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 冶金與化學工程學院，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廠有硫回收實踐，其他廠通常堆存不處理［3］。酸浸渣中也含有其他有價金屬，回收單質硫不僅可提高資源利用率、減少對環境的污染，而且可使有價金屬得到富集，為下一步回收創造有利條件。從濕法冶金渣中回收硫主要有物理法和化學法［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，但都對設備和物料有一定要求。化學法主要有二甲苯法、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。微波具有穿透性強、加熱效率高等特點，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，提高生產效率。

1 試驗原理

二甲苯的溶硫能力較高，可以認為是其環狀結構與硫磺8原子結構中的大π鍵之間具有較強的相互作用，分子間作用力較大的結果［11］。在用二甲苯回收元素硫時，其他單質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、較高質量硫磺，而有價金屬富集在渣中。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，被加熱物質內部、外部幾乎同時加熱升溫，加熱均勻大大縮短熱傳導時間，加熱效率高［12］。試驗借助微波加熱研究元素硫在二甲苯中的溶解度。

2 試驗部分

2．1 試驗原料及設備

試驗原料為某濕法煉鋅廠的高硫渣，主要元素S質量分數約為81%，其中S0質量分數約75%，Ag、Zn質量分數分別為0．049%和3．89%。

試驗所用設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，加入二甲苯有機溶劑，放入微波爐中加熱。反應結束后，趁熱倒入布氏漏斗中進行抽濾，濾液靜置冷卻1．5h后，分離單質硫和有機物，用無水乙醇洗滌單質硫，隨后烘干、稱重、送分析。

3 試驗結果與討論

3．1 二甲苯脫硫正交試驗

對液固體積質量比、溫度、時間3個因素，選用L9（34）正交方案進行試驗，結果見表1。

表1 二甲苯脫硫正交試驗結果

從表1可知：3個因素對二甲苯脫硫的影響順序為溫度＞液固體積質量比＞時間；在液固體積質量比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節，在無攪拌、液固體積質量比8∶1、85℃、加熱15min條件下進行試驗，脫硫率為52．52%，而在有攪拌、其他條件相同時，脫硫率為70．32%，增大了18%左右，說明攪拌可促進二甲苯溶硫，也說明二甲苯脫硫反應受擴散控制。最優條件下，單位時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果

微波輔助二甲苯脫硫試驗結果見表2。

表2 微波輔助二甲苯脫硫結果

從表2看出：3因素對微波輔助二甲苯脫硫的影響順序為火力＞時間＞液固體積質量比，其中火力指微波加熱方式，火力高時為連續加熱，火力中、低時為非連續加熱；時間的影響大于液固體積質量比的影響，因為時間越長，微波所達到的溫度越高；在液固體積質量比6∶1、高火力、加熱時間10min條件下，脫硫率達98．12%，單位時間、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，表明反應不受擴散控制。與表1相比，液固體積質量比降低，生產成本降低。

4 結論

微波輔助二甲苯脫硫可大大減小液固體積質量比，且無需攪拌，單位時間、單位能耗的脫硫率更高，生產成本更低，反應不受擴散控制。

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