1、前言
固体碱式硫酸铬又称盐基性硫酸铬或羟基硫酸铬，俗称铬盐精。它可以取代硫酸铬而广泛使用于 印染、陶瓷、绿色油墨等行业[1]。由于中国铬矿品质较低，开展含铬废弃物资源化利用，不仅可以降低对国外红矾钠的依赖，提高企业铬资源利用水平，而且也是解决含铬废弃物污染的有效途径。 钒制品厂在以钒渣生产五氧化二钒的废水中含有 V5+、Cr6+，通过还原剂还原，加沉淀剂提取出废水中的钒和铬，形成含钒铬渣，通过酸溶、除杂、喷雾干燥等流程可以制备固体碱式硫酸铬粉末[2]。
喷雾干燥是液体工艺成形和干燥工业中最广泛应用的工艺，钒制品厂采用的是压力式喷雾干燥器，物料由高压均质泵经高压管由塔顶均风器中间喷入塔内，经喷头雾化成雾滴，与进入塔内的热风接触，二者瞬间发生强烈的热交换和质交换，热风的热能供给雾滴使其水分蒸发，并干燥成含水分合乎要求的粉粒，蒸发出来的水分被热风带走，通过袋过滤器由排风机排入大气，其中大部分产品落至塔底，经震动筛过滤落至包装仓[3]。
2、碱式硫酸铬喷雾干燥工艺流程
碱式硫酸铬的喷雾干燥包括３个步骤：铬液雾化、铬液干燥、 产品分离[4]。 第一过程即是碱式硫酸铬液在塔顶位置经隔膜泵加压通过喷头雾化成雾滴；第二过程是经热风炉加热后的热空气和铬液雾滴接触进行传热传质、混合并流动，由于雾滴初始温度较低，当热风与其接触进行热交换，使雾滴温度迅速升高，即干燥过程；第三过程是干燥好的铬粉与空气进行分离，受重力影响，沉降到塔底出料口位置。 碱式硫酸铬喷雾干燥过程如图１所示。
图 1 碱式硫酸铬喷雾干燥系统流程图
3、压力式喷雾干燥塔特点
（1）、干燥速度快，料液经雾化后表面积大大增加，在热风气流中，因体积较小，只需很少的热量就可蒸发，当雾滴与热风接触后，瞬间就可蒸发90％的水分，完成干燥时间仅需数秒钟。
（2）、用压力式喷雾干燥塔生产的碱式硫酸铬粉末产品具有良好的均匀度、流动性和溶解性，产品纯度高，质量好。
（3）、生产过程简化，操作控制方便，干燥后不需要粉碎和筛选能一次干燥成粉粒产品， 减步生产工序，提高产品纯度。通过更改喷头孔径及调整塔内温度等参数可以改变产品粒径、密度、水份。
（4）、适用于热敏性和非热敏性物料的干燥， 适用于水溶液和有机溶剂物料的干燥，原料液可以是溶液、泥浆、乳浊液、糊状物或融熔物等均 可处理。
（5）、喷雾干燥的缺点主要是投资费用比较高，喷雾干燥属于对流型干燥器，热效率比较低 (除非利用非常高的温度)，一般为30％～ 40％[5]。
3、影响碱式硫酸铬喷雾干燥效果的工艺参数
喷雾干燥过程需要密切注意干燥塔操作参数的变化，以便生产出符合一定要求的干燥产品[5]。钒制品厂在固体碱式硫酸铬调试生产初期，通过对喷雾干燥塔的进料速度、进风温度、塔内温度、排风温度、塔内负压这几个参数进行调整控制，取不同生产条件下的固体碱式硫酸铬粉末，对比粒度、松装密度、外观、含水及不溶物含量，相关结果结果统计分析，得到相关结论。
(1)、进料速度
进料速度是通过高压均质泵和喷嘴来控制的，喷头大小一定时，提高均质的压力相应会增加进料速度，通过更换不同大小直径的喷头也可调整喷雾的进料量，不同孔径的喷头，雾化料液粒度有差异，在恒定的干燥温度和进料速率下，钒厂采用先后采用1.0mm、1.8mm 和1.6mm等孔径的喷头进行工业实验：1.0mm的喷头，喷出的物料粒度较细，水分蒸发很快，容易生成干燥的空心颗粒和松密度较低的产品，且实际生产过程中的料液仅压滤一次，会有少量杂质未过滤干净，造成堵枪的次数较多，影响生产节奏；采用1.8mm以上的喷头喷出的物料的粒度较粗，含水相对较高，易造成物料粘结，同时松装密度较小，影响包装效果。通过实践摸索，1.6mm喷头的的喷雾干燥效果最佳，满足目前实际生产要求。
