濕法煉鋅中活性炭粉再生試驗(yàn)研究

丁文濤， 申開(kāi)榜， 藍(lán)碧波， 任 杰， 劉 樂(lè)

(1.低品位難處理黃金資源綜合利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 福建 廈門 361101；2.廈門紫金礦冶技術(shù)有限公司， 福建 廈門 361101；3.巴彥淖爾紫金有色金屬有限公司， 內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 015543)

內(nèi)蒙古某公司采用β-萘酚工藝除鈷，其凈化工藝為一凈加鋅粉除銅鎘→二凈加β-萘酚除鈷→三凈加活性炭粉除有機(jī)物→四凈加鋅粉掃尾，由于萘酚為大分子有機(jī)物，對(duì)后續(xù)電解工序有嚴(yán)重影響，工業(yè)上一般采用活性炭粉進(jìn)行吸附，消除影響[1-2]。公司現(xiàn)將吸附后活性炭(約2 t/d)經(jīng)酸洗回收鋅后進(jìn)行堆存，造成資源浪費(fèi)并占用場(chǎng)地，因此，對(duì)吸附后活性炭粉進(jìn)行再生具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和實(shí)際意義。

所謂活性炭粉再生，是指用化學(xué)、物理或生物化學(xué)等方法對(duì)吸附后的活性炭進(jìn)行處理，恢復(fù)其吸附性能，并進(jìn)行重復(fù)利用。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)活性炭的再生方法主要有加熱再生法、生物再生法、化學(xué)藥劑再生法、濕式催化氧化再生法、超聲波再生法、微波輻射再生法、電化學(xué)再生法等[3-5]。公司活性炭吸附處于凈液三段，再經(jīng)過(guò)一次鋅粉掃尾除雜后得到新液，送往電解車間進(jìn)行電解，所以，活性炭再生不適合再引入其他藥劑，防止對(duì)電解產(chǎn)生不利影響。項(xiàng)目組將重點(diǎn)考察熱再生火法工藝及水洗再生等濕法工藝，尋求一種簡(jiǎn)單方便、投資少的工藝，使得吸附后活性炭再生，以降低現(xiàn)場(chǎng)活性炭粉使用量，提高經(jīng)濟(jì)效益。

1 活性炭粉熱再生工藝

1.1 活性炭粉熱再生試驗(yàn)

凈化工序吸附后活性炭粉，粒度為+120目<5%，-200目>80%，烘干后進(jìn)行再生，β-萘酚沸點(diǎn)為285～286 ℃，分別在400 ℃、500 ℃、600 ℃和700 ℃下考察活性炭粉再生效果，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 活性炭粉熱再生試驗(yàn)結(jié)果

注：*含鋅7.91%。

由表1可知，熱再生可以有效提高活性炭粉的碘值，但與新炭的碘值仍有一定差距；隨著溫度的升高，再生活性炭粉的碘值增大，溫度達(dá)到600 ℃后，繼續(xù)升高溫度，再生活性炭粉碘值增大的幅度較??；活性炭粉的再生時(shí)間達(dá)到0.5 h后，繼續(xù)延長(zhǎng)再生時(shí)間，活性炭粉碘值增大的幅度較??；加大空氣量有助于增大活性炭粉的碘值，但炭燒失率有一定升高；吸附后活性炭鋅含量(7.91%)較高，因鋅熔點(diǎn)較低(420 ℃)，會(huì)對(duì)再生活性炭粉的碘值有一定的影響。

綜上所述，活性炭粉的熱再生條件確定為：600 ℃、微量空氣、0.5 h。

1.2 再生活性炭粉再吸附試驗(yàn)

在600 ℃、微量空氣、0.5 h條件下對(duì)活性炭粉進(jìn)行多次再生，結(jié)果如表2所示，利用第三次再生后活性炭對(duì)二凈后液進(jìn)行吸附，炭密度為0.7 kg/m3，結(jié)果見(jiàn)圖1。

