硫化渣烘干工藝對比研究

孫海明 孫福海 孫立民

(1.山東恒邦冶煉股份有限公司， 山東 煙臺 265406； 2.煙臺市牟平區(qū)水道鎮(zhèn)人民政府, 山東 煙臺 264109； 3.牟平恒邦化工產(chǎn)業(yè)園管理服務(wù)中心， 山東 煙臺 265406)

0 前言

有色金屬冶煉煙氣制酸過程中會產(chǎn)生大量的污酸，這些污酸排放至污水處理車間進行處理。由于污酸中含有砷、銅、鉛等重金屬污染物，一般會采用硫化法進行預(yù)處理，使重金屬污染物變成硫化物，被收集下來的顆粒物也就是俗稱的“硫化渣”。硫化渣因含有大量砷和其他重金屬元素，如果不能妥善處理，有害元素會重新釋放到環(huán)境中，對環(huán)境造成危害，因此選擇一種妥善的處理方式尤為重要[1]。

1 硫化渣的性質(zhì)

硫化渣外觀呈黃色粉末顆粒狀，顆粒細度非常細小，通常平均粒徑為3.43 μm，80%的顆粒都在10 μm以下，而且硫化渣多以無定型態(tài)和多晶聚合體的形式出現(xiàn)，常凝聚成團[2]。因此，硫化渣的水分在壓濾過程中很難壓出，導致硫化渣含水率高，一般在75%左右。

以污水處理車間產(chǎn)生的硫化渣為例，進行化學元素分析，結(jié)果見表1。由表1可知，硫化渣中大部分元素是砷和硫，其中砷含量達到了47.67%，硫含量達到了32.4%。

表1 硫化渣化學元素分析

對硫化渣進行物相分析，結(jié)果見表2。由表2可知，三價砷占比39.26%，其余為五價砷，占比8.41%，砷硫化物中的砷達到了40.7%，其他為少量的砷氧化物和砷酸鹽。

表2 硫化渣物相分析

2 硫化渣處理現(xiàn)狀

目前硫化渣的處理方法主要有三種，分別是固化法[3]、住友法和火法。固化法目前應(yīng)用較少;住友法為濕法工藝，可生產(chǎn)精三氧化二砷，但工藝復(fù)雜投資較大[4];有的冶煉企業(yè)目前采用火法焙燒工藝，以沸騰爐協(xié)同處理硫化渣。將硫化渣與硫精礦漿化后，通過軟管泵泵送至沸騰爐進行焙燒，硫化渣在沸騰爐內(nèi)氧化分解生成三氧化二砷和二氧化硫，三氧化二砷經(jīng)收砷系統(tǒng)收集，二氧化硫隨煙氣進入制酸系統(tǒng)[5]。該工藝可實現(xiàn)硫化渣的利用，但需要消耗大量的硫精礦，且處理量受精礦硫品位影響較大，無法大規(guī)模處理，產(chǎn)生的礦渣后續(xù)處理成本較高?？傊?，上述三種工藝都無法實現(xiàn)硫化渣的低成本大規(guī)模處理。

要實現(xiàn)硫化渣的大規(guī)模處理，首先要對硫化渣進行烘干脫水，烘干后的硫化渣由于體積大幅縮小，不僅有利于后續(xù)處理，而且儲存、運輸?shù)瘸杀疽泊蠓档?。因此，烘干工藝的選擇是實現(xiàn)硫化渣大規(guī)模處理的核心要素。

3 烘干工藝方法及原理

目前可以運用的物料烘干技術(shù)主要有熱風烘干、微波烘干和蒸汽烘干等。烘干方式的選擇要根據(jù)物料的性質(zhì)、物料量以及熱源等來決定。由于目前硫化渣烘干工業(yè)應(yīng)用較少，本文對這三種烘干方式進行了研究，重點考察這三種烘干工藝的特點、烘干過程出現(xiàn)的問題、單位能耗等方面，以選擇適合硫化渣的烘干方式。

3.1 熱風烘干

熱風烘干一般采用回轉(zhuǎn)式烘干機?；剞D(zhuǎn)式烘干機是傳統(tǒng)的烘干設(shè)備，廣泛應(yīng)用于礦粉、電石渣及水泥等的烘干[6]，一般采用內(nèi)熱式，熱源為熱風爐，燃料一般采用粉煤、天然氣和電力?；剞D(zhuǎn)式烘干機流程如圖1所示。

1-熱風裝置； 2-加料裝置； 3-托輪裝置； 4-烘干機殼體； 5-傳動裝置； 6-擋托輪裝置； 7-出料裝置； 8-旋風除塵； 9-風機圖1 回轉(zhuǎn)烘干機流程示意圖

由圖1可以看出，該工藝過程為：物料經(jīng)加料裝置進入回轉(zhuǎn)烘干系統(tǒng)，熱風裝置產(chǎn)生的高溫煙氣自烘干機尾部進入，與烘干機中的物料接觸，物料隨烘干機轉(zhuǎn)動，運動到頭部后排出，煙氣經(jīng)除塵等環(huán)保系統(tǒng)處理后外排。

回轉(zhuǎn)式烘干機處理易揮發(fā)物料，具有如下特點：

1)硫化渣物料的特殊性質(zhì)限制。硫化渣在300 ℃以上會發(fā)生分解，而回轉(zhuǎn)式烘干機采用500～700 ℃的高溫熱風與物料直接接觸，使水分蒸發(fā)，因此部分硫化渣會在烘干過程中受熱分解，導致物料損失。另外硫化渣顆粒較細，烘干機在轉(zhuǎn)動過程中會出現(xiàn)物料揚塵。這些都會給后續(xù)環(huán)保工段帶來壓力。

