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硒精炼车间工程设计实践

2020-06-27池文荣

世界有色金属 2020年6期
关键词:干燥机二氧化硫工序

池文荣

(中国恩菲工程技术有限公司,北京 100038)

引言

硒是一种用途非常广泛稀散元素,主要应用于冶金、电子、饲料等行业。随着科技的发展,硒的下游产品对硒的品位要求也越来越高[1]。所以,如何高效提纯粗硒变得越发重要。

1 原料

某厂年产铜阳极泥3600t/a,阳极泥经加压浸出,卡尔多熔炼后,产出粗硒约100t/a,作为粗硒精炼的原料。化学成分表见表1。

表1 硒精炼原料化学成分(%,g/L)

2 工艺方案

目前国内提纯粗硒的工艺主要有氧气燃烧法、硝酸氧化-液体二氧化硫还原、氧气氧化-氨还原、真空蒸馏法以及溶剂萃取和离子交换等[2-4]。真空蒸馏工艺设备少,操作简单,但是原料适应性较差;硝酸氧化-液体二氧化硫还原工艺产品品位高,但是会生成大量二氧化氮,环境不友好;综合考虑,本项目采用氧化燃烧法,该工艺技术可行,操作简单[5],产品质量较为稳定,污染较小。

硒精炼车间采用的工艺流程见图1。

图1 硒精炼工艺流程框图

2.1 粗硒的干燥

粗硒原料一般都含有较多的水分,高时可达40%。为了保证入炉含水量低于1%,需要对粗硒进行干燥处理。粗硒干燥的要求是:物料干燥均匀,并且干燥后含水量少于1%;干燥后成粉状,不得结块;物料受热均匀,干燥温度不得高于100℃。

近十年来,新建厂房主要采用微波干燥机,不再是传统的蒸汽干燥机,解决了传统蒸汽干燥带来的物料板结、脱水不均匀的问题。同时,现场的操作环境得到了极大地改善。

2.2 粗硒的氧化吸收

粗硒氧化主要是用氧气做氧化剂,粗硒在氧化炉中与氧气反应生成二氧化硒。二氧化硒与水反应生成亚硒酸,主要反应方程式如1-1,1-2。

影响粗硒氧化的主要因素是:反应温度、氧气流量[6]。

a.反应温度:目前,各个厂生产反应温度大都设定在约550±20℃,温度太低,硒氧化不完全,粗硒会夹带进二氧化硒中,影响产品质量;温度太高,炉体氧化腐蚀也加剧[6]。

b.氧气流量:氧气流量直接关系到氧化炉中熔融态粗硒的反应速度,所以控制氧气供应速度显得极为重要。氧气供应过少,反应速度过慢;氧气供应过剩,则氧气耗量偏大,单位成本偏高。目前生产上,当温度在570℃时,氧气的过量系数一般控制在2.78[6]。

粗硒氧化吸收主要设计参数见表2。

表2 氧化吸收的主要设计参数

2.3 净化除杂

二氧化硒在与水反应过程中,部分粗硒中的汞也进入溶液中,为了脱除这些汞,需要加入10%-15%的硫化铵溶液,反应方程式如1-3。

在加入硫化铵之前,需加入部分氨水,将溶液中和至pH 5,以减少硫化铵的用量。目前,各个厂的操作表明,随着硫化铵的加入,当pH值达到5时,大部分汞被脱除。需要指出的是,净化操作需要极为精细,因为当溶液pH值过高,部分硒会以二氧化硒的形式沉淀出来,造成硒的损失[7]。当溶液pH值过低时,汞的脱除率又无法达标。

另外,由于硫化汞等杂质在温度较低时,是以胶状物的形式存在的,为了便于过滤操作,溶液在净化过程中,需要净化除汞的温度应不低于70℃[7]。

净化除杂的主要设计参数见表3。

表3 净化除杂的主要设计参数

2.4 还原

还原操作一般分两个阶段,第一阶段还原80%的亚硒酸,获得99.99%的精硒.第二阶段还原剩下的20%亚硒酸,所得粗硒返回原料干燥工段。在以二氧化硫为还原剂的时,反应方程式为:

为了减少二氧化硫的损耗,同时加快还原反应速度,可以加入压缩空气搅拌溶液。还原的主要设计参数见表4。

表4 还原的主要设计参数

3 设备选择与厂房配置

3.1 主要设备选型

(1)粗硒氧化炉:氧化工序选择采用Q≥150Kg/d粗硒氧化炉4台;

(2)反应釜:净化除杂工序选择规格为V=3m3的搪瓷反应釜4台;还原工序选择规格为V=3m3的搪瓷反应釜6台;

(3)微波干燥机:粗硒干燥和精锡干燥各采用一台11200x1210x1800,80kw微波干燥机。

3.2 厂房配置

硒精炼各工序配置在24×24m的三层厂房内。微波干燥机、各工序搪瓷釜配置在三层▽9.900m平面;粗硒氧化炉、各工序吸虑盘主要配置在二层▽5.000m平面;一层主要是配置了各类贮槽、水环式真空泵、浆化洗涤槽、包装机组等。

4 结语

(1)为了获得99.99%精硒,净化除杂、氧化吸收工序操作精度要求较高,需要进一步加强开发相关的自动化成套设备。

(2)二氧化硫作为还原剂,在生产中反应效率低于50%,未反应的二氧化硫在暖通系统与碱中和,增加了成本,所以需要探索其它还原剂。

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