • 采用低溫蒸發(fā)技術(shù)（如MVR蒸發(fā)器），控制蒸發(fā)溫度<80℃，減少硫酸鈣垢的生成風(fēng)險。
  • 避免局部過熱，通過強制循環(huán)流速>2.5m/s，維持湍流狀態(tài)，沖刷加熱管內(nèi)壁。
• 濃縮倍數(shù)控制：
  • 避免過度濃縮導(dǎo)致雜質(zhì)離子過飽和，通過在線濃度監(jiān)測儀實時調(diào)整蒸發(fā)終點。

3. 設(shè)備設(shè)計改進

• 強制循環(huán)蒸發(fā)器：
  • 優(yōu)選FC強制循環(huán)蒸發(fā)器，通過高速循環(huán)（流速>2m/s）沖刷加熱管內(nèi)壁，延緩晶體附著。
  • 底部設(shè)計60°錐形結(jié)構(gòu)+反沖洗口，應(yīng)對鹽類瞬時結(jié)晶風(fēng)險，避免鹽類沉積堵塞。
• 防垢涂層與材質(zhì)選擇：
  • 加熱管內(nèi)壁采用拋光處理或特殊涂層（如PTFE），降低污垢粘附率。
  • 針對腐蝕性介質(zhì)（如含氯離子），選用鈦材、哈氏合金等耐腐蝕材料。

4. 防垢劑應(yīng)用

• 阻垢劑添加：
  • 投加聚丙烯酸類阻垢劑（添加量50-100ppm），通過螯合作用干擾鹽分析出，延緩垢層形成。
  • 針對硫酸鈣垢，可選用專用阻垢劑（如森納斯蒸發(fā)器阻垢劑），其阻垢性能是普通阻垢劑的5倍以上。

5. 定期清洗維護

• 在線清洗（CIP）：
  • 定期注入酸溶液（如硝酸）在線清洗，溶解硫酸鹽垢層；或采用堿洗（如氫氧化鈉）溶解硅垢。
  • 脈沖式清洗：通過周期性注入高壓流體沖刷加熱管，破壞垢層結(jié)構(gòu)。
• 停機檢修：
  • 建立維護日歷，定期檢查密封件、泵閥狀態(tài)，更換易損件；停機時對蒸發(fā)室、管路進行深度檢測，避免隱蔽性積垢。