砷酸鈉混合鹽微波環保型干燥工藝探討

單桃云,金承永,鄧衛華,劉鵲鳴,龔福寶

(湖南錫礦山閃星銻業有限責任公司,湖南冷水江 417500)

砷酸鈉混合鹽微波環保型干燥工藝探討

單桃云,金承永,鄧衛華,劉鵲鳴,龔福寶

(湖南錫礦山閃星銻業有限責任公司,湖南冷水江 417500)

研究了用微波干燥砷酸鈉混合鹽的過程。研究表明:采用微波干燥砷酸鈉混合鹽,克服了傳統干燥中的“冷中心”現象。與傳統干燥相比,微波干燥砷酸鈉混合鹽的能耗大幅降低、干燥能力大幅提高,同時,干燥過程不揚塵,屬節能、環保型干燥,從根本上解決目前砷堿渣綜合回收的瓶頸問題。

砷酸鈉;微波干燥;節能;環保

砷是有色金屬礦物中常有的有害雜質,因此,除砷成了有色金屬冶煉過程中的一道不可少的除雜過程。目前,有色金屬冶煉采用氫氧化納或碳酸鈉除砷,除砷后得到一種砷堿渣。在處理砷堿渣綜合回收過程中得到一種含有純堿或氫氧化鈉的砷酸鈉混合物,稱為砷酸鈉混合鹽。砷酸鈉混合鹽可以直接用于普通玻璃生產的原料或玻璃生產中的澄清劑,也可以進一步生產其它含砷化合物或提純生產砷酸鈉。砷酸鈉混合鹽一般含有砷酸鈉30%～50%,純堿與氫氧化鈉40%～60%。因為砷酸鈉一般含有12個結晶水,熔點只有86.3℃。這種含有結晶水的砷酸鈉混合鹽,當加熱到86.3℃時,物料就成為液態流體,這對砷酸鈉混合鹽的干燥就極不方便?，F有干燥砷酸鈉混合鹽的方法是用蒸汽或電阻絲加熱,用帶螺旋葉片的旋轉軸不停地攪動。這種干燥方法能耗極高,干燥時間長,攪拌裝置的電耗大,尤其是到干燥過程的后期,因攪拌物料,產生含砷酸鈉的劇毒粉塵,這種含砷酸鈉的劇毒粉塵在生產場所飛揚,嚴重危害操作者的身體健康。該法經濟指標為:攪拌裝置的平均電耗高達4 480 kWh/t干品,蒸汽平均消耗為40 t/t干品,干燥平均時間為20 h/t干品。

世界銻都——湖南錫礦山閃星銻業有限責任公司,作為環保項目,在國內首先建立了砷堿渣綜合回收生產線。但到目前為止,砷堿渣處理過程中存在的砷酸鈉混合鹽干燥時間長、成本高的問題一直沒有得到有效解決,因而成了整條生產線的瓶頸,導致整條生產線處于微利或虧損狀態。

為解決上述干燥過程存在的問題,采用微波干燥方式對砷酸鈉混合鹽進行了干燥試驗,試驗取得了非常好的效果。

1 原料與主要設備

1.1 原料

原料砷酸鈉混合鹽來源于砷堿渣綜合回收過程中的一種含有碳酸鈉、氫氧化鈉的砷酸鈉,水分約為30%,干基主要成分為砷酸鈉(30%～50%)、碳酸鈉與氫氧化鈉之和40%～60%。

砷堿渣是有色金屬冶煉過程中除砷后得到的含有金屬和砷的一種渣。處理該渣有兩個目的:一是回收其中的有價金屬,如:銻、錫、鉍等;二是回收其中的堿和砷酸鹽。湖南錫礦山閃星銻業有限責任公司在煉銻過程中產出的砷堿渣中含有砷和銻以及碳酸鈉、氫氧化鈉。砷堿渣綜合回收過程為:將砷堿渣破碎后進入水浸,水浸后過濾得到一種含有金屬的渣,該渣返回生產系統用于回收有價金屬;濾液主要含有砷和堿,通過濃縮蒸發得到一種含有碳酸鈉、氫氧化鈉的砷酸鈉混合鹽,也就是試驗要干燥的物料。處理1 t砷堿渣一般得到0.2～0.25 t砷酸鈉混合鹽。

