《一種處理氯浸渣的方法》是金川集團有限公司於2007年12月25日申請的專利，該專利公布號為CN101195855，專利公布日為2008年6月11日，發明人是劉玉強、常全忠、何春文、魏建周、孫勝利、馮剛。
《一種處理氯浸渣的方法》涉及一種鎳電解除銅渣經氯氣浸出後產生的物料焙燒處理方法。其特徵在於其處理過程是將氯浸渣加入到預熱至245－280℃的迴轉窯中，靠氯浸渣硫的燃燒放熱將迴轉窯加熱至650－700℃，再連續加入綠浸渣進行自熱焙燒反應，得到SO2氣體和脫除單質硫含貴金屬煅燒渣。該發明的方法，通過將氯浸渣脫水，使含水量降低到2％以下，然後粉碎，製成粉體狀物質；空氣經過電爐後，然後送入迴轉窯將其加熱；再將氯浸渣送入迴轉窯，氯浸渣在迴轉窯內燃燒，產生二氧化硫氣體，氣體經過除塵後送硫酸生產系統；焙燒後的氯浸渣經接料斗回收，用來生產貴金屬生產鎳、銅、硫及貴金屬等。
2017年12月，《一種處理氯浸渣的方法》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
基本介紹
- 中文名：一種處理氯浸渣的方法
- 公布號：CN101195855
- 公布日：2008年6月11日
- 申請號 ：2007103038138
- 申請日 ：2007年12月25日
- 申請人 ：金川集團有限公司
- 地址 ：甘肅省金昌市金川路98號
- 發明人 ：劉玉強、常全忠、何春文、魏建周、孫勝利、馮剛
- Int. Cl. ：C22B1/02(2006.01)
- 專利代理機構 ：中國有色金屬工業專利中心
- 代理人 ：李迎春
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,實施內容,實施案例,榮譽表彰,
專利背景
氯浸渣是鎳電解除銅渣經氯氣浸出後產生的物料，主要含鎳、銅、硫及貴金屬等，其中硫含量（質量百分比）約在70～90％，貴金屬含量達100～200克/噸。由於氯浸渣化學成分和物相複雜，處理困難，多年來雖進行過各種處理方法的研究，但還沒有找到有效的途徑來處理此料。下面是其多元素分析結果（該渣是鎳生產過程中產生的物料，由於氯浸度範圍為80％～95％，化學組成變化較大）。
氯浸渣化學成份：Ni 5.84％、Cu 3.0％、Fe 0.3％、Co 0.22％、S 71.77％、Pb 0.089％、Zn ≤ 0.01％、As 0.021％、Ag 46克/噸、Pt 17.82克/噸、Pd 27.33克/噸、Au 33.59克/噸、水份 10.42％。
截止2007年之前，中國對於氯浸渣的處理進行了多方面的實驗和研究，回收氯浸渣中元素硫和貴金屬方法有多種，主要有熱濾法、浮選法，真空蒸餾法、高壓浸出法、化學溶劑法以及高溫焙燒法等方法，但這些工藝普遍存在較大弊端，投入工業化實用的不多。
下面是這些方法的基本特點：
熱過濾：將氯浸渣用蒸汽加熱到150～170℃，渣中的單質硫全部融化，變成液體硫磺，液體中的各種鹽類物質及其它雜質逐步沉降，然後用篩網過濾，實現單質硫和其它物質的分離。該法只能起到硫的初步富集作用。熱濾法硫回收率低，由於融硫粘度較大，設備腐蝕較嚴重，過濾困難，分離效果不佳，現場環境較差，只能除去其中部分單質硫，處理完的物料中單質硫含量大於40％。
浮選法：利用物質的撲捉能力的不同來分離物質的方法。該法也能起到硫的富集作用。主要是根據元素硫疏水性強，可浮性好的特點，分離產出硫磺精礦，但設備腐蝕嚴重，對於氯浸渣來說，選擇浮選劑比較困難。
溶劑法：利用物質的溶解性的不同來分離物質的方法。該法脫硫效率相對較高，但溶劑不易選擇，並且試劑比較昂貴、易揮發、毒性較大等原因限制了它的使用，同時也會造成硫的二次污染、廢水處理困難，容易造成有價金屬的二次流失等問題。
