濕法煉鋅酸浸渣常規(guī)干燥實驗研究

高海榮，馬愛佳，2，鄭雪梅＊ ，楊 天

（1.六盤水師范學院化學與材料工程學院，貴州 六盤水 553004；2.中國葛洲壩集團建設(shè)工程有限公司，云南 昆明 650106）

近年來隨著國家經(jīng)濟的不斷發(fā)展，有色金屬鋅的利用不斷增加，但是在這一過程中不斷的消耗和利用鋅資源，鋅礦產(chǎn)資源儲量銳減，同時還產(chǎn)生了大量工業(yè)廢棄物，造成了資源囤積浪費和惡化生態(tài)環(huán)境等不利因素[1-3]。

酸浸渣是濕法煉鋅酸性浸出工藝過程得到固態(tài)渣，經(jīng)過浸出過濾后，仍含有大量的水分，由于酸浸渣含有大量未被浸出的鋅可作為鋅二次資源，具有較高的回收利用價值[4，5]，現(xiàn)階段采用回轉(zhuǎn)窯進行揮發(fā)富集鋅回收利用，但水分含量過高不能直接進行回轉(zhuǎn)窯處理，直接處理對設(shè)備會造成嚴重腐蝕等降低回轉(zhuǎn)窯壽命，所以首先需對酸浸渣進行干燥預處理。

論文以云南某濕法煉鋅企業(yè)提供的酸性浸出渣做為研究對象，含水量大約為20%。由于酸浸渣干燥的過程是非常復雜多變的，在不同的干燥方法下，酸浸渣發(fā)生的物理化學變化也大不相同，特別是對于酸浸渣的干燥速率影響頗大。實驗采用常規(guī)干燥酸浸渣的方法，研究干燥溫度、物料量、干燥時間對酸浸渣相對脫水率的影響，獲取最佳干燥實驗條件，實驗結(jié)果對促進酸浸渣中有價金屬鋅的資源綜合利用、改善環(huán)境等具有重要的指導意義。

1 原料及實驗方法

1.1 實驗原料

實驗所用的酸性浸出渣來自于國內(nèi)某濕法煉鋅企業(yè)，對原料進行化學元素分析，結(jié)果如表1所示：

表1 酸性浸出渣的多元素化學成分

由表1可知，酸性浸出渣中含有大量Zn、Pb、Fe等有價金屬，且含量較高，具有較高的綜合回收利用價值，還含有Ca、Si、S等多種化學元素成分。同時對酸性浸出渣進行XRD分析，結(jié)果如圖1所示。

圖1 酸性浸出渣樣品XRD圖譜

圖1顯示鋅主要以氧化鋅的形式存在，而鐵酸鋅的衍射峰較弱，鐵主要以氧化物FeO、Fe2O3、Fe3O4的形式在，另外，酸性浸出渣中堿性脈石含量較高，主要為SiO2、MgSO4、CaMgSiO4。

1.2 實驗方法

實驗過程中，用坩堝準確稱取一定量的酸性浸出渣，將裝有物料的坩堝置于馬弗爐中，設(shè)定相應(yīng)的干燥溫度，干燥一定時間后自然冷卻并稱取干燥后物料重量，酸性浸出渣相對脫水率可用下式計算：

式中：ω為物料的初始含水率；

m0為表示物料的原質(zhì)量；

mt為表示物料的實時質(zhì)量。

2 實驗結(jié)果及分析

2.1 干燥溫度對相對脫水率的影響

取含水酸性浸出渣50g，探索不同溫度（60℃、70℃、80℃、90℃、100℃）下的相對脫水率與時間的關(guān)系，結(jié)果如圖2和圖3所示。

圖2為不同溫度下相對脫水率隨時間的變化曲線，研究結(jié)果表明，不同溫度下的相對脫水率隨時間的變化趨勢基本一致，隨著時間的增加，物料的相對脫水率呈現(xiàn)上升趨勢。控制干燥溫度60℃，酸性浸出渣水脫除效率相對較低，但隨著溫度的升高，酸性浸出渣相對脫水率不斷提高，圖3展示干燥80min條件下不同溫度對相對脫水率的影響，干燥溫度從60℃升高到90℃，相對脫水率從48.04%升高到98.32%，但繼續(xù)升高溫度到100℃，相對脫水率達99.44%，升高溫度水脫除效果不明顯，綜合考慮干燥效益，控制干燥溫度為90℃為宜。

圖2 不同溫度下相對脫水率隨時間的變化曲線

圖3 不同溫度對相對脫水率的影響（80min）

2.2 物料量對相對脫水率的影響

控制干燥溫度為90℃，研究不同酸性浸出渣物料量（50g、60g、70g、80g、90g）下的相對脫水率與時間的關(guān)系，結(jié)果如圖4和圖5所示。

圖4反映了不同物料量條件下酸浸渣相對脫水率隨時間的變化，由圖可以看出不同物料量下的相對脫水率變化趨于一致，物料量越小，熱量傳遞過程中的損耗量少，所需傳遞的路程相對較短，傳遞速度快，相對脫水率的變化越大。圖5展示干燥80min條件下不同物料量對相對脫水率的影響，在50g物料量時脫水率達到98.32%，而90g物料量的相對脫水率只有71.38%，這主要是由于物料量增加，含水量增多，溫度傳入物料量內(nèi)部速度減緩，且物料水蒸氣從物料內(nèi)部擴散出來的路程延長，傳質(zhì)過程受到物料的層層阻隔，所以導致相對脫水率因物料量的增加而下降。

圖4 不同物料量下相對脫水率隨時間的變化曲線

圖5 不同物料量對相對脫水率的影響（80min）

3 結(jié)論

（1）實驗研究了干燥溫度、物料量、干燥時間對酸浸渣相對脫水率的影響，結(jié)果表明：物料量與相對脫水率成反比關(guān)系，物料量不斷增加，相對脫水率呈下降趨勢；干燥溫度及干燥時間與相對脫水率成正比關(guān)系，一定范圍內(nèi)，酸性浸出渣相對脫水率隨溫度的升高而升高，隨時間的延長而增加。

（2）控制物料量為50g、干燥溫度為90℃、干燥時間為80min時，酸浸渣相對脫水率可達到98.32%。

（3）干燥實驗的研究對酸性浸出渣中有價金屬的綜合回收利用具有一定的促進作用，對進一步提升有色金屬固廢物的資源化利用具有重要意義。