1.2 主要設備

工業微波爐一臺,型號為:L Y-45KW-SD型微波烘干殺菌機。主要參數為:總功率為60 kW,總微波加熱功率為45 kW。

2 微波干燥原理

選用微波干燥是基于砷酸鈉混合鹽中水具有良好的介電常數,是一種良好的極性物質,對微波有很好的吸收性能。當微波穿過物料時,微波在物料內以2 450 MHz的頻率快速震蕩,極性的水分子很快會因磨擦生熱而快速揮發。

用微波加熱干燥物料時,因其內部也同時被加熱,使整個物料受熱均勻,升溫速度也快。它以每秒24.5億次的頻率,深入物料內部進行加熱,加速分子運轉,克服了傳統加熱方式中的“冷中心”的現象。干燥過程不揚塵,可實現安全環保作業。

3 干燥過程

將濕砷酸鈉放入微波干燥爐內,保持一定的濕料厚度,控制干燥時間,啟動加熱電源進行干燥,當物料干燥到規定時間,取樣分析,物料中的水分小于5%時,干燥完成。整個干燥過程中沒有任何揚塵現象。

4 干燥結果與分析

采用L Y-45KW-SD型微波烘干殺菌機進行烘干,設備的示意圖見圖1。

圖1 研究所用微波干燥機圖

整臺設備的裝機容量為60 kW,其中微波功率為45 kW,頻率為2 450 MHz,風機及傳動部分容量為15 kW。干燥投入濕砷酸鈉混合鹽為77.3 kg、120 kg、130.9 kg,鋪物料的厚度分別為20 mm、30 mm、40 mm。干品中的水分,按目前的要求定為5%以下。

試驗結果見表1。

表1 干燥試驗結果

圖2為干燥1 t砷酸鈉混合鹽所需電耗值(含機械電耗等的綜合值)。圖中編號后面的數字為鋪料厚度。從試驗來看,物料厚度由20 mm到40 mm,產品干燥達到要求后,電耗以20 mm最節能,此時干燥電耗最低只有929 kWh/t;40 mm次之,電耗1 032 kWh/t;30 mm厚度時電耗已經達到 1 107 kWh/t,效果稍差。干燥過程中,砷酸鈉混合鹽產品在干燥傳動帶上鋪設厚度為20～30 mm時,即使表面溫度達到100℃,砷酸鈉混合鹽產品中的砷酸鈉也不會從濕物料中熔析出來。當濕物料厚度達40 mm、濕物料表面干燥溫度達97℃以上時,則有部分砷酸鈉從濕物料中以流態方式熔析出來,這影響干燥過程。出現流態物質是因為干燥出來的水蒸汽不能及時排出去,而變成了水珠回落到物料表面。如果排氣及時,將減少或消除這種現象的發生。

圖2 干燥1 t混合鹽的電耗試驗統計圖

圖3為每1 kWh電脫水或得到干燥品的量。

圖3 每1 kWh脫除水或得到干品量的試驗統計圖

圖3表明:在水分為30%左右的砷酸鈉混合鹽,采用微波干燥時,物料厚度為20 mm,效果最好: 1 kWh電可以干燥得到1.08 kg干品。每1 kWh微波功可以脫出1.08 kg水分,每1 kWh(含機械電耗)的功可以脫出0.47 kg水分。采用微波干燥砷酸鈉混合鹽的過程中,在短時間內不僅脫去了物料中的物理水,而且脫去了物料中的結晶水。這是微波干燥的優點,也是傳統干燥所不能達到的地方。試驗證明,干燥砷酸鈉混合鹽理想鋪設厚度應是20 mm,干燥時間60 min,處理量大、電耗低、時間短、適應性強。

