硒精炼车间工程设计实践

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。