真空蒸餾法：利用物質的沸點不同分離物質的方法。該法回收的硫品質好，貴金屬損失小，但只能採用間歇法操作，勞動強度大，系統密封性差，容易發生火災、設備腐蝕比較嚴重，運行成本較高，只能脫除其中的單質硫。
加壓浸出法：加壓浸出是濕法冶煉的一種。該法設備投資較高，必須有完備的控制系統，工業性實驗難度較大。就2007年之前掌握的情況來看，進行研究試驗的部門較多，投入工業化生產的少，即使勉強投入生產，系統也不穩定。對於貴金屬（密度大，堵塞管道，產生的硫化氫氣體很容易造成人員中毒）含量較高的物質不適用。
焙燒：在適宜的氣氛中將礦石或精礦加熱到一定的溫度，而不熔融的冶金過程，使礦石或精礦的組成發生物理化學變化，以符合下一步冶金處理的工藝要求，提高下一步冶金處理的技術經濟指標。該法脫硫效率高，SO2可以用來制酸，但存在設備腐蝕問題和貴金屬損失大等問題，同時還要消耗大量的燃料（重油、煤、天然氣、煤氣等）。
這些工藝普遍存在的問題是，生產成本高，硫的脫除率不穩定，貴金屬回收率低，生產不連續，大部分處於試驗階段，投入工業化生產的不多。
發明內容
專利目的
《一種處理氯浸渣的方法》的目是為了克服2007年之前已有技術的不足，提供生產成本高、硫的脫除率穩定、貴金屬回收率高能利用硫自身燃燒的熱量處理氯浸渣的方法。
技術方案
《一種處理氯浸渣的方法》其特徵在於其處理過程是將氯浸渣加入到預熱至245-280℃的迴轉窯中，靠氯浸渣中硫的燃燒放熱將迴轉窯加熱至650-700℃，再連續加入氯浸渣進行自熱焙燒反應，得到SO2氣體和脫除單質硫含貴金屬煅燒渣。該發明的一種處理氯浸渣的方法，其特徵在於所述的加入迴轉窯中的氯浸渣是經過乾燥的，含水重量小於2％；所述的加入迴轉窯中的氯浸渣是經過粉碎的，其粒度小於0.074毫米。
該發明的方法，將氯浸渣篩分送入料倉，通過螺旋輸送機送入斗式提升機，斗式提升機將物料送到料斗，有計量加螺旋輸送機送入加料螺旋輸送機進入迴轉窯中，當迴轉窯中的溫度達到280℃後，氯浸渣可被空氣點燃，在迴轉窯內發生氧化反應脫硫，生二氧化硫氣體，氣體經旋風除塵器和湍沖洗滌塔，然後經風機進入制酸系統。焙燒渣經鏈式輸送機冷卻後，經斗式提升機送往焙渣倉中外運；氯浸渣在迴轉窯內的連續燃燒，控制溫度應溫度維持在600℃左右。一方面，迴轉窯內襯的材料選擇性較寬；另一方面，熱平衡容易維持，系統生產穩定，其它鹽類不容易分解。
該發明的方法，基於的原理和實驗如下：
1、自熱脫硫原理
氯浸渣中的硫主要以單質的形態存在，其它主要以硫化物和硫酸鹽的形式存在。硫是一種淺黃色的非金屬元素，原子序數16，原子量32.064，熔點（正交晶，112.8℃；單結晶119.0℃），沸點444.6℃，比重（正交晶）2.07，（單結晶）1.957，自然點248～261℃，熱值較高。這就為迴轉窯焙燒奠定了基礎。也就是說，在正常生產過程中，系統的熱能由單質燃燒來提供，不需要外加的熱量。具體化學反應如下：
S+O2-SO2（主反應）
2SO2+O2-2SO3（副反應）
2NiS+3O2-2NiO+2SO2（副反應）
2Ni3S2+7O2-6NiO+4SO2（副反應）
2CuS+3O2-2CuO+2SO2（副反應）
2Cu2S+3O2-2Cu2O+2SO2（副反應）
2、小試驗情況
（1）渣含水率測試
氯浸渣堆放時間較長，含水量差別較大，從多次測定的數據來看，最高達到13.83％（現場採樣），最低為3.58％，平均含水率為7.9％。
（2）密度測試
三次測定的氯浸渣堆積密度分別為2.526、2.518和2.508，平均2.517克/立方厘米。