5 與現有干燥工藝比較

5.1 砷酸鈉混合鹽現有干燥情況

因為砷酸鈉混合鹽含有較高的結晶水,外觀看起來為塊狀,但是加熱烘干,當溫度大于86.3℃時,塊狀物料就開始變成流體狀。這對一般的干燥設備都不合適。為此,經過大量的試驗后,選用蒸汽加熱,用帶螺旋葉片旋轉軸轉動的真空干燥方式。目前,一臺該設備的攪拌軸電機功率為90 kW,真空泵的電機功率為20 kW。操作時,一次加入濕料0.7 t到干燥器內,經過18～22 h后得到0.5 t干品,干燥過程揚塵。干燥1 t干品,電耗為3 584～5 376 kWh (0.28 kg干品/kWh),蒸汽消耗為32～48 t,干燥時間為18～22 h,設備占用空間為4×5×4 m3,干燥過程揚塵。

5.2 兩種干燥方法比較

現將兩種干燥方式干燥情況進行比較,具體見表2。

目前,砷堿渣綜合回收過程中,因為干燥能耗高、時間長、揚塵,導致該生產線一直處于微利或虧損狀態。

采用微波干燥1 t砷酸鈉混合鹽與現有干燥方式能耗降成本估算如下:(計算中,電耗和蒸汽消耗以目前最好的指標進行)

表2 兩種干燥工藝情況比較

電耗節約成本最低為:3 584-929=2 655 kWh,蒸汽節約32 t。計算得到降低成本為:電耗降成本1 725.75元/t干品;蒸汽降成本 32×150= 4 800元/t干品。合計降成本為:6 525.75元/t干品。年處理5 000 t砷堿渣,產出砷酸鈉混合鹽1 000 t,就能耗一項節約成本653萬元。

如果采用100 kW的微波干燥設備,每天可以得到干燥的砷酸鈉混合鹽2.152 t,(每天按20 h的干燥),由此可以得出,采用微波干燥砷酸鈉混合鹽應是適應性強、節能、快速、環保。微波干燥砷酸鈉混合鹽脫水效果非常好,原因在于水分子對微波非常敏感,無論是化合物的物理水還是結晶水都一樣,因而,微波干燥克服了傳統干燥過程中物料中心處很難接收到熱的對流的“冷中心”過程。

采用微波干燥砷酸鈉混合鹽使現有的砷堿渣綜合回收生產線的微利或虧損轉變為盈利非常大的狀態,同時節能、環保。

6 結 論

1.微波對砷酸鈉混合鹽的干燥是利用混合鹽中水分子強烈吸收微波效果,從整個物料里外兩個方面進行干燥,與現有干燥方式相比,干燥時間大幅度縮短,即由20 h降到不到10 h;能耗大大降低,即由3.457 6～5.214 0 t標煤/t干品降至0.114 2 t標煤/t干品,能耗降低成本為6 525.75元/t干品。

2.該干燥方法將使目前砷堿渣綜合回收生產線處于盈利、節能、環保狀態之中。

[1] 李釩,張梅,王習東.微波在冶金過程中應用的現狀與前景[J].過程工程學報,2007,(1):186-193.

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[3] 彭金輝.微波能技術新應用[M].昆明:云南科技出版社, 1997.

Discussion on Microwave Drying of Salt-mixture of Sodium Arsenate

SHAN Tao-yun,J IN Cheng-yong,DENG Wei-hua,LIU Que-ming,GONG Fu-bao
(Hsikwangshan Twinkling Star Co.,Ltd,Lengshuijiang417500,China)

The paper studied the microwave drying of salt-mixture of sodium arsenate.The research proved that: adopting microwave drying of salt-mixture of sodium arsenate,it overcame the“cold center”phenomenon in traditional methods.Compared with the traditional drying method,microwave drying method can lower consume significantly,and the drying ability is greatly improved.At the same time,it doesn’t produce dust in drying process, which belongs to the energy-saving and environment-friendly drying type and has solved the bottleneck problem of alkali-arsenic residue recovery fundamentally.

sodium arsenate;microwave drying;energy-saving;environment-friendly

TF802+.64

A

1003-5540(2012)02-0035-03

國家高技術研究發展計劃(863計劃)項目(2010AA065204)

單桃云(1963-),男,高級工程師,主要從事冶煉、化工生產以及科研管理工作。

2012-02-02