CN115354155A - 一种含砷物料微波脱砷的***与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种含砷物料微波脱砷的***与方法,所述含砷物料微波脱砷的***包括:包括依次连通的干燥装置、给料装置、微波发生器和后处理装置;所述给料装置包括给料机和球磨机;所述后处理装置包括降温设备和尾气处理装置;所述降温设备的入口和出口分别与微波发生器和尾气处理装置连通。本发明根据物料中砷酸盐和砷合金的含量配入少量的煤粉,可将砷酸盐和砷合金中的砷还原成金属砷,再辅以弱氧化,为解决物料吸波特性不一致,导致局部受热不均匀的问题,采用物料预处理‑控制物料粒度以及物料混匀工序实现了物料均匀受热的问题,能够更好地控制温度,实现微波高效静态脱砷。
Description
技术领域
本发明属于有色冶炼含砷固废资源化利用领域,具体而言,涉及一种含砷物料微波脱砷的***与方法。
背景技术
有色金属矿物中砷是主要的伴生元素,我国每年带入有色冶炼***的砷达十万吨之多。总体而言,有色金属冶炼产生的含砷物料主要包括:1)铜冶炼***产出的白烟尘、黑铜粉和硫化砷渣等;2)铅锌冶炼***产出的铅电解阳极泥、次氧化锌烟尘、铅冰铜吹炼烟尘等;3)锡冶炼***产出的熔析渣、稀渣及其焙烧烟尘等;4)锑冶炼***产出的砷碱渣等。
砷的主要赋存形态包括砷的氧化物(III、V)、砷酸盐、砷合金、硫化砷等。除了砷元素外,这些含砷物料中含有大量的铅、锌、铜、镉、锑、铋、金、银等有价金属,具有极高的回收价值。目前处理这些含砷物料的方法主要有火法焙烧脱砷和湿法浸出脱砷,湿法脱砷多采用水浸、酸浸和碱浸,涉及的砷脱除的方法如沉淀法、吸附法、萃取、离子交换法和生物方法等。湿法浸出具有规模可大可小、产品方案灵活等优点,但也存在脱砷过程有价金属损失较大、砷走向分散、以及过程可能产生砷化氢等问题。火法脱砷多以焙烧法脱砷,其工业化所用设备常为回转窑,主要热源为电、炭或天然气。待脱砷的焙烧料经焙烧工序后,物料中砷以及机械夹带的物料进入烟尘,使得砷难以与焙烧料中的有价金属有效分离。
微波是一种特殊的电磁波,是通过微波在物质内部能量耗散来直接加热物料,升温快且过程不产生热源气体,过程清洁环保,因过程相对静态,挥发的烟气机械夹带少,所得烟尘主要为砷氧化物,杂质含量少。
现有技术CN103230660A公开了一种从含砷尾矿砂中快速脱砷的绿色冶炼方法。该技术为通过将含砷尾矿砂放入密闭耐高温非金属容器,置于微波炉腔中,温度控制在230℃~490℃,但为了提高微波吸收效率,在处理不含铁等吸波性弱的物料时,需要在物料中添加大量的吸波剂。
现有技术CN103710532A公开了一种高砷铁矿微波脱砷的方法,主要工序包括:1)将高砷铁矿破碎至粒度小于1mm;2)加入适量煤粉;3)混合均匀置于工业微波炉中进行微波焙烧,控制温度在800℃~1200℃,焙烧时间5~30min。但其加入的煤粉高达5~10%,加入量大;微波控制的温度非常高,能耗过高。
发明内容
本发明的目的在于提出一种能耗低、受热均匀的含砷物料低温微波脱砷的***与方法。
为解决上述问题,本发明的技术方案如下:
一种含砷物料微波脱砷的***,包括依次连通的干燥装置、给料装置、微波发生器和后处理装置;
所述给料装置包括给料机和球磨机;
所述后处理装置包括降温设备和尾气处理装置;
所述降温设备的入口和出口分别与微波发生器和尾气处理装置连通。
优选的,所述给料装置为圆盘给料机、振动给料机、槽式给料机、摆式给料机中的任意一种。
优选的,所述给料机为圆盘给料机。
圆盘给料机主要由驱动装置、给料机本体、计量用带式输送机和计量装置组成,尤为适用于本发明含砷粉料以及煤粉的给料,物料给料稳定,过程易于精准称量给料。
