微波輔助二甲苯脫除濕法煉鋅渣中的硫

郭年祥，章 青，胡 嬌

（1．江西理工大學(xué) 冶金與化學(xué)工程學(xué)院，江西 贛州 341000；2．廣東寶鋼湛江鋼鐵有限公司，廣東 湛江 524000）

全濕法煉鋅過程中，硫主要以單質(zhì)硫形式富集在渣中［1-2］。目前已建成的氧化酸浸廠中只有加拿大的Trail廠有硫回收實(shí)踐，其他廠通常堆存不處理［3］。酸浸渣中也含有其他有價(jià)金屬，回收單質(zhì)硫不僅可提高資源利用率、減少對環(huán)境的污染，而且可使有價(jià)金屬得到富集，為下一步回收創(chuàng)造有利條件。從濕法冶金渣中回收硫主要有物理法和化學(xué)法［4-6］。物理法主要有熱過濾法、高壓傾析法、浮選法、真空蒸餾法等，但都對設(shè)備和物料有一定要求?；瘜W(xué)法主要有二甲苯法、硫化銨法、煤油法［7-10］等。其中，二甲苯法成本低廉，且不會(huì)造成貴金屬損失，但二甲苯法存在溶劑消耗量大、能耗較高的缺點(diǎn)。微波具有穿透性強(qiáng)、加熱效率高等特點(diǎn)，因此，研究了在二甲苯脫硫過程中借助微波的輔助作用減少試劑耗量，降低能耗，提高生產(chǎn)效率。

1 試驗(yàn)原理

二甲苯的溶硫能力較高，可以認(rèn)為是其環(huán)狀結(jié)構(gòu)與硫磺8原子結(jié)構(gòu)中的大π鍵之間具有較強(qiáng)的相互作用，分子間作用力較大的結(jié)果［11］。在用二甲苯回收元素硫時(shí)，其他單質(zhì)及化合物不易溶解在二甲苯中，尤其是貴金屬化合物，可得到較高純度、較高質(zhì)量硫磺，而有價(jià)金屬富集在渣中。硫在二甲苯中的溶解度隨溫度升高而增大，但通常的水浴加熱不均勻并且需要攪拌，而微波具有良好的穿透性，被加熱物質(zhì)內(nèi)部、外部幾乎同時(shí)加熱升溫，加熱均勻大大縮短熱傳導(dǎo)時(shí)間，加熱效率高［12］。試驗(yàn)借助微波加熱研究元素硫在二甲苯中的溶解度。

2 試驗(yàn)部分

2．1 試驗(yàn)原料及設(shè)備

試驗(yàn)原料為某濕法煉鋅廠的高硫渣，主要元素S質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為81%，其中S0質(zhì)量分?jǐn)?shù)約75%，Ag、Zn質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0．049%和3．89%。

試驗(yàn)所用設(shè)備有恒溫水浴加熱器、微波爐（額定功率800W）、精密控溫儀、真空泵、布氏漏斗及各種玻璃容器。

所用試劑有二甲苯，無水乙醇，均為分析純。

2．2 試驗(yàn)方法

取一定量研磨烘干后的濕法煉鋅渣加入到燒杯中，加入二甲苯有機(jī)溶劑，放入微波爐中加熱。反應(yīng)結(jié)束后，趁熱倒入布氏漏斗中進(jìn)行抽濾，濾液靜置冷卻1．5h后，分離單質(zhì)硫和有機(jī)物，用無水乙醇洗滌單質(zhì)硫，隨后烘干、稱重、送分析。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3．1 二甲苯脫硫正交試驗(yàn)

對液固體積質(zhì)量比、溫度、時(shí)間3個(gè)因素，選用L9（34）正交方案進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見表1。

表1 二甲苯脫硫正交試驗(yàn)結(jié)果

從表1可知：3個(gè)因素對二甲苯脫硫的影響順序?yàn)闇囟龋疽汗腆w積質(zhì)量比＞時(shí)間；在液固體積質(zhì)量比8∶1、95℃、加熱10min條件下，脫硫率為97．47%。為了證明二甲苯脫硫的控制性環(huán)節(jié)，在無攪拌、液固體積質(zhì)量比8∶1、85℃、加熱15min條件下進(jìn)行試驗(yàn)，脫硫率為52．52%，而在有攪拌、其他條件相同時(shí)，脫硫率為70．32%，增大了18%左右，說明攪拌可促進(jìn)二甲苯溶硫，也說明二甲苯脫硫反應(yīng)受擴(kuò)散控制。最優(yōu)條件下，單位時(shí)間單位能耗下的脫硫率為9．619×10-5g／（mL·℃·min）。

3．2 微波輔助二甲苯脫硫結(jié)果

微波輔助二甲苯脫硫試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 微波輔助二甲苯脫硫結(jié)果

從表2看出：3因素對微波輔助二甲苯脫硫的影響順序?yàn)榛鹆Γ緯r(shí)間＞液固體積質(zhì)量比，其中火力指微波加熱方式，火力高時(shí)為連續(xù)加熱，火力中、低時(shí)為非連續(xù)加熱；時(shí)間的影響大于液固體積質(zhì)量比的影響，因?yàn)闀r(shí)間越長，微波所達(dá)到的溫度越高；在液固體積質(zhì)量比6∶1、高火力、加熱時(shí)間10min條件下，脫硫率達(dá)98．12%，單位時(shí)間、單位能耗下的脫硫率為1．115×10-4g／（mL·℃·min）。微波輔助二甲苯脫硫，脫硫率較高，且不需攪拌，表明反應(yīng)不受擴(kuò)散控制。與表1相比，液固體積質(zhì)量比降低，生產(chǎn)成本降低。

4 結(jié)論

微波輔助二甲苯脫硫可大大減小液固體積質(zhì)量比，且無需攪拌，單位時(shí)間、單位能耗的脫硫率更高，生產(chǎn)成本更低，反應(yīng)不受擴(kuò)散控制。

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