硒氧化爐及其關鍵技術的控制

喻 鑫， 丁 慧，邵曉光，胡 燊

（中國瑞林工程技術有限公司，江西 南昌 330031）

硒氧化爐及其關鍵技術的控制

喻 鑫， 丁 慧，邵曉光，胡 燊

（中國瑞林工程技術有限公司，江西 南昌 330031）

硒氧化爐是機、電、儀一體化的自動化硒精煉生產設備，主要由爐本體、加熱器、吸收罐、支架等組成。該設備采用PLC自動控制，工藝上采用氧化揮發水吸收法，脫除粗硒中的大部分雜質，為進一步提純提供雜質較少的中間物料亞硒酸溶液。

硒；二氧化硒；硒氧化爐；溫度；供氧量

0 引言

硒是稀散金屬之一，無獨立礦床，主要伴生于銅礦、鉛鋅礦中。工業提取硒的主要原料（90%）是銅電解精煉所產生的陽極泥,其余來自鉛、鈷、鎳精煉產出的焙砂以及硫酸生產的殘泥等。

近年來，硒產量增長較為緩慢，年生產供應量有限。而硒的用途非常廣泛，可應用于冶金、玻璃、顏料、陶瓷、電子、太陽能、農業、生物、醫藥保健食品等眾多領域。隨著世界經濟的發展和新的應用領域的出現，硒的下游需求不斷增長，在一定程度上導致硒的價格不斷上漲。因此，硒氧化爐作為精硒生產工藝的核心設備，其優化設計具有重要意義。

1 氧化吸收工藝

本文所介紹的硒氧化爐采用氧化揮發水吸收法，脫除粗硒中的大部分雜質，為進一步提純提供雜質較少的中間物料亞硒酸溶液。

1.1 原料要求

硒精煉所需的粗硒原料呈黑色粉末或小片塊，不得有外來夾雜物。粗硒需用熱水洗滌至pH＞6，盡量洗去其中夾帶的游離酸，然后在90℃溫度下干燥24小時，待 H2O＜2%，方可進入硒氧化爐。粗硒原料的成分要求見表1。

表1 粗硒原料成分

1.2 工藝流程

粗硒氧化爐工藝流程主要由粗硒熔化揮發、硒氧化和二氧化硒純水吸收三個過程組成，見圖1。

圖1 設備工藝流程圖

1.3 工作原理

Se的熔點為217℃，在550～570℃的溫度條件下，粗硒中Se能迅速揮發，而粗硒中的高沸點雜質（Cu、SiO2、Fe、Ag、Sb、Pb等）則在該溫度下不揮發，殘留在氧化渣中，低沸點雜質（S、As、Hg等）則隨同SeO2一起揮發，但其不溶解于水或隨尾氣排出或進入水溶渣中，從而達到分離去除的目的。熔化揮發的氣態硒與氧氣產生氣相氧化反應，生產SeO2氣體，氣態SeO2很容易被水吸收，生成亞硒酸溶液。其化學反應如下：

2 設備技術說明

硒氧化爐是機、電、儀一體化的自動化生產設備，主要功能是將原料粗硒氧化成二氧化硒，經過純水吸收，得到產品亞硒酸溶液。硒氧化爐三維模型見圖2。

2.1 設計參數 （以150 kg/小時粗硒氧化爐為例）

圖2 硒氧化爐三維模型

設計能力：150 kg/小時；操作要求：采用PLC控制，熔化、氧化和吸收過程自動進行；設備工藝：氧化吸收工藝；加熱方式：電爐加熱；吸收罐規格 （多級吸收）： 一級吸收罐：Φ1000×850， 二級和三級吸收罐：Φ800×850；熔化溫度：300～350℃；氧化溫度：500～600℃；吸收罐內溫度：60～80℃；外殼溫升：≤50℃；產品參數：二氧化硒濃度為60～120g/L。

2.2 設備操作描述

將合格的粗硒原料從爐子熔化室上部的加料口加入，關閉爐蓋，對粗硒進行加熱。待溫度達到溶化溫度，保持一定時間，粗硒熔化后即可停止供電。接著，打開熔化室下部料口，物料流入一段氧化室內料舟中，一、二段氧化室同時加熱，當室內溫度升至設定值時，開始計時供氧。當溫度小于設定值時，小流量供氧，當爐體溫度大于設定值時逐步增加供氧量。供氧速度要與硒氧化揮發的速度相適應，要求供氧壓力穩定。氧化罐內揮發的硒氧化后生成氣態的二氧化硒，啟動真空泵，在負壓控制狀態下，二氧化硒進入去離子水吸收罐，二氧化硒與水反應生成亞硒酸溶液。

2.3 設備結構說明

硒氧化爐主要由爐本體、加熱器、多級吸收罐及支架等構成，可單臺或多臺硒氧化爐配置一套控制系統，用來控制爐內的溫度、壓力、供氧量及溶液介質等參數值。硒氧化爐結構示意圖見圖3。