优选的,所述降温设备包括沉降室。
本发明微波出炉烟气温度相对较低,若采用直接掺风或淋水冷却,会使得烟气降温过快,不利于白砷烟尘的捕集。
沉降室的作用一方面利用空腔冷却烟气,于后续布袋进行收尘。另一方面,可沉积部分白砷,以降低后续布袋收尘负荷,因此更有利于提高白砷的回收率。
优选的,所述尾气处理装置包括依次连通的布袋除尘器、淋洗塔和烟囱;所述布袋除尘器入口与沉降室连通,出口与淋洗塔连通。
含砷物料经过干燥装置去除物料中的水分,随后经过给料机将干燥后的物料与碳质还原剂送入球磨机进行物料的均质和机械活化,再于微波发生器内控制微波功率进行脱砷,微波脱砷产出的烟气经沉降室冷却、布袋收尘,得到尾气进入淋洗塔净化后经烟囱排空。
根据同一个发明构思,本发明还提供采用上述***对含砷物料进行微波脱砷的方法,具体如下:
一种含砷物料微波脱砷的方法,包括以下步骤:
(1)将含砷物料干燥后,与碳质还原剂混合后进行研磨,得到混合料;
(2)对混合料依次进行微波脱砷、氧化脱砷,得到白砷和脱砷烟气;脱砷烟气经处理后排放;
所述含砷物料为黑铜粉、铅阳极泥或者其混合物;所述黑铜粉含As 15~30%,所述铅阳极泥含As 5~15%。
优选的,按重量份数,所述黑铜粉包括As2O3(s)20-30份、As2O5(s)1-5份、Cu3(AsO4)2 3-10份、Cu3As(s)3-10份、Pb3(AsO4)2 1-5份、Cu 40-60份、CuO 1-10份、Bi2O3 1-10份、Sb2O3 1-10份。
优选的,按重量份数,所述铅阳极泥包括As2O3(s)1-5份、As2O5(s)1-5份、Cu3(AsO4)2 0.1-5份、Cu3As(s)2-10份、Pb3(AsO4)2 20-50份、Pb 10-30份、CuO 2-10份、Bi2O3 1-15份、Sb2O3 10-30份、PbxAsy 5-20份。
黑铜粉和铅阳极泥中主要以铜、砷和铅、砷、铜、铋组成。其中砷的主要物相有As2O3(s)、As2O5(s)、Cu3As(s)、PbxAsy(s)、Cu3(AsO4)2和Pb3(AsO4)2组成。
黑铜粉中的As,主要以砷铜合金即Cu3As(s),Cu3(AsO4)2以及As2O3(s)和As2O5(s)的形式存在。铅阳极泥中的As,主要以PbxAsy(s)、Pb3(AsO4)2以及As2O3(s)和As2O5(s)的形式存在。相比于现有技术,As的赋存形式明显不同。因此配入碳的反应原理也大不一样,除了满足砷氧化物的挥发外,还要使得Cu3As(s),Cu3(AsO4)2以及PbxAsy(s)、Pb3(AsO4)2中的As以单质砷形式存在于固相,创新利用砷氧化物精准控制技术,即后续辅以弱氧化性气氛使得此部分砷挥发再进入气相于后端降温、收尘***捕集,实现高效脱砷的技术效果。
优选的,所述碳质还原剂为煤粉、木炭、褐煤、石墨中的一种或几种。
优选的,所述碳质还原剂为煤粉。
碳质还原剂可将砷酸盐和砷合金中的砷还原成金属砷,煤粉的优势重在价格低廉,且还原能力适中。
优选的,所述混合料中粒径介于10μm~50μm的混合料的占比大于98%。
98%以上的混合料的粒径介于10μm~50μm,此粒径分布下,本发明的含砷物料充分混合,物料成分均匀,吸波性质均一,局部受热升温均匀,脱砷效率明显提高。
而本发明人通过多次试验,发现,本发明的含砷物料,由于其自身物料吸波的特异性,若控制物料粒度大于此范围,会使物料成分均质化不足,导致局部过热局部过冷。
而若控制物料粒度小于此范围,致使物料中各物相解离过于充分,反而会使吸波性存在明显差异,吸波性强的物质温度优先升高,吸波弱的物质温度较低,反应不充分,不利于砷的脱除。
优选的,所述煤粉的添加量为物料质量的0.5-3%。