(2)、进风温度
进风温度是喷雾干燥塔控制的重要参数，在实际生产中一般尽可能的高控，因为一定范围内越高的进风温度可以使铬液的进料速度达到最大，进风温度过低会造成铬粉水份超标铬粉粘壁的现象，生产时进风温度一般要高150℃，温度过高，使蒸发速率迅速提高，从而使雾滴迅速膨胀、破碎或分裂，会生成密集的碎片而形成松密度较大的粉。通过实际经验总结，碱式硫酸铬喷雾干燥时的最佳进风温度控制在185℃-190℃的范围内。
(3)、塔内温度
塔内温度是实际生产中影响固体碱式硫酸铬粉末质量的主要一个指标，该指标最直接反映铬粉在塔内状况，在料液温度恒定的前提下，塔内温度的控制是通过控制进料速度和进风温度来实现的。温度过高对铬粉结构可能造成破坏生成其不溶于水的物质，温度过低则往往会引起粘壁、产品水份超标等问题。实际生产中通过调整塔内温度至不同的范围，测量固体碱式硫酸铬粉末中的水不溶物含量，发现水不溶物含量与塔内温度呈正相关走势，随着塔内温度增加至130℃以上，水不溶物的含量增加至70%，严重影响产品指标，实际生产中将塔内温度控制在100-110℃产品的水不溶物含量最低。
图2 碱式硫酸铬水不溶物含量随塔内温度的变化
(4)、排风温度
排风温度主要是随着进风温度和塔内温度的变化而变化，当然和料液的浓度引风机频率也有关，固体碱式硫酸铬喷雾干燥塔的出塔温度一般控制在900-100℃之间，排风温度过低，产品的水分可能过高，排风温度过高，热量损耗将升高。
(5)、塔内负压
塔内负压影响着料液的蒸发速度，在较低的温度下 沸腾蒸发从而可以降低塔内温度及提高蒸发速度。喷雾干燥塔的塔内负压是通过调整进风量和排风量来实现的， 要提高塔内负压需加大排风量或减少进风量，排风量过大，能量损失大，进风量过少也会影响料液的干燥效果，所以真空度也不是越低越好。碱式硫酸铬的喷雾干燥过程中将生产中塔内真空度控制在400-600pa之间为最佳。
6、结论
碱式硫酸铬国家标准GB/T2678-2007中对固体碱式硫酸铬的Cr2O3%、碱度、Fe%和水不溶物含量等参数有要求，其中铬含量、铁含量和碱度三个指标主要通过对上游酸溶、除杂和中和等工序调整，由于碱式硫酸铬物化性能的特殊性，水不溶物含量主要受干燥环节的影响，选用通用的压力喷雾造塔有一定的优势，通过调整影响喷雾干燥塔几个关键工艺控制参数，对比产品质量，1.6mm 的喷孔, 4.5 MPa的雾化压力获得的产品粒度最佳，可将水不溶物的含量控制在0.1%左右，若要继续降低铬液的不溶物含量，还需实验，保证物料水分合格的条件下，降低干燥温度，缩小塔内温度范围在100-105℃。
参考文献
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[2] 邓棹栩,叶宇玲,杨虎.制钒废水中钒铬渣制备碱式硫酸铬的工艺研究[J].无机盐工业,2012,44(10):46-48.
[3] 闫丙宏,韩韵佳,杨华,张晓宇,胡琪.喷雾干燥技术及其工业应用分析[J].机电信息,2022(12):86-88.DOI:10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.12.024.
[4] 王维,阎红,王喜忠.喷雾干燥的最新进展[J].南京林业大学学报(自然科学版),1997(S1):30-33.
[5] 廖庆禄. 压力式喷雾干燥塔各主要工艺控制参素数对产品质量的影响[J]. 化学工程与装备, 2006(3X):3.
[6]张伟,张宗宇,吴静,郭安强,罗海琼,王谦,魏元寿,王东初.碱式硫酸铬的压力喷雾造粒干燥[J].无机盐工业,2001(03):43-44+2.