砷酸钠混合盐微波环保型干燥工艺探讨

单桃云,金承永,邓卫华,刘鹊鸣,龚福宝

(湖南锡矿山闪星锑业有限责任公司,湖南冷水江 417500)

砷酸钠混合盐微波环保型干燥工艺探讨

单桃云,金承永,邓卫华,刘鹊鸣,龚福宝

(湖南锡矿山闪星锑业有限责任公司,湖南冷水江 417500)

研究了用微波干燥砷酸钠混合盐的过程。研究表明:采用微波干燥砷酸钠混合盐,克服了传统干燥中的“冷中心”现象。与传统干燥相比,微波干燥砷酸钠混合盐的能耗大幅降低、干燥能力大幅提高,同时,干燥过程不扬尘,属节能、环保型干燥,从根本上解决目前砷碱渣综合回收的瓶颈问题。

砷酸钠;微波干燥;节能;环保

砷是有色金属矿物中常有的有害杂质,因此,除砷成了有色金属冶炼过程中的一道不可少的除杂过程。目前,有色金属冶炼采用氢氧化纳或碳酸钠除砷,除砷后得到一种砷碱渣。在处理砷碱渣综合回收过程中得到一种含有纯碱或氢氧化钠的砷酸钠混合物,称为砷酸钠混合盐。砷酸钠混合盐可以直接用于普通玻璃生产的原料或玻璃生产中的澄清剂,也可以进一步生产其它含砷化合物或提纯生产砷酸钠。砷酸钠混合盐一般含有砷酸钠30%～50%,纯碱与氢氧化钠40%～60%。因为砷酸钠一般含有12个结晶水,熔点只有86.3℃。这种含有结晶水的砷酸钠混合盐,当加热到86.3℃时,物料就成为液态流体,这对砷酸钠混合盐的干燥就极不方便。现有干燥砷酸钠混合盐的方法是用蒸汽或电阻丝加热,用带螺旋叶片的旋转轴不停地搅动。这种干燥方法能耗极高,干燥时间长,搅拌装置的电耗大,尤其是到干燥过程的后期,因搅拌物料,产生含砷酸钠的剧毒粉尘,这种含砷酸钠的剧毒粉尘在生产场所飞扬,严重危害操作者的身体健康。该法经济指标为:搅拌装置的平均电耗高达4 480 kWh/t干品,蒸汽平均消耗为40 t/t干品,干燥平均时间为20 h/t干品。

世界锑都——湖南锡矿山闪星锑业有限责任公司,作为环保项目,在国内首先建立了砷碱渣综合回收生产线。但到目前为止,砷碱渣处理过程中存在的砷酸钠混合盐干燥时间长、成本高的问题一直没有得到有效解决,因而成了整条生产线的瓶颈,导致整条生产线处于微利或亏损状态。

为解决上述干燥过程存在的问题,采用微波干燥方式对砷酸钠混合盐进行了干燥试验,试验取得了非常好的效果。

1 原料与主要设备

1.1 原料

原料砷酸钠混合盐来源于砷碱渣综合回收过程中的一种含有碳酸钠、氢氧化钠的砷酸钠,水分约为30%,干基主要成分为砷酸钠(30%～50%)、碳酸钠与氢氧化钠之和40%～60%。

砷碱渣是有色金属冶炼过程中除砷后得到的含有金属和砷的一种渣。处理该渣有两个目的:一是回收其中的有价金属,如:锑、锡、铋等;二是回收其中的碱和砷酸盐。湖南锡矿山闪星锑业有限责任公司在炼锑过程中产出的砷碱渣中含有砷和锑以及碳酸钠、氢氧化钠。砷碱渣综合回收过程为:将砷碱渣破碎后进入水浸,水浸后过滤得到一种含有金属的渣,该渣返回生产系统用于回收有价金属;滤液主要含有砷和碱,通过浓缩蒸发得到一种含有碳酸钠、氢氧化钠的砷酸钠混合盐,也就是试验要干燥的物料。处理1 t砷碱渣一般得到0.2～0.25 t砷酸钠混合盐。

1.2 主要设备

工业微波炉一台,型号为:L Y-45KW-SD型微波烘干杀菌机。主要参数为:总功率为60 kW,总微波加热功率为45 kW。

2 微波干燥原理

选用微波干燥是基于砷酸钠混合盐中水具有良好的介电常数,是一种良好的极性物质,对微波有很好的吸收性能。当微波穿过物料时,微波在物料内以2 450 MHz的频率快速震荡,极性的水分子很快会因磨擦生热而快速挥发。

用微波加热干燥物料时,因其内部也同时被加热,使整个物料受热均匀,升温速度也快。它以每秒24.5亿次的频率,深入物料内部进行加热,加速分子运转,克服了传统加热方式中的“冷中心”的现象。干燥过程不扬尘,可实现安全环保作业。

3 干燥过程

将湿砷酸钠放入微波干燥炉内,保持一定的湿料厚度,控制干燥时间,启动加热电源进行干燥,当物料干燥到规定时间,取样分析,物料中的水分小于5%时,干燥完成。整个干燥过程中没有任何扬尘现象。

4 干燥结果与分析

采用L Y-45KW-SD型微波烘干杀菌机进行烘干,设备的示意图见图1。

图1 研究所用微波干燥机图

整台设备的装机容量为60 kW,其中微波功率为45 kW,频率为2 450 MHz,风机及传动部分容量为15 kW。干燥投入湿砷酸钠混合盐为77.3 kg、120 kg、130.9 kg,铺物料的厚度分别为20 mm、30 mm、40 mm。干品中的水分,按目前的要求定为5%以下。