物料中砷合金以及砷酸盐的含量多少,会影响碳质还原剂-煤粉的添加量。
本发明中,煤粉的添加量可以控制在如此低的范围,且在如此低的温度下,是基于本发明增加了碳质还原剂与含砷物料的均质与活化工序,使得物料间接触更加均匀,反应更为充分,也进一步降低了反应温度,起到节能的技术效果。
优选的,微波脱砷的工艺参数为:调整微波功率3000W~20kW,升温时间2~6min,保持微波温度为340~450℃,微波脱砷时间3~60min,脱砷过程通惰性气体。
优选的,所述惰性气体为氩气或者氮气。
微波脱砷的工艺参数与物料本身的特性密切相关。本发明的含砷物料在此功率、温度和时间下,能够将绝大部分的砷还原成金属砷,并且加速砷挥发的进程,从而提高脱砷的效率。
微波升温温度若低于此范围,由于温度的降低,弱化了砷还原以及砷挥发反应过程,砷脱除率较低。
而反之,若微波升温温度明显高于此范围,温度的升高,利于砷还原以及砷挥发反应过程,但由于温度的升高,烟气温度的升高,致使烟气温度经降温冷却工序后,仍有部分As以As4O6(g)气相存在,因此砷捕集率将明显降低。
优选的,氧化脱砷的工艺参数为:通入氧化性气体进行反应3~60min进行氧化脱砷。
氧化脱砷的目的是将还原后的金属砷弱氧化成气态的As4O6(g),从而进行砷的脱除。
优选的,所述氧化性气体为体积比为1~3:10的氧气或臭氧与惰性气体的混合物。
优选的,所述氧化性气体流量为10~100L/(min·kg)。
在本发明中,还原后的金属砷必须只能通过弱氧化得到气态的氧化砷才能有效处理。
混合物的氧化能力过弱,不足以使得煤粉还原得到的砷单质再氧化成As4O6(g)进入气相,会降低了脱砷效率。
而混合气体的氧化能力若过强,部分As被过氧化至As2O5(s),无法挥发至气相,同样将导致脱砷效率的降低。
同时,通过控制弱氧化性气体的流量,控制氧化氛围和合适的氧化程度,提高脱砷效率。弱氧化性气体的流量过大或者过小,均会明显影响金属砷的氧化形态和脱砷效率。在本发明中,只有将流量控制在此范围内,才能有最佳脱砷效率。优选的,脱砷烟气经冷却、收尘、淋洗后直接外排。
脱砷烟气经处理后到的尾气的主要成分为N2/Ar、CO2和H2O,符合环保要求,能够直接外排。
优选的,脱砷后物料可作为有价金属回收的原料进锌回收、铅回收以及铜回收***。
下面对本发明做进一步的解释:
本发明中的含砷物料为冶炼过程中的含砷固废,砷的赋存形态以及脱砷特性为:
在本发明中,砷的赋存形态主要以砷合金即Cu3As(s)、PbxAsy(s),以及砷酸盐和砷氧化物组成。砷氧化物除一部分低温挥发外,另一部分再辅以碳质还原剂使得Cu3As(s),Cu3(AsO4)2以及PbxAsy(s)、Pb3(AsO4)2中的As以单质砷的形式存在于固相,再通过弱氧化性气氛使得此部分砷挥发再进入气相于后端降温、收尘***捕集,实现高效脱砷的技术效果。本发明较之现有技术中单纯以低温挥发氧化物的脱砷效率更高,同时较之现有技术中以高温挥发单质砷进行脱砷,本发明不仅节能,且脱砷效率也更好。
本发明配入适量粉煤,再通过细磨工序实现含砷物料与煤粉充分反应的同时,使得含砷物料自身各颗粒间的成分均一,满足升温均匀,同步加热至设定温度,提高脱砷效率。
本发明的的主要反应原理为:
2As2O3(s)=As4O6(g) (1)
2As2O5(s)+2C(s)=As4O6(g)+2CO2(g) (2)
Cu3As(s)+C(s)+O2(g)=Cu(s)+As(s)+CO2 (3)
2Cu3(AsO4)2+2C(s)=6CuO+As4O6(g)+2CO2(g) (4)
PbxAsy(s)+C(s)+O2(g)=xPb(s)+yAs(s)+CO2 (5)
2Pb3(AsO4)2+2C(s)=6PbO+As4O6(g)+2CO2(g) (6)