（3）粒徑分布
從0.375微米到2000微米的粒徑分布情況分析，含量最高的粒度區域分布在43.67-47.94微米內，最高含量達3.39％；11.83微米到234.1微米的物料占90％以上。
（4）氯浸渣的燃點
在三個不同的環境，測定氯浸渣的燃點，分別為245℃、251℃、和260℃。
（5）利用坩堝進行不同溫度下脫硫試驗，詳細數據見表1。
編號 | 溫度（℃） | 物料重量（克） | 脫硫後重量（克） | 重量損失（％） | 脫硫後的硫含量（％） | 脫硫率％ |
1# | / | / | / | / | 71.07（原樣） | / |
2# | 514.8 | 202.5 | 52.5 | 74.07 | 29.18 | 89.36 |
4# | 601.9 | 202.5 | 52.5 | 74.07 | 27.73 | 89.88 |
5# | 660 | 202.5 | 38.4 | 81.04 | 15.89 | 95.76 |
6# | 503.6 | 202.5 | 50.1 | 75.26 | 21.96 | 92.36 |
3# | 700 | 81.0967 | 15.517 | 80.87 | 13.72 | 96.31 |
焙燒溫度與脫硫率的關係見圖1。
（6）結果討論，通過試驗，渣中的單質硫在250℃左右時開始燃燒，而且在650～700℃時，脫硫效果最好，基本達到＞95％，最高達96.31％。渣率為18.96％。
3、現場試驗情況
試驗一
（1）啟動除塵系統和鹼洗系統的所有設備，調解好溫度和壓力。
（2）將氯浸渣乾燥，使其水含量降低到2％以下。
（3）用粉碎機將乾燥後的氯浸渣製成200目的粉狀物質。
（4）開啟迴轉窯內的電爐，先對迴轉窯2進行預熱。
（5）將粉狀的氯浸渣加入加料斗3。
（6）當迴轉窯2溫度達到260℃，啟動迴轉窯6。
（7）開啟螺旋輸送機1，打開加料斗3下面的閥門，觀察系統的溫度變化情況。
（9）當迴轉窯2溫度達到280℃以上時，單質硫已經開始燃燒。注意加料的速度，
每秒鐘不能大於0.5千克。
（10）迴轉窯2尾氣經過出料罐5、1段冷卻器7、2段冷卻器8、收塵罐9、鹼吸收罐、11、緩衝罐12、水環真空泵13後排空（氣體循環使用）。
（11）迴轉窯2中物料開始燃燒後，不再需要外部供熱，關閉迴轉窯內的電爐，系統自己維持熱平衡。
（12）硫蒸汽冷卻後變成液體，並進入液體硫磺貯罐。
（13）脫硫後的物料首先進入出料罐5，然後進入下料罐6，進一步分析。在該試驗裝置試驗中，由於石英管熱導率低，窯內溫度只能加熱到187℃（窯內溫度加＞280℃），因此，渣中的硫沒有燃燒，只有硫蒸氣產生，而且量小，沒法回收。
試驗二
（1）啟動除塵系統和鹼洗系統的所有設備，調解好溫度和壓力。
（2）將氯浸渣乾燥，使其水含量降低到2％以下。
（3）用粉碎機將乾燥後的氯浸渣製成200目的粉狀物質。
（4）開啟風機1，空氣送入電爐2。
（5）給電爐2送電，加熱空氣，然後進入迴轉窯6，先對迴轉窯6進行預熱。
（6）將粉狀的氯浸渣加入加料斗4。
（7）當迴轉窯6溫度達到260℃，啟動迴轉窯6。
（8）開啟螺旋輸送機3，打開加料斗4下面的閥門，觀察系統的溫度變化情況。
（9）當迴轉窯6溫度達到280℃以上時，單質硫已經開始燃燒。注意加料的速度，每秒鐘不能大於0.5千克。
（10）迴轉窯6尾氣經過旋風除塵器9、淨化系統，然後從水環真空泵13後排空。
（11）迴轉窯6中物料開始燃燒後，不再需要外部供熱，關閉電爐2，系統自己維持熱平衡。
（12）脫硫後的物料首先進入出料罐7，然後進入接料罐8，進一步分析。