试验结果见表1。

表1 干燥试验结果

图2为干燥1 t砷酸钠混合盐所需电耗值(含机械电耗等的综合值)。图中编号后面的数字为铺料厚度。从试验来看,物料厚度由20 mm到40 mm,产品干燥达到要求后,电耗以20 mm最节能,此时干燥电耗最低只有929 kWh/t;40 mm次之,电耗1 032 kWh/t;30 mm厚度时电耗已经达到 1 107 kWh/t,效果稍差。干燥过程中,砷酸钠混合盐产品在干燥传动带上铺设厚度为20～30 mm时,即使表面温度达到100℃,砷酸钠混合盐产品中的砷酸钠也不会从湿物料中熔析出来。当湿物料厚度达40 mm、湿物料表面干燥温度达97℃以上时,则有部分砷酸钠从湿物料中以流态方式熔析出来,这影响干燥过程。出现流态物质是因为干燥出来的水蒸汽不能及时排出去,而变成了水珠回落到物料表面。如果排气及时,将减少或消除这种现象的发生。

图2 干燥1 t混合盐的电耗试验统计图

图3为每1 kWh电脱水或得到干燥品的量。

图3 每1 kWh脱除水或得到干品量的试验统计图

图3表明:在水分为30%左右的砷酸钠混合盐,采用微波干燥时,物料厚度为20 mm,效果最好: 1 kWh电可以干燥得到1.08 kg干品。每1 kWh微波功可以脱出1.08 kg水分,每1 kWh(含机械电耗)的功可以脱出0.47 kg水分。采用微波干燥砷酸钠混合盐的过程中,在短时间内不仅脱去了物料中的物理水,而且脱去了物料中的结晶水。这是微波干燥的优点,也是传统干燥所不能达到的地方。试验证明,干燥砷酸钠混合盐理想铺设厚度应是20 mm,干燥时间60 min,处理量大、电耗低、时间短、适应性强。

5 与现有干燥工艺比较

5.1 砷酸钠混合盐现有干燥情况

因为砷酸钠混合盐含有较高的结晶水,外观看起来为块状,但是加热烘干,当温度大于86.3℃时,块状物料就开始变成流体状。这对一般的干燥设备都不合适。为此,经过大量的试验后,选用蒸汽加热,用带螺旋叶片旋转轴转动的真空干燥方式。目前,一台该设备的搅拌轴电机功率为90 kW,真空泵的电机功率为20 kW。操作时,一次加入湿料0.7 t到干燥器内,经过18～22 h后得到0.5 t干品,干燥过程扬尘。干燥1 t干品,电耗为3 584～5 376 kWh (0.28 kg干品/kWh),蒸汽消耗为32～48 t,干燥时间为18～22 h,设备占用空间为4×5×4 m3,干燥过程扬尘。

5.2 两种干燥方法比较

现将两种干燥方式干燥情况进行比较,具体见表2。

目前,砷碱渣综合回收过程中,因为干燥能耗高、时间长、扬尘,导致该生产线一直处于微利或亏损状态。

采用微波干燥1 t砷酸钠混合盐与现有干燥方式能耗降成本估算如下:(计算中,电耗和蒸汽消耗以目前最好的指标进行)

表2 两种干燥工艺情况比较

电耗节约成本最低为:3 584-929=2 655 kWh,蒸汽节约32 t。计算得到降低成本为:电耗降成本1 725.75元/t干品;蒸汽降成本 32×150= 4 800元/t干品。合计降成本为:6 525.75元/t干品。年处理5 000 t砷碱渣,产出砷酸钠混合盐1 000 t,就能耗一项节约成本653万元。

如果采用100 kW的微波干燥设备,每天可以得到干燥的砷酸钠混合盐2.152 t,(每天按20 h的干燥),由此可以得出,采用微波干燥砷酸钠混合盐应是适应性强、节能、快速、环保。微波干燥砷酸钠混合盐脱水效果非常好,原因在于水分子对微波非常敏感,无论是化合物的物理水还是结晶水都一样,因而,微波干燥克服了传统干燥过程中物料中心处很难接收到热的对流的“冷中心”过程。

采用微波干燥砷酸钠混合盐使现有的砷碱渣综合回收生产线的微利或亏损转变为盈利非常大的状态,同时节能、环保。

6 结 论

1.微波对砷酸钠混合盐的干燥是利用混合盐中水分子强烈吸收微波效果,从整个物料里外两个方面进行干燥,与现有干燥方式相比,干燥时间大幅度缩短,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标煤/t干品降至0.114 2 t标煤/t干品,能耗降低成本为6 525.75元/t干品。

2.该干燥方法将使目前砷碱渣综合回收生产线处于盈利、节能、环保状态之中。

[1] 李钒,张梅,王习东.微波在冶金过程中应用的现状与前景[J].过程工程学报,2007,(1):186-193.

[2] 张文朴.微波在稀贵金属冶金中的应用研究进展[J].稀有金属与硬质合金,2008,(2):49-53.

[3] 彭金辉.微波能技术新应用[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

国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2010AA065204)

单桃云(1963-),男,高级工程师,主要从事冶炼、化工生产以及科研管理工作。

2012-02-02