4As(s)+3O2(g)=As4O6(g) (7)
4As(s)+5O2(g)=2As2O5(s) (8)
As4O6(g)=2As2O3(s) (9)
本发明根据物料中砷酸盐和砷合金的含量配入少量的煤粉,可将砷酸盐和砷合金中的砷还原成金属砷,再辅以弱氧化,生成气态的As4O6(g)进行砷的脱除,随后经降温工序收集白砷产品。
本发明为解决物料吸波特性不一致,导致局部受热不均匀的问题,采用物料预处理-控制物料粒度以及物料混匀工序实现了物料均匀受热的问题,能够更好地控制温度,实现微波高效静态脱砷。
本发明的有益技术效果:
(1)本发明采用微波脱砷的方法与***,实现含砷物料中砷与有价金属的分离与回收。微波脱砷过程,加热作用于物料本体,能量利用率高,过程清洁环保,除As挥发外,极少的机械夹杂,为此,回收的白砷(As2O3),其纯度达95%以上。脱砷后的物料,砷脱除率达95%以上,脱砷后物料可作为原料送金属回收***回收其中有价金属。
(2)本发明为解决物料吸波特性不一致,导致局部受热不均匀的问题,采用物料预处理——控制物料粒度以及物料混匀工序实现了物料均匀受热的问题,能够更好地控制温度,实现微波高效静态脱砷。
(3)本发明适用于处理单一含砷物料,也可同时处理多种含砷的混合混料。针对不含铁等吸波性弱的含砷物料,无需添加吸波剂且碳质还原剂用量少,节能又环保。微波脱砷所需时间短,砷脱除率高,白砷纯度高,有价金属基本无损失。本发明将细磨、脱砷、尾气处理等工序有机融合,实现了含砷物料砷高效脱除的目的。
因此,本发明具有反应时间短、砷脱除率高、碳质还原剂用量低、无吸波剂添加、微波温度低、清洁操作、环境友好,安全性高,极具工业化应用前景。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图;
图2为本发明的微波脱砷***的连接示意图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是,对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明,但并不构成对本发明的限定。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
下述实施例中的实验方法,如无特殊说明,均为常规方法,下述实施例中所用的试验材料,如无特殊说明,均为可通过常规的商业途径购买得到的。
实施例1
如图2所示,本发明的含砷物料微波脱砷的***,包括依次连通的干燥窑、圆盘给料机、球磨机、微波发生器、沉降室、布袋除尘器、淋洗塔和烟囱。
沉降室的作用一方面利用空腔冷却烟气,于后续布袋进行收尘。另一方面,可沉积部分白砷,以降低后续布袋收尘负荷,因此更有利于提高白砷的回收率。
布袋除尘器入口与沉降室连通,出口与淋洗塔连通。
含砷物料经过干燥窑去除物料中的水分,使物料中几乎不含水分。随后经过圆盘给料机将干燥后的物料与煤粉送入球磨机进行物料的均质和机械活化,再于微波发生器内控制微波功率进行脱砷,微波脱砷产出的烟气经沉降室冷却、布袋除尘器收尘,得到尾气进入淋洗塔净化后经烟囱排空。
本发明实施例以及对比例中的含砷物料为黑铜粉和铅阳极泥,其成分如表1所示。为高砷物料,其中砷以氧化物、砷合金以及砷酸盐形式存在。
表1含砷物料的组分表
实施例2