2)回轉(zhuǎn)式烘干機的烘干熱效率較低，最高只能達到55%，導致能耗升高，處理成本加大。這也使得單臺設(shè)備的處理能力受限，當物料處理量大時，需要多臺設(shè)備同時工作，導致投資較大。

3.2 微波烘干

微波烘干是利用微波發(fā)生器產(chǎn)生微波能烘干物料的方式。當微波能作用于物料時，物料內(nèi)部分子被極化，極化越快，分子的熱運動和相鄰分子間的摩擦作用也越劇烈，從而實現(xiàn)電磁能向熱能的轉(zhuǎn)換。即微波烘干通過加劇物體分子熱運動來實現(xiàn)烘干，是一種由內(nèi)向外的烘干方式。只有極性分子才具有微波強吸收能力，所以微波烘干是選擇性烘干。硫化渣含有大量水分，水分子具有很強的吸波能力，但是硫化物是否有吸波能力還未可知，如果有吸波能力，則會被加熱分解。

微波烘干硫化渣工藝分為布料、加熱、卸料、排氣等幾個工序。首先將硫化渣連續(xù)攤鋪在傳送帶上，通過調(diào)整擋板高度，控制物料層的厚度，并將結(jié)塊打碎。然后利用傳送帶將物料輸送至加熱區(qū)，通過微波輻射段進行加熱。物料運送到尾部后自然冷卻并通過卸料斗收集。物料加熱所產(chǎn)生的水汽通過風機抽走排放。微波烘干設(shè)備如圖2所示。

微波烘干硫化渣，具有如下特點：

1)水分揮發(fā)速度快，選擇性強。根據(jù)微波的選擇性加熱特性，含水率高的部位微波吸收最多，而吸收微波的部位才能加熱[7]，因此水分揮發(fā)速度快。

2)靜態(tài)揮發(fā)，減少物料的損失。由于微波采用帶式輸送，物料相對靜止，減少了水分揮發(fā)過程中產(chǎn)生的揚塵，減輕了后續(xù)環(huán)保工段的壓力。

3)能耗轉(zhuǎn)化率較低，只有50%左右，運行成本較高，更適合烘干附加值較高的產(chǎn)品[8]，大規(guī)模應(yīng)用能耗將大幅提高。

3.3 蒸汽烘干

蒸汽烘干多采用污泥干燥機，即空心槳葉干燥機。干燥機空心軸上密實布置楔形空心漿葉，熱介質(zhì)流經(jīng)空心軸。熱介質(zhì)溫度范圍為-40～320 ℃，可以是蒸氣、液體或高溫煙氣[9]。蒸汽空心槳葉干燥機采用間接傳導加熱，避免空氣帶走熱量，熱量大部分用來加熱物料。熱量損失只是通過機體保溫層散發(fā)到環(huán)境中的部分熱量。殼體有密封的端蓋和上蓋，可防止物料粉塵泄漏?？招臉~干燥機結(jié)構(gòu)如圖3所示。

1-殼體； 2-空心軸及槳葉； 3-電機； 4-傳動裝置； 5-人孔； 6-密封； 7-風機； 8-蒸汽管圖3 空心槳葉干燥機示意圖

蒸汽空心槳葉干燥機特點：

1)能耗相對較低。由于采用間接加熱方式，避免了熱風干燥方式中煙氣帶走大量熱量的缺點，干燥機外殼采用復(fù)合保溫材料保溫，污泥干燥機在單位有效容積內(nèi)傳熱面積大，縮短了處理時間，因此能耗低。

2)由于間接加熱，熱空氣只帶走污泥內(nèi)部蒸發(fā)的水分，幾乎不攜帶灰塵。且設(shè)備內(nèi)漏風率低，尾氣粉塵少，有效降低尾氣處理的成本。

3)蒸汽溫度相對固定，易于控制，避免了硫化渣分解。

4 烘干工藝比較

4.1 烘干工藝優(yōu)缺點比較

熱風烘干、微波烘干和蒸汽烘干三種烘干工藝的優(yōu)缺點比較見表3。

表3 烘干工藝主要優(yōu)缺點比較

4.2 經(jīng)濟技術(shù)指標對比

熱風烘干、微波烘干和蒸汽烘干三種烘干工藝經(jīng)濟技術(shù)指標對比見表4。

表4 烘干工藝經(jīng)濟技術(shù)指標對比

由表4可以看出，蒸汽烘干工藝的能耗成本最低，但要有穩(wěn)定的蒸汽供應(yīng)。而對于冶煉企業(yè)來說，冶煉生產(chǎn)過程中一般都會副產(chǎn)大量蒸汽，蒸汽自產(chǎn)自用更具有成本優(yōu)勢。

5 結(jié)論

通過對比三種烘干工藝可知，蒸汽烘干有著自動化程度高、運行環(huán)境好、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點，而且采用蒸汽烘干硫化渣，溫度易于控制，解決了常規(guī)烘干方法局部溫度過高導致物料分解的問題，如果有穩(wěn)定的蒸汽來源，蒸汽烘干是硫化渣烘干規(guī)模化應(yīng)用的首選工藝。