實驗過程：
①加熱時間，通過200kw電爐加熱空氣，將空氣由28℃加熱到240℃的時間為1小時15分鐘。
②焙燒過程，迴轉窯爐膛溫度達到280℃時，開始加料，物料中的硫開始自然，溫度迅速上升，停止加熱，利用冷空氣的進風量和加料速度控制焙燒溫度在650±20℃進行連續焙燒。
③試驗結果，脫硫前，氯浸渣中的硫含量為67.61％，脫硫後物料中的硫含量為22.73％。氯浸渣的總重量為111.5千克，系統損失1.5千克，脫硫後的物料總量為23千克。煙氣中SO2濃度為10.14％。氯浸渣脫硫前後的全分析對比見表2。
名稱 | Ni（％） | Cu（％） | Fe（％） | CaO（％） | MgO（％） | SiO2（％） | Co（％） | Zn（％） |
脫硫前 | 3.89 | 2.17 | 0.53 | 0.62 | 0.23 | 2.52 | 0.19 | 0.0083 |
脫硫後 | 14.12 | 7.34 | 1.75 | 1.09 | 0.47 | 8.14 | 0.53 | 0.0083 |
名稱 | Au（克/噸） | Pd（克/噸） | Pt（克/噸） | Rh（克/噸） | Ir（克/噸） | Ag（克/噸） | S（％） | As（％） |
脫硫前 | 21.8 | 28.2 | 20.8 | 未檢出 | 未檢出 | 75.33 | 67.61 | 0.016 |
脫硫後 | 85.5 | 75.3 | 58.0 | 3.67 | 未檢出 | 182.50 | 30.79 | 0.014 |
④結果討論
a、利用電爐加熱空氣進行升溫，具有設備簡單、升溫迅速，環境乾淨，不污染焙燒渣和氣體，便於焙燒渣的處理及氣體淨化。
b、脫硫率和渣率
沒有脫硫前氯浸渣中硫含量：（111.5-1.5）×93.64％×67.61％＝69.64（千克）
脫硫後氯浸渣中硫含量：23×30.79％＝7.08（千克）
脫硫效率：（69.64-7.08）×100％/69.64＝89.83％
渣率：23×100％/（111.5-1.5）×93.64％＝22.33％
小試脫硫率較低，原因是由於試驗裝置的迴轉窯長度較短，只有1.2米，因此硫沒有得到充分燃燒。
c、風量與SO2濃度的關係。風量與SO2濃度的關係見表5。
風量（立方米/小時） | 120 | 140 | 160 | 180 | 200 |
二氧化硫濃度（％） | 9.8 | 10.5 | 10.3 | 10.8 | 9.3 |
d、物料粘結情況：從試驗過程看到，物料流動狀態比較好，在迴轉窯的內壁上也沒有物料粘結現象。
改善效果
從試驗過程、試驗數據和脫硫後氯浸渣的物理特性來看，通過加熱迴轉窯達到硫的自燃溫度後可利用硫的自燃進行氯浸渣焙燒脫硫、脫硫效率高，物料在窯內不易粘結。
《一種處理氯浸渣的方法》利用簡潔、節能、環保的方法處理氯浸渣，回收貴金屬和有價元素，減少渣的排放的方法。
該發明的方法是利用電爐加熱迴轉窯，主要利用單質硫易燃燒、燃點低的特點，氯浸渣燃燒後電爐立即停電，不至於造成迴轉窯溫度過高，而減少迴轉窯的使用壽命。
該發明的方法是採用迷宮密封和橡膠密封的方式。並選AIG陶瓷纖維盤根做填料，其耐溫高達1260℃，能夠滿足生產工藝要求，並在外面加一道機械密封（橡膠密封），同時迴轉窯的進口和出口均在負壓狀態下運行，解決了迴轉窯密封性能不好的問題。
該發明的方法是利用已有的硫酸生產系統生產工業硫酸，兼顧了安全、節能、環保和清潔生產，克服了其它方法的缺點，有效解決了迴轉窯產生的污染、且生產成本低，渣回收率高。
附圖說明
圖1焙燒溫度與脫硫率的關係圖。