按照图1的流程所示,将1000g黑铜粉于100℃鼓风烘干8h,随后配入2%煤粉,再采用球磨机均质与机械活化,控制出料粒径10μm~50μm。随后将黑铜粉细粉平铺送入微波发生器内的托盘中,控制微波功率10kW,升温时间5min,物料保持温度为400℃,一段微波脱砷时间10min,此过程通Ar保护。随后,停止功率输出,通入V(O2):V(Ar)=1:5的混合气体,混合气体流量50L/min,反应10min。微波脱砷产出的烟气经沉降室冷却、布袋收尘后,烟气含砷浓度5mg/m3。尾气进入石灰乳喷淋净化后经烟囱排空。沉降室及布袋回收的As2O3产品,纯度达95.3%,砷捕集率99.9%。微波脱砷后物料含砷0.98%,此时脱砷率达96.2%。脱砷后物料,送铜***回收铜。
对比例1
1000g黑铜粉于100℃鼓风烘干8h,随后配入2%煤粉,再采用球磨机均质与机械活化,控制出料粒径大于85μm。随后将黑铜粉细粉平铺送入微波发生器内的托盘中,控制微波功率10kW,升温时间5min,物料温度不均衡,热电偶检测局部达到500℃,部分温度200℃。一段微波脱砷时间10min,此过程通Ar保护。随后,停止功率输出,通入V(O2):V(Ar)=1:5的混合气体,混合气体流量50L/min,反应10min。微波脱砷产出的烟气经沉降室冷却、布袋收尘后,烟气含砷浓度5mg/m3。尾气进入石灰乳喷淋净化后经烟囱排空。沉降室及布袋回收的As2O3产品,纯度达93.4%,砷捕集率99.9%。微波脱砷后物料含砷9.08%,此时脱砷率达64.6%。脱砷后物料,送铜***回收铜。
此对比例较之实施例2,该含砷物料于均质和机械活化工序控制物料粒度大于范围,致使物料成分均质化不足,导致局部过热局部过冷,反应(1)~反应(4)进行不完全,因此脱砷效果明显弱于实施例2。
对比例2
1000g黑铜粉于100℃鼓风烘干8h,随后配入2%煤粉,再采用球磨机均质与机械活化,控制出料粒径小于10μm。随后将黑铜粉细粉平铺送入微波发生器内的托盘中,控制微波功率10kW,升温时间5min,物料温度不均衡,热电偶检测局部达到600℃,部分温度180℃。一段微波脱砷时间10min,此过程通Ar保护。随后,停止功率输出,通入V(O2):V(Ar)=1:5的混合气体,混合气体流量50L/min,反应10min。微波脱砷产出的烟气经沉降室冷却、布袋收尘后,烟气含砷浓度5mg/m3。尾气进入石灰乳喷淋净化后经烟囱排空。沉降室及布袋回收的As2O3产品,纯度达96.2%,砷捕集率99.9%。微波脱砷后物料含砷8.48%,此时脱砷率达66.9%。脱砷后物料,送铜***回收铜。
此对比例较之实施例2,该含砷物料于均质和机械活化工序控制物料粒度小于范围,致使物料中各物相解离较为充分,致使吸波性存在明显差异,吸波性强的物质温度优先升高,但吸波弱的物质在此时温度较低,反应不充分,不利于砷的脱除,因此脱砷效果明显弱于实施例2。
对比例3
1000g黑铜粉于100℃鼓风烘干8h,随后配入2%煤粉,再采用球磨机均质与机械活化,控制出料粒径10μm~50μm。随后将黑铜粉细粉平铺送入微波发生器内的托盘中,控制微波功率10kW,升温时间5min,物料温度为270℃,但是,微波发生器控制温度低于300℃会出现波动幅度较大,难以控制的现象。一段微波脱砷时间10min,此过程通Ar保护。随后,停止功率输出,通入V(O2):V(Ar)=1:5的混合气体,混合气体流量50L/min,反应10min。微波脱砷产出的烟气经沉降室冷却、布袋收尘后,烟气含砷浓度5mg/m3,SO2浓度23mg/m3。尾气进入石灰乳喷淋净化后经烟囱排空。沉降室及布袋回收的As2O3产品,纯度达95.4%,砷捕集率99.9%。微波脱砷后物料含砷6.36%,此时脱砷率达75.2%。脱砷后物料,送铜***回收铜。
此对比例,微波升温温度明显较低,由于温度的降低,弱化了砷还原以及砷挥发反应过程,因此该对比例较之实施例2砷脱除率要低。
对比例4