（1）爐本體由熔化室、一段氧化室、二段氧化室等組成，爐體安裝后需測試氣密性、真空度為－23KPa下4小時不得損失10%。

（2）加熱器分為溶化室加熱器、一段氧化室加熱器、二段氧化室加熱器，加熱器由殼體、保溫磚、電熱體孔磚、電熱元件等組成。

圖3 硒氧化爐結構示意圖

（3）吸收罐為多級吸收，級數由處理能力決定。吸收罐設置有液位計、pH儀、電導率儀等檢測元件，用來檢驗罐內介質各項參數值。末級吸收罐后裝有真空泵，給整套設備產生一定負壓。

（4）支架為整臺硒氧化爐的承載體，型鋼框架結構。

（5）控制系統由PLC控制柜和機旁控制箱組成，能實現自動、手動和上位機遠程控制。

2.4 設備技術優點

國內現有多家冶煉廠采用該結構硒氧化爐來提純粗硒，如金川銀硒生產線精煉工藝、大冶稀貴金屬廠二氧化硒生產線等。該結構硒氧化爐具備以下優點：①工藝技術相對簡單，需要參與的化學反應較少，硒直收率高；②結構簡單、成本低、投資小、制造、檢修方便；③設備采用PLC自動控制，自動化程度高、操作方便、勞動強度低、生產效率高。

3 影響因素

3.1 溫度控制

一段氧化區爐體溫度，是影響硒與雜質分離的重要因素。當溫度低于450℃時，硒氧化不完全，渣殘硒升高，而且部分未氧化的粗硒細粉末將隨二氧化硒氣流夾帶進入吸收罐，造成損失；當溫度高于580℃時，粗硒中雜質揮發量上升，二氧化硒氣流將夾帶粗硒中揮發出的雜質進入吸收罐，惡化吸收產物亞硒酸溶液的質量，同時還將加劇對爐體的氧化腐蝕。

當爐體溫度升至450℃時，開始計時供氧。供氧后爐溫略有下降，當爐溫升至大于450℃后，逐步增加供氧量，當爐溫升至550～580℃時，供給大流量氧。供氧計時溫控是影響氧化吸收效果的關鍵因素，要求精心操作。

3.2 供氧控制

設備供氧目的：①提供足夠量的氧化劑，供其與硒反應生成二氧化硒；②能在負壓狀態下，將已生成的二氧化硒運載至吸收罐。在一定的溫度條件下，供氧流量和氧化爐的生產能力成正比，供氧源壓力需穩定，給氧流速均勻。供氧時間不足，氧化不完全，渣殘硒高；供氧時間過長，耗氧增加，作業時間延長，屬無效增耗。

3.3 負壓控制

負壓控制是確保二氧化硒吸收工藝正常進行的重要條件之一。負壓偏小，將影響生產能力，二氧化硒外漏散失；負壓偏大，將導致室內的不潔空氣進入，惡化亞硒酸質量。因此，要求重視實現爐體密封操作，提高爐體密封性能，減少漏氣量。

3.4 吸收

吸收二氧化硒應采用合格的離子交換產出的純水，其電阻率應大于30萬歐姆（厘米）。每兩爐抽換一次吸收產物亞硒酸溶液。每抽一批料的吸收液后，吸收罐應采用純水清洗潔凈，再裝入新純水供下批料使用。因此，提供適宜的純水量和質量達標的純水，是確保產品質量和硒回收率在吸收工序重要的環節。

4 結束語

機械設備中的每一個結構形式都是在不斷完善、不斷改進中逐步發展起來的。硒氧化爐作為當今主流的硒精煉生產設備，其研究和發展具有重要的意義。本文對硒氧化爐工藝、結構及影響因素等多方面進行了較為全面的分析。今后，在這些方面我們還將繼續深入，進一步進行結構優化，提高設備性能，降低制造成本，延長設備使用壽命以適應現代冶煉設備的要求。

[1]孫倬.重有色金屬冶煉設計手冊—錫銻汞貴金屬卷[M].北京：冶金工業出版社，1995.

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[3]侯瓊英，陳志友.延長二氧化硒氧化爐內膽使用壽命的措施[J].有色設備，2010，6.

[4]高遠，吳昊，王繼民.高純硒的制備方法[J].稀有金屬，2009，2.

Se Oxidizing Furnace and Its Key Technology Control

YU Xin，DING Hui，SHAO Xiao-Guang，HU Shen
（China Nerin Engineering Co.,Ltd.,Nanchang Jiangxi 330031,China）

Se oxidizing furnace is the automatic Se refining production equipment integrating mechanics,electrics and instrument,mainly consisting of furnace,heater,tourill and support.The equipment adopts PLC automatic control,and method for water absorption via oxidation volatilization is adopted in the terms of technology,removing a great amount of impurities in crude Se,for the sake of further purification and providing intermediate material Selenious acid solution with less impurities

Se；SeO2；oxidizing furnace；temperature；oxygen flow rate

TH－39

：Adoi:10.3969/j.issn.1002－6673.2014.03.062

1002－6673（2014）03－163－03

2014－04－21

喻鑫（1986-），江西南昌人，男，機械設計助理工程師，本科學歷，畢業于華北水利水電大學機械設計制造及其自動化專業。研究方向：機械研發設計。