圖1
技術領域
《一種處理氯浸渣的方法》涉及一種鎳電解除銅渣經氯氣浸出後產生的物料焙燒處理方法。
權利要求
《一種處理氯浸渣的方法》其特徵在於其處理過程是將氯浸渣加入到預熱至245-280℃的迴轉窯中，靠氯浸渣中硫的燃燒放熱將迴轉窯加熱至650-700℃，再連續加入氯浸渣進行自熱焙燒反應，得到SO2氣體和脫除單質硫含貴金屬煅燒渣。
上述的一種處理氯浸渣的方法，其特徵在於所述的加入迴轉窯中氯浸渣是經過乾燥的，含水重量小於2％。
上述的一種處理氯浸渣的方法，其特徵在於所述的加入迴轉窯中氯浸渣是經過粉碎的，其粒度小於0.074毫米。
實施方式
實施內容
《一種處理氯浸渣的方法》其處理過程是將氯浸渣加入預熱到245-280℃的迴轉窯中，靠氯浸渣中硫的燃燒放熱將迴轉窯加熱至650-700℃，再連續加入氯浸渣進行自熱焙燒反應，得到SO2氣體和脫除單質硫含貴金屬煅燒渣；所述氯浸渣是經過乾燥的，含水重量小於2％，氯浸渣是經過粉碎的，其粒度小於0.074毫米。
用以下非限定性實施例子對該發明的工藝作進一步的說明，以有助於理解該發明及其優點，而不作為對該發明保護範圍的限定，該發明的保護範圍由權利要求書決定。
實施案例
- 實施案例1
開啟鼓風機，將空氣送入電爐，然後進入迴轉窯；給電爐供電，將迴轉窯中的溫度升高到280℃；將篩分（120目）的氯浸渣送入料倉，通過螺旋輸送機送入斗式提升機，斗式提升機將物料送到料斗，有計量加螺旋輸送機送入加料螺旋輸送機進入迴轉窯中；氯浸渣被空氣點燃，在迴轉窯內發生氧化反應脫硫，生二氧化硫氣體，氣體經旋風除塵器和湍沖洗滌塔，然後經風機進入制酸系統。焙燒渣經鏈式輸送機冷卻後，經斗式提升機送往焙渣倉中外運。控制反應溫度在650℃。氯浸渣脫硫前後的全分析對比如下表：
名稱 | Ni（％） | Cu（％） | Fe（％） | CaO（％） | MgO（％） | SiO2（％） | Co（％） | Zn（％） |
脫硫前 | 3.89 | 2.17 | 0.53 | 0.62 | 0.23 | 2.52 | 0.19 | Zn（％） |
脫硫後 | 13.6 | 6.85 | 1.66 | 1.01 | 0.42 | 7.55 | 0.49 | 0.0083 |
名稱 | Au（克/噸） | Pd（克/噸） | Pt（克/噸） | Rh（克/噸） | Ir（克/噸） | Ag（克/噸） | S（％） | 0.0063 |
脫硫前 | 21.8 | 28.2 | 20.8 | 未檢出 | 未檢出 | 75.33 | 67.61 | As（％） |
脫硫後 | 79.23 | 71.45 | 55.01 | 3.32 | 未檢出 | 171.53 | 31.12 | 0.016 |
該物料直接可以用來生產下一個生產系統，除去各種雜質後，生產貴金屬。
- 實施案例2
開啟鼓風機，將空氣送入電爐，然後進入迴轉窯；給電爐供電，將迴轉窯中的溫度升高到280℃；將篩分（120目）的氯浸渣送入料倉，通過螺旋輸送機送入斗式提升機，斗式提升機將物料送到料斗，有計量加螺旋輸送機送入加料螺旋輸送機進入迴轉窯中；氯浸渣被空氣點燃，在迴轉窯內發生氧化反應脫硫，生二氧化硫氣體，氣體經旋風除塵器和湍沖洗滌塔，然後經風機進入制酸系統。焙燒渣經鏈式輸送機冷卻後，經斗式提升機送往焙渣倉中外運。控制反應溫度在600℃。氯浸渣脫硫前後的全分析對比如下表：
名稱 | Ni（％） | Cu（％） | Fe（％） | CaO（％） | MgO（％） | SiO2（％） | Co（％） | Zn（％） |
脫硫前 | 3.89 | 2.17 | 0.53 | 0.62 | 0.23 | 2.52 | 0.19 | 0.0083 |