1000g黑铜粉于100℃鼓风烘干8h,随后配入2%煤粉,再采用球磨机均质与机械活化,控制出料粒径10μm~50μm。随后将黑铜粉细粉平铺送入微波发生器内的托盘中,控制微波功率10kW,升温时间5min,保持物料温度为620℃。一段微波脱砷时间10min,此过程通Ar保护。随后,停止功率输出,通入V(O2):V(Ar)=1:5的混合气体,混合气体流量50L/min,反应10min。微波脱砷产出的烟气经沉降室冷却、布袋收尘,尾气处通过点火装置燃烧后,烟气含砷浓度50mg/m3。尾气进入石灰乳喷淋净化后经烟囱排空。沉降室及布袋回收的As2O3产品,纯度达95.4%,砷捕集率75%。微波脱砷后物料含砷1.28%,此时脱砷率达95%。脱砷后物料,送铜***回收铜。
此对比例,微波升温温度明显较高。温度的升高,利于砷还原以及砷挥发反应过程,但是对比例脱砷后物料含砷略有升高,此外,由于温度的升高,因此烟气温度的升高,致使烟气温度经降温冷却工序后,仍有部分As以As4O6(g)气相存在,因此砷捕集率明显低于实施例2。
对比例5
1000g黑铜粉于100℃鼓风烘干8h,随后配入2%煤粉,再采用球磨机均质与机械活化,控制出料粒径10μm~50μm。随后将黑铜粉细粉平铺送入微波发生器内的托盘中,控制微波功率10kW,升温时间5min,物料保持温度为400℃,一段微波脱砷时间10min,此过程通Ar保护。随后,停止功率输出,通入V(O2):V(Ar)=1:15的混合气体,混合气体流量50L/min,反应10min。微波脱砷产出的烟气经沉降室冷却、布袋收尘后,烟气含砷浓度5mg/m3。尾气进入石灰乳喷淋净化后经烟囱排空。沉降室及布袋回收的As2O3产品,纯度达95.3%,砷捕集率99.9%。微波脱砷后物料含砷5%,此时脱砷率达80.5%。脱砷后物料,送铜***回收铜。
此对比例较之实施例2,氧气与氮气的体积比低于范围,导致弱氧化气氛氧化能力过弱,不足以使得煤粉还原得到的砷单质再氧化成As4O6(g)进入气相,进而降低了脱砷效率。
对比例6
1000g黑铜粉于100℃鼓风烘干8h,随后配入2%煤粉,再采用球磨机均质与机械活化,控制出料粒径10μm~50μm。随后将黑铜粉细粉平铺送入微波发生器内的托盘中,控制微波功率10kW,升温时间5min,物料保持温度为400℃,一段微波脱砷时间10min,此过程通Ar保护。随后,停止功率输出,通入V(O2):V(Ar)=1:2的混合气体,混合气体流量50L/min,反应10min。微波脱砷产出的烟气经沉降室冷却、布袋收尘后,烟气含砷浓度5mg/m3。尾气进入石灰乳喷淋净化后经烟囱排空。沉降室及布袋回收的As2O3产品,纯度达95.3%,砷捕集率99.9%。微波脱砷后物料含砷5.67%,此时脱砷率达77.9%。脱砷后物料,送铜***回收铜。
此对比例较之实施例2,氧气与氮气的体积比高于范围,致使弱氧化气氛氧化能力过强,部分As被过氧化至As2O5(s),无法挥发至气相,导致脱砷效率的降低。
对比例7
1000g黑铜粉于100℃鼓风烘干8h,随后配入2%煤粉,再采用球磨机均质与机械活化,控制出料粒径10μm~50μm。随后将黑铜粉细粉平铺送入微波发生器内的托盘中,控制微波功率10kW,升温时间5min,物料保持温度为400℃,一段微波脱砷时间10min,此过程通Ar保护。随后,停止功率输出,通入V(O2):V(Ar)=1:5的混合气体,混合气体流量2L/min,反应10min。微波脱砷产出的烟气经沉降室冷却、布袋收尘后,烟气含砷浓度5mg/m3。尾气进入石灰乳喷淋净化后经烟囱排空。沉降室及布袋回收的As2O3产品,纯度达95.2%,砷捕集率99.9%。微波脱砷后物料含砷2.88%,此时脱砷率达88.7%。脱砷后物料,送铜***回收铜。
此对比例较之实施例混合气体流量低于范围,使得氧化能力的减弱,因此,砷挥发率有所降低,低于实施例2。
