铜阳极泥蒸硒过程的研究

作     者：王凯徽 

作者单位：昆明理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈为亮;吴慧

授予年度：2022年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：铜阳极泥 硒 硫酸化焙烧 蒸硒 动力学 

摘      要：采用硫酸化焙烧法从铜阳极泥中回收硒具有回收率较高、工艺简单、适用物料范围广等特点,但对蒸硒的动力学的研究较少。本文通过硫酸化焙烧蒸硒实验,研究了影响蒸硒过程的主要因素和控制过程,得到了焙烧蒸硒过程的较优实验条件和动力学方程,可为优化铜阳极泥硫酸化焙烧蒸硒工艺提供理论指导。本文以脱砷锑铜阳极泥为原料,在热力学和动力学分析的基础上,考查了铜阳极泥在空气与富氧气氛下硫酸化焙烧蒸硒的焙烧温度、气体流速、酸矿比、焙烧时间、氧气与空气比值等条件对蒸硒效果的影响,并对硫酸化焙烧蒸硒反应的动力学进行了研究:(1)对实验中硒化物参与的反应进行吉布斯自由能计算,发现在温度范围在373K～1573K,硒化物的分解均不可自发进行,1673K时Cu Se的分解反应可以自发进行。在373K～1073K时,硒化物与浓硫酸生成硒酸盐和亚硒酸盐、硒化物与氧气生成硒酸盐和亚硒酸盐的反应均可以自发进行,硒酸盐和亚硒酸盐分解生成二氧化硒的反应可以自发进行,硫酸分解反应可以在高于673K时可以自发进行,硫酸盐分解、三氧化硫和氯化银分解反应均不可自发进行。得到适合实验的焙烧温度范围为623K～773K。(2)在空气气氛下铜阳极泥硫酸化焙烧蒸硒实验表明:提高焙烧温度和焙烧时间有利于提高硒的挥发率,但提高空气流速和酸矿比对硒挥发率影响较小。在焙烧温度723K、焙烧时间20min、空气流速200L/h、酸矿比0.75的较优条件下蒸硒,渣中硒含量可降至0.24%,硒挥发率可达96.54%。铜阳极泥在空气气氛下硫酸化焙烧蒸硒过程受化学反应动力学控制,反应的表观活化能为42.509k J/mol,指前因子为13.971,其动力学方程为:1-(1-x)=13.971*exp(-42.509/RT)*t 从空气气氛下铜阳极泥硫酸化焙烧蒸硒动力学研究中可以得出,提高焙烧温度、延长焙烧时间、控制空气流速和酸矿比在一定范围内能够强化化学反应动力学控制,有效提高硒的挥发率。(3)在富氧气氛下铜阳极泥硫酸化焙烧蒸硒实验表明:发现了硒挥发率随焙烧温度的提高、焙烧时间的延长和氧气与空气比值的增大而明显升高,酸矿比对硒挥发率影响较小。在焙烧温度为723K、焙烧时间20min、酸矿比0.65、氧气与空气比值为30%的较优条件下蒸硒,渣中硒含量降为0.22%,硒挥发率可达到96.85%。铜阳极泥在富氧气氛下硫酸化焙烧蒸硒过程受化学反应动力学控制,反应的表观活化能为48.229k J/mol,指前因子为45.879,其动力学方程为:1-(1-x)=45.879*exp(-48.229/RT)*t 从富氧气氛下铜阳极泥硫酸化焙烧蒸硒动力学研究中可以得出,提高焙烧温度、延长焙烧时间、控制氧气与空气比值和酸矿比在一定范围内能够强化化学反应动力学控制,有效提高硒的挥发率。