彭许文（株洲冶炼集团股份有限公司，湖南株洲 412004）

蒸馏法处理直接浸出硫渣的研究

彭许文
（株洲冶炼集团股份有限公司，湖南株洲 412004）

以株洲冶炼集团股份有限公司常压富氧直接浸出硫渣为原料，选择了蒸馏法对硫渣进行系统处理，通过正交试验，得到影响硫挥发率的最主要因素是温度，其次是硫渣厚度，最后是时间。进行了条件试验，考察了温度、时间、硫渣厚度对硫挥发率的影响。在硫渣20 g、坩埚面积为11.25 cm2的条件下，得出了最佳蒸馏条件为：蒸馏时间20 min，蒸馏温度为460℃。试验中残渣硫含量降为19.12%，硫挥发率超过80%。

硫渣；蒸馏；硫挥发率

株洲冶炼集团股份有限公司是我国重要的铅、锌联合冶炼生产和出口基地，同时也是全国有价金属综合回收最好的有色企业之一，公司引进奥托昆普公司的先进技术采用硫化锌精矿常压富氧直接浸出炼锌新工艺，硫化锌精矿不需焙烧脱硫就直接浸出。锌精矿采用该工艺浸出效率高，且原料适应性较好，但是产生的硫渣一直没有很好的处理方案。该工艺每年产出硫渣约7万t，硫渣中含硫平均在40%以上，同时还含有一定量的Fe、Pb、Ag、Si等元素，其中90%以上的硫元素是以单质硫的形式存在于硫渣中。硫渣长期堆存不做妥善处置，将不可避免地污染自然环境和占用大量空间，浪费资源，影响资金周转，并且造成大量有价元素的流失，同时堆放时温度控制不好还会产生安全隐患。

为了充分利用公司硫渣，控制环境污染，非常有必要寻找一条技术上可行、经济上合理的工艺路径，将硫渣中硫加以合理回收与综合利用。我国是个硫资源相对匮乏的国家，在整个硫原料产量中，硫磺的产量只占到5%～7%。硫磺可以广泛用于化工、冶金、农药、选矿、医药、染料及硫酸工业等行业，硫磺市场宽广，供不应求［1］。因此，通过有效的工艺路径将硫渣中的硫综合回收后将取得较大的经济效益和社会效益。

常见的硫渣治理方法有高压倾析法、浮选法、真空蒸馏法等。加拿大科明科公司和舍利特·高尔登矿业公司［2］所采用高压倾析法回收氧压酸浸渣中的硫元素。浮选法工艺过程简单，只需加部分轻油或无需药剂就可直接进行。加拿大科明科公司［3］采用浮选法回收锌精矿浸出矿浆中的硫，该法采用高压釜，矿浆直接减压，经过调解槽、浮选、浓密，得到硫的富集物，浮选尾矿中单质硫可降至0.07%，硫元素的回收率接近100%。真空蒸馏法又称熔析法，加拿大A.Vizsolyi等人［4］进行了含S039.02%的原料的蒸馏试验，在427℃、用氮或水蒸气保持惰性条件，在管式反应器中进行硫的蒸馏，S0几乎完全蒸馏出来，硫磺产品含杂质约0.5%，主要是铜硫化物灰尘。从湿法冶金渣中回收元素硫的方法很多，如热过滤法、制粒筛分法等，不同的原料特性决定选用不同的回收方法。株洲冶炼集团股份有限公司直接浸出硫渣含硫较高，可采用蒸馏法直接处理，处理效率高。

1 试验部分

1.1 原料与试剂

本次试验以该公司直接浸出工艺中产生的硫渣为原料，采用XRD与能谱分析硫渣的微观结构与其中硫磺结晶体微粒的主要成分；硫渣原料中硫元素总含量为60.42%，其中80%以上的硫元素以单质硫的形式存在于硫渣之中。少量硫元素以硫酸盐、金属硫化物的形式存在，其它元素Zn、Pb、Fe、Ca等的存在形式由有机物、螯合物、复合物等组成，比较复杂，化学分析结果见表1，硫渣的SEM图与能谱图如图1所示。