对比例8
1000g黑铜粉于100℃鼓风烘干8h,随后配入2%煤粉,再采用球磨机均质与机械活化,控制出料粒径10μm~50μm。随后将黑铜粉细粉平铺送入微波发生器内的托盘中,控制微波功率10kW,升温时间5min,物料保持温度为400℃,一段微波脱砷时间10min,此过程通Ar保护。随后,停止功率输出,通入V(O2):V(Ar)=1:5的混合气体,混合气体流量120L/min,反应10min。微波脱砷产出的烟气经沉降室冷却、布袋收尘后,烟气含砷浓度5mg/m3。尾气进入石灰乳喷淋净化后经烟囱排空。沉降室及布袋回收的As2O3产品,纯度达95.3%,砷捕集率99.9%。微波脱砷后物料含砷0.97%,此时脱砷率达96.3%。脱砷后物料,送铜***回收铜。
此对比例较之实施例混合气体流量高于范围,使得氧化能力的加强,由于混合气体比例的限制,使得砷无法过氧化至五氧化二砷,因此,砷挥发率仍然较高且略高于实施例2。
实施例3
1000g铅阳极泥于80℃鼓风烘干12h,随后配入3%煤粉,再采用球磨机均质与机械活化,控制出料粒径10μm~50μm。随后将铅阳极泥细粉送入微波发生器内,控制微波功率15kW,升温时间5min,保持温度为350℃,一段微波脱砷时间50min,脱砷过程通N2保护。随后,停止功率输出,通入V(O3):V(N2)=1:5的混合气体,混合气体50L/min,反应20min。微波脱砷产出的烟气经沉降室冷却、布袋收尘后,烟气含砷浓度5mg/m3。尾气进入石灰乳喷淋净化后经烟囱排空。沉降室及布袋回收的As2O3产品,纯度达95.6%,布袋捕集率99.9%。微波脱砷后物料含砷0.59%,此时脱砷率达95.2%。脱砷后物料送铅铋回收***。
对比例9
1000g铅阳极泥于80℃鼓风烘干12h,随后配入3%煤粉,再采用球磨机均质与机械活化,控制出料粒径10μm~50μm。随后将铅阳极泥细粉送入微波发生器内,控制微波功率15kW,升温时间5min,保持温度为260℃,一段微波脱砷时间50min,脱砷过程通N2保护。随后,停止功率输出,通入V(O3):V(N2)=1:5的混合气体,混合气体50L/min,反应20min。微波脱砷产出的烟气经沉降室冷却、布袋收尘后,烟气含砷浓度5mg/m3。尾气进入石灰乳喷淋净化后经烟囱排空。沉降室及布袋回收的As2O3产品,纯度达95.7%,布袋捕集率99.9%。微波脱砷后物料含砷2.18%,此时脱砷率达82.3%。脱砷后物料送铅铋回收***。
此对比例,较之实施例3,一段微波脱砷温度低于范围,由于温度降低减弱了砷还原过程,因此降低了脱砷效率。
对比例10
1000g铅阳极泥于80℃鼓风烘干12h,随后配入3%煤粉,再采用球磨机均质与机械活化,控制出料粒径10μm~50μm。随后将铅阳极泥细粉送入微波发生器内,控制微波功率15kW,升温时间5min,保持温度为550℃,一段微波脱砷时间50min,脱砷过程通N2保护。随后,停止功率输出,通入V(O3):V(N2)=1:5的混合气体,混合气体50L/min,反应20min。微波脱砷产出的烟气经沉降室冷却、布袋收尘后,烟气含砷浓度30mg/m3。尾气进入石灰乳喷淋净化后经烟囱排空。沉降室及布袋回收的As2O3产品,纯度达95.2%,布袋捕集率82%。微波脱砷后物料含砷6.66%,此时脱砷率达45.8%。脱砷后物料送铅铋回收***。
此对比例,较之实施例3,一段微波脱砷温度高于范围,由于温度升高会增强砷还原过程,但由于煤粉会还原铅生成金属铅,其熔点低,在此温度下会呈液态,物料部分融化,导致砷难以挥发进入气相,进而降低了脱砷效率。此外由于微波温度升高,其烟气温度也会升高,致使烟气温度经降温冷却工序后,仍有部分As以As4O6(g)气相存在,因此砷捕集率明显低于实施例3。