脫硫後 | 13.6 | 6.85 | 1.66 | 1.01 | 0.42 | 7.55 | 0.49 | 0.0063 |
名稱 | Au（克/噸） | Pd（克/噸） | Pt（克/噸） | Rh（克/噸） | Ir（克/噸） | Ag（克/噸） | S（％） | As（％） |
脫硫前 | 21.8 | 28.2 | 20.8 | 未檢出 | 未檢出 | 75.33 | 67.61 | 0.016 |
脫硫後 | 79.23 | 71.45 | 55.01 | 3.32 | 未檢出 | 171.53 | 31.12 | 0.013 |
該物料直接可以用來生產下一個生產系統，除去各種雜質後，生產貴金屬。
氯浸渣脫硫前後的全分析對比如下表：
名稱 | Ni（％） | Cu（％） | Fe（％） | CaO（％） | MgO（％） | SiO2（％） | Co（％） | Zn（％） |
脫硫前 | 3.89 | 2.17 | 0.53 | 0.62 | 0.23 | 2.52 | 0.19 | 0.0083 |
脫硫後 | 13.6 | 6.85 | 1.66 | 1.01 | 0.42 | 7.55 | 0.49 | 0.0063 |
名稱 | Au（克/噸） | Pd（克/噸） | Pt（克/噸） | Rh（克/噸） | Ir（克/噸） | Ag（克/噸） | S（％） | As（％） |
脫硫前 | 21.8 | 28.2 | 20.8 | 未檢出 | 未檢出 | 75.33 | 67.61 | 0.016 |
脫硫後 | 79.23 | 71.45 | 55.01 | 3.32 | 未檢出 | 171.53 | 31.12 | 0.013 |
- 實施案例3
開啟鼓風機，將空氣送入電爐，然後進入迴轉窯；給電爐供電，將迴轉窯中的溫度升高到280℃；將篩分（120目）的氯浸渣送入料倉，通過螺旋輸送機送入斗式提升機，斗式提升機將物料送到料斗，有計量加螺旋輸送機送入加料螺旋輸送機進入迴轉窯中；氯浸渣被空氣點燃，在迴轉窯內發生氧化反應脫硫，生二氧化硫氣體，氣體經旋風除塵器和湍沖洗滌塔，然後經風機進入制酸系統。焙燒渣經鏈式輸送機冷卻後，經斗式提升機送往焙渣倉中外運。控制反應溫度在550℃。氯浸渣脫硫前後的全分析對比如下表：
名稱 | Ni（％） | Cu（％） | Fe（％） | CaO（％） | MgO（％） | SiO2（％） | Co（％） | Zn（％） |
脫硫前 | 3.89 | 2.17 | 0.53 | 0.62 | 0.23 | 2.52 | 0.19 | 0.0083 |
脫硫後 | 12.77 | 6.54 | 1.58 | 0.97 | 0.37 | 7.12 | 0.45 | 0.0061 |
名稱 | Au（克/噸） | Pd（克/噸） | Pt（克/噸） | Rh（克/噸） | Ir（克/噸） | Ag（克/噸） | S（％） | As（％） |
脫硫前 | 21.8 | 28.2 | 20.8 | 未檢出 | 未檢出 | 75.33 | 67.61 | 0.016 |
脫硫後 | 72.39 | 65.32 | 51.19 | 3.08 | 未檢出 | 160.73 | 32.72 | 0.011 |
該物料直接可以用來生產下一個生產系統，除去各種雜質後，生產貴金屬。
榮譽表彰
2017年12月，《一種處理氯浸渣的方法》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