表1 硫渣中各种化学元素分析结果%

图1 硫渣SEM与能谱图表

从表1中结果可以看出，直浸工艺得到的硫渣样品中含有的化学成分十分复杂。

从图1中可以看出，SEM分析直浸工艺产生的硫渣中的硫磺是斜方晶体，主要呈致密的块状结构，也有部分呈被膜状，晶体表面积较大，有一定的光泽。从能谱分析可以看出：硫渣中主要存在物相为单质硫，但含有少量杂质，如Zn、Fe、Pb、Si等元素。未完全溶解而残余的锌主要以ZnS形式存在，溶解的锌则主要以ZnSO4·6H2O形式存在，硫渣中的铁则主要是以未完全溶解的黄铁矿（FeS2）和溶解后以Fe2（SO4）3·9H2O的形式富集于硫渣中。

1.2 试验方法

1.2.1 试验原理

硫渣蒸馏法原理是利用元素硫沸点（444.6℃）较低的物理性质，在高于450℃条件下，使元素硫升华挥发，再冷凝回收硫［4］。

1.2.2 试验流程

以公司直浸硫渣为原料，将硫渣原料粉碎后放入烘箱中脱除水分，将烘箱温度设定为80℃，脱水时间为16 h。将冷凝管、坩埚清洗干净后烘干备用。将脱水后的硫渣放入烘干的坩埚内用天平称量重量。待电炉升高至设定温度时，把装好原料的坩埚放入电炉中的高温区，装好冷凝管和热电偶后，用密封材料密封。待蒸馏达到设定时间后，关闭电炉电源。待电炉自然冷却至室温后，去除密封材料，开炉取坩埚。用天平称量蒸馏后残渣的重量，粉碎制样分析。收集硫磺。记录残渣重量、残渣中硫的含量、硫磺的具体收集情况等具体试验数据。

2 试验结果与讨论

2.1 正交试验

通过试验发现：当蒸馏硫渣的温度超过240℃时，在冷凝管口出现明显的黄色的硫蒸气，说明蒸馏温度在240℃时，硫元素的蒸发量迅速增加。考察影响蒸馏中硫的挥发率的原因主要有：蒸馏温度、蒸馏时间、硫渣厚度、蒸发面积。蒸发面积由于限于试验的设备，固定不变。采用三因素三水平正交表安排试验，试验方案和结果见表2、表3，在试验中，每个因子都取了三个水平：蒸馏温度（A）：A1＝440℃，A2＝450℃，A3＝460℃；蒸馏时间（B）：B1＝10 min，B2＝20 min，B3＝30 min；硫渣重量（C）：C1＝20 g：C2＝30 g；C3＝40 g。

表2 因素水平表

表3 蒸馏的条件及试验结果

采用综合平衡法先对每个指标分别进行单指标的直观分析，得到每个指标的影响因素主次顺序和最佳水平组合，然后根据理论知识和实际经验，对各指标的分析结果进行综合比较和分析，得出较优方案。进而确定最佳的蒸馏条件。如蒸馏的温度为440℃、450℃和460℃时，硫挥发率对应的K和K分别为：

综合平均值的极差R等于最大的综合平均值减去最小的综合平均值，即：R1＝82.63－78.41＝4.22

同理对各指标进行计算、分析，其结果为其它因子对应的综合平均值：R2为1.47、R3为2.03。即：对硫渣蒸馏过程中产生主要影响的三种因素中，R1＝4.22＞R3＝2.03＞R2＝1.47，所以影响硫挥发率的最主要因素是温度，其次是硫渣厚度，最后是时间。通过正交试验结果分析，确定试验条件：蒸馏的温度为460℃，蒸馏的时间为20 min，硫渣重量为20 g，在此条件下，硫挥发率为83.04%。