以上内容仅为本发明较佳的具体实施方式,不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明,对于任何熟悉本技术领域的技术人员,在未脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式,均应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种含砷物料微波脱砷的***,其特征在于,包括:包括依次连通的干燥装置、给料装置、微波发生器和后处理装置;
所述给料装置包括给料机和球磨机;
所述后处理装置包括降温设备和尾气处理装置;
所述降温设备的入口和出口分别与微波发生器和尾气处理装置连通。
2.根据权利要求1所述的***,其特征在于,所述降温设备包括沉降室。
3.根据权利要求1所述的***,其特征在于,所述尾气处理装置包括依次连通的布袋除尘器、淋洗塔和烟囱;所述布袋除尘器入口与沉降室连通,出口与淋洗塔连通。
4.一种采用权利要求1-3任一项所述的***对含砷物料微波脱砷的方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将含砷物料干燥后,与碳质还原剂混合后进行研磨,得到混合料;
(2)对混合料依次进行微波脱砷、氧化脱砷,得到白砷和脱砷烟气;脱砷烟气经处理后排放;
所述含砷物料为黑铜粉、铅阳极泥或者其混合物;所述黑铜粉含As 15~30%,所述铅阳极泥含As 5~15%。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,按重量份数,所述黑铜粉包括As2O3(s)20-30份、As2O5(s)1-5份、Cu3(AsO4)2 3-10份、Cu3As(s)3-10份、Pb3(AsO4)2 1-5份、Cu 40-60份、CuO 1-10份、Bi2O3 1-10份、Sb2O3 1-10份;优选的,按重量份数,所述铅阳极泥包括As2O3(s)1-5份、As2O5(s)1-5份、Cu3(AsO4)2 0.1-5份、Cu3As(s)2-10份、Pb3(AsO4)2 20-50份、Pb 10-30份、CuO 2-10份、Bi2O3 1-15份、Sb2O3 10-30份、PbxAsy5-20份。
6.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述碳质还原剂为煤粉、木炭、褐煤、石墨中的一种或几种;优选的,所述碳质还原剂为煤粉。
7.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述混合料中粒径介于10μm~50μm的混合料的占比大于98%。
8.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述碳质还原剂的添加量为物料质量的0.5-3%。
9.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,微波脱砷的工艺参数为:调整微波功率3000W~20kW,升温时间2~6min,保持微波温度为340~450℃,微波脱砷时间3~60min,脱砷过程通惰性气体。
10.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,氧化脱砷的工艺参数为:通入氧化性气体进行反应3~60min进行氧化脱砷;优选的,所述氧化性气体为体积比为1~3:10的氧气或臭氧与惰性气体的混合物。
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