斷硫劑CZ對回收銅渣氯浸渣中硫的影響

南寧，冷欣燕，陳帥

（商洛學(xué)院 化學(xué)工程與現(xiàn)代材料學(xué)院/陜西省尾礦資源綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西商洛 726000）

我國硫資源大多品味低且儲量小，而隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展硫資源供求矛盾愈發(fā)激烈，如何加大硫的產(chǎn)量已迫在眉睫[1]，銅渣氯浸渣是鎳電解工藝流程中產(chǎn)生的殘?jiān)?，主要含有硫、鎳、銅等元素，渣中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)70%左右，當(dāng)中單體硫占總硫質(zhì)量的90%左右[2-3]。由于長期缺乏科學(xué)合理的提取回收技術(shù)，銅渣氯浸渣便一直堆存在渣場，造成了資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，從銅渣氯浸渣中提取回收硫具有一定現(xiàn)實(shí)意義。目前提取硫的方法主要為物理法和化學(xué)法，其中物理法主要包括熱過濾法、浮選法、高壓傾析法等[4-6]；化學(xué)法主要包括硫化鈉法、有機(jī)溶劑法等[7-8]。上述兩種方法一般情況下都只適用于提取回收無機(jī)硫，而當(dāng)硫原子為超過S8的長鏈有機(jī)硫時，提取回收效果并不理想，銅渣氯浸渣中硫主要以長鏈有機(jī)硫?yàn)橹鱗9]，在采用熱過濾法回收銅渣氯浸渣中硫的工藝過程中，當(dāng)溫度超過一定值之后，渣中的硫粘度增大，很難將硫過濾出來[10]。斷硫劑能使長鏈有機(jī)硫斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)槎替湡o機(jī)硫，提高硫的回收率，有利于渣中硫的提取回收，本文主要研究斷硫劑對回收銅渣氯浸渣中硫的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)原料

所用斷硫劑選用CZ(N,N-環(huán)己基-2-苯并噻唑基次磺酰胺)，銅渣氯浸渣選用某企業(yè)鎳生產(chǎn)線產(chǎn)生的廢渣，采用ICP-OES（感應(yīng)耦合等離子發(fā)射光譜儀）對銅渣氯浸渣進(jìn)行檢測分析，測得其硫含量高達(dá)85.47%，具體成分如表1所示。

表1 銅渣氯浸渣化學(xué)成分

1.2 工藝流程

銅渣氯浸渣進(jìn)行預(yù)處理得到洗渣，向洗渣中添加一定量的斷硫劑，混合均勻之后放入燒杯內(nèi)并用濾布蓋住燒杯口，將燒杯放入到真空干燥箱內(nèi)，于一定溫度條件下真空保溫一段時間，在干燥箱內(nèi)進(jìn)行硫渣分離，將過濾得到的硫晾干稱重，計(jì)算銅渣氯浸渣中硫的回收率。具體工藝流程如圖1所示。

圖1 回收銅渣氯浸渣中硫的工藝流程

1.3 銅渣氯浸渣的預(yù)處理

取一定量的銅渣氯浸渣放入50℃水中恒溫?cái)嚢枨逑?，以去除渣中泥土和水溶性物質(zhì)，向洗渣中添加一定量的稀HCl再次攪拌清洗，以去除渣中易溶于酸的物質(zhì)，將得到的酸洗渣進(jìn)行多次水洗至中性，放入真空干燥箱內(nèi)干燥一段時間，收集備用。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 洗渣直接熱過濾提取硫

圖2為不添加斷硫劑直接采用熱過濾法得到硫的回收率，由圖2可見，銅渣氯浸渣中硫的回收率隨著溫度的升高大體呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，在溫度為165℃時達(dá)到最大。硫的回收率達(dá)到43.57%，這是因?yàn)樵谄鸪蹼A段隨著溫度的升高，渣中硫分子粘度降低，使得其中的硫更易于熱過濾分離，回收率升高；當(dāng)溫度達(dá)到165℃以后，隨著溫度的升高，渣中的長鏈有機(jī)硫會相互粘接在一起，使得硫的流動性變差，粘度增大，不利于硫渣的熱過濾分離，回收率迅速下降。

圖2 熱過濾洗渣提取硫

2.2 添加劑CZ斷硫回收硫

2.2.1 溫度對回收銅渣氯浸渣中元素硫的影響

圖3為渣劑比20：3，保溫時間為30 min，溫度為130℃、135℃、140℃、145℃、150℃、155℃、160℃、165℃條件下熱過濾法得到硫的回收率。由圖3可見，銅渣氯浸渣中硫的回收率在120℃～140℃緩慢升高，在140℃～155℃迅速升高，在155℃時達(dá)到最大值，回收率達(dá)到71.17%，之后隨著溫度的升高回收率則迅速下降，主要是因?yàn)楹线m的溫度可以提高硫分子的活性，降低粘度，對比不添加斷硫劑硫回收率明顯提高則是因?yàn)閿嗔騽┐驍嗔瞬糠珠L鏈有機(jī)硫使之成為短鏈硫易于過濾分離。因此，在選用單一斷硫劑CZ時，最佳溫度為155℃。

圖3 溫度對硫回收率的影響

2.2.2 保溫時間對回收銅渣氯浸渣中元素硫的影響

圖4為渣劑比20：3，溫度為155℃，保溫時間為 10、20、30、40、50、60 min 條件下熱過濾法得到硫的回收率。由圖4可見，銅渣氯浸渣中硫的回收率隨著保溫時間的增加呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，保溫時間為30 min的條件下，硫的回收率最大，達(dá)到66.34%，這是因?yàn)槌跏茧A段隨著保溫時間的增加，斷硫劑有足夠的時間去打斷長鏈有機(jī)硫，使得硫回收率升高，超過最佳保溫時間后，斷硫效果不再提高的情況下液態(tài)硫還會揮發(fā)一部分，使得硫的回收率出現(xiàn)降低的現(xiàn)象，因此，在選用單一斷硫劑CZ時，最佳保溫時間為30 min。

圖4 保溫時間對硫回收率的影響

2.2.3 渣劑比對回收銅渣氯浸渣中元素硫的影響

圖5為溫度為155℃，保溫時間為30 min，渣劑比為 20：1、20：2、20：3、20：4、20：5、20：6 條件下熱過濾法得到硫的回收率。

圖5 渣劑質(zhì)量比對硫回收率的影響

由圖5可見，隨著渣劑CZ比的不斷增大，硫的回收率呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，在渣劑比為20：4的條件下達(dá)到最大，硫的回收率達(dá)到77.93%，這是因?yàn)橐欢康臄嗔騽┛梢源驍嘣械挠袡C(jī)長鏈硫使硫的回收率隨著渣劑比的增大而升高，當(dāng)長鏈硫斷鏈反應(yīng)結(jié)束后，渣劑比繼續(xù)增大會使斷硫劑成為外來雜質(zhì)，從而使硫的回收率降低，因此，在選用單一斷硫劑CZ時，最佳渣劑比為 20：4。

3 結(jié)論

本研究斷硫劑CZ可以打斷銅渣氯浸渣中的長鏈有機(jī)硫使之變成短鏈無機(jī)硫，從而降低硫的黏度、改善硫的熱過濾性，提高硫的回收率；采用熱過濾法選用斷硫劑CZ作為添加劑回收銅渣氯浸渣中的硫，當(dāng)熱過濾溫度為155℃、保溫時間為30 min、渣劑質(zhì)量比20：4時，硫回收率最高達(dá)到77.93%。

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