2.2 温度对硫挥发率的影响

蒸馏法处理硫渣工艺中，温度是最主要的影响因素，温度过高还会引起不必要的成本升高。温度优化试验采用硫渣20 g在不同的温度条件下蒸馏20 min。试验结果如图2所示。

从图2可以看出，蒸馏温度与硫挥发率并不成正比关系，蒸发温度在460℃时，蒸馏效果最好。分析原因主要是因为当温度较高时会出现严重的硫单质回流，所以导致硫挥发率反而下降。蒸馏的温度控制在460℃为宜。

图2 蒸馏温度与硫挥发率的关系曲线图

2.3 料层厚度对硫挥发率的影响

料层厚度与硫的挥发率密切相关，料层越厚底层的硫经蒸馏后越不容易挥发出来。料层厚度试验采用不同重量的硫渣在挥发温度为460℃、挥发时间20 min的条件下进行蒸馏。试验结果如图3所示。

图3 硫渣厚度与硫挥发率的关系曲线图

从图3可以看出，随着硫渣厚度的增加，硫渣的挥发率反而降低，分析原因主要是由于随着料层厚度的增加，单质硫的挥发阻力也不断增大。因此硫渣的厚度在2.0 cm内为宜，也就是硫渣重量在20 g以内。

2.4 时间对硫挥发率的影响

蒸馏时间也是影响硫挥发率的一个重要因素，时间优化试验采用硫渣20 g，在挥发温度为460℃条件下蒸馏不同的时间。试验结果如图4所示。

从图4可以看出，蒸馏时间与硫挥发率之间没有明显的规律性，由此可见蒸馏的时间在20 min左右时，蒸发效果比较好。蒸馏时间延长脱硫率反而降低，分析原因主要是蒸发出的硫单质又透过硫渣层回流，影响了硫的挥发率。考虑经济因素，蒸馏时间控制在20 min左右为宜。

图4 蒸馏时间与硫挥发率的关系曲线图

3 结 论

采用常压蒸馏方法对直浸工艺产生的硫渣进行系列试验，通过正交试验得出影响硫元素挥发率的最主要因素是温度，其次是硫渣厚度，最后是时间。通过条件试验考察了温度、时间、原料厚度对硫挥发率的影响。在硫渣20 g、坩埚面积为11.25 cm2的条件下，得出了最佳蒸馏条件为：蒸馏时间20 min，蒸馏温度为460℃。试验中残渣硫含量降为19.12%，硫挥发率超过80%。

［1］ 周勤俭.湿法冶金渣中元素硫的回收方法［J］.湿法冶金，1997，（3）：50－54.

［2］ W.A.Jankola.Zitlc pressure lcaching at cominco［J］.Hydrometallurgy，1995，（39）：63－70.

［3］ E.G.Parker，余楚蓉.锌精矿的加压浸出流程［J］.有色冶炼，1983，（2）：26－33.

［4］ 夏光祥，方兆珩.高铁硫化锌精矿直接浸出新工艺研究［J］.有色金属（冶炼），2001，（3）：8－10.

Study on Direct Leaching of Sulfur Residue by Distillation Process

PENG Xu-wen
（Zhuzhou Smelting Group Co．，Ltd．，Zhuzhou 412004，China）

Take the atmospheric oxygen direct leaching sulfur slag as raw materials，select the distillation of sulfur slag system processing.Through the orthogonal experiment，the main factor influencing the sulfur volatilization rate is temperature，followed by sulfur slag thickness，it is time finally.The effects of temperature，time and the thickness of sulfur slag on the volatilization rate of sulfur were investigated.Under the conditions of 20 g，the crucible area is 11.25 cm2，the optimal distillation conditions are obtained as follows：the distillation time is 20min，the distillation temperature is 460.In the experiment，the sulfur content of the residue was reduced to 19.12%，and the sulfur volatilization rate wasmore than 80%.

sulfur residue；distillation；sulfur volatilization rate

TF803.14

A

1003－5540（2016）02－0043－04

2016－02－24

彭许文（1982－），男，工程师，主要从事重金属有色冶炼工作。