表2 再生活性炭粉再吸附試驗(yàn)結(jié)果

圖1 再生活性炭粉吸附效果圖

由表2和圖1可知，多次再生后活性炭粉吸附效果仍較好，吸附40 min后的溶液無(wú)色透明，說(shuō)明有機(jī)藥劑基本吸附完全。

2 活性炭粉濕法再生試驗(yàn)

凈液過(guò)程中活性炭粉吸附的是未與鈷反應(yīng)的萘酚，也就是過(guò)量的萘酚，若用濕法工藝對(duì)活性炭粉進(jìn)行解析，不僅能得到再生后的活性炭，而且可得萘酚，返回二凈進(jìn)行除鈷。對(duì)活性炭進(jìn)行直接水洗再生探索試驗(yàn)，考察其對(duì)活性炭粉再生效果。

2.1 活性炭粉水洗試驗(yàn)

取現(xiàn)場(chǎng)壓濾后活性炭，常溫下在不同酸度下加水?dāng)嚢?0 min，液固比為1∶6，過(guò)濾烘干，送檢，結(jié)果如表3所示。

由表3可知，洗后活性炭Zn含量大大降低，碘值也升高了50%左右，達(dá)到665 mg/g左右，與600 ℃條件下熱再生效果差不多，可能是由于炭粉內(nèi)的鋅等雜質(zhì)在熱再生過(guò)程中黏附在炭粉內(nèi)部，難以洗出，影響活性炭粉碘值的恢復(fù)，而直接水洗樣品為現(xiàn)場(chǎng)壓濾后濕炭粉直接進(jìn)行洗滌，有利于吸附物質(zhì)的解吸，同時(shí)，調(diào)節(jié)pH至1后，炭含鋅有所降低，從1.47%降至1.03%，碘值基本不變。

表3 活性炭洗滌前后性能對(duì)比

2.2 洗后活性炭再吸附試驗(yàn)

取現(xiàn)場(chǎng)二凈液，加入不同量洗后活性炭，70 ℃下攪拌1 h，結(jié)果如圖2所示。

從左到右洗后活性炭用量：0.7 kg/m3、0.8 kg/m3、0.9 kg/m3圖2 洗后活性炭再吸附效果圖

如圖2所示，在不同的洗后活性炭用量下，均可將二凈液中的油吸附完全。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)活性炭粉返回應(yīng)用情況

由于活性炭粉直接水洗后再生效果較好，活性炭粉和被吸附的萘酚都可以重新得到利用，3月初凈液工序現(xiàn)場(chǎng)對(duì)三凈工段進(jìn)行了改造，改造如下：活性炭粉吸附—壓濾后，炭粉進(jìn)行冷凝水漿化水洗(一次洗滌)，然后繼續(xù)壓濾，濾液返回二凈系統(tǒng)，炭粉生產(chǎn)水漿化后(二次洗滌)部分返回中上清過(guò)濾系統(tǒng)，剩余部分返回三凈系統(tǒng)繼續(xù)吸附，工藝流程如圖3所示。

圖3 活性炭洗滌返回工藝流程圖

凈液工序現(xiàn)場(chǎng)從3月15日開(kāi)始，活性炭粉用量從0.7 kg/m3降至0.6 kg/m3，穩(wěn)定運(yùn)行了10天，電解板面質(zhì)量良好，電解板雜質(zhì)符合生產(chǎn)要求。3月26日開(kāi)始，活性炭粉用量降低至0.5 kg/m3，穩(wěn)定運(yùn)行了一段時(shí)間，活性炭粉未見(jiàn)明顯累積。這是由于新炭用量降低，且炭粉用量并不大，日消耗新炭約1.5 t/d，同時(shí)再生后的活性炭粉一半左右返回中上清過(guò)濾，然后進(jìn)綜合回收工段回收鋅。此外，運(yùn)行期間發(fā)現(xiàn)電解板面質(zhì)量良好，直流電單耗無(wú)明顯變化，電解板雜質(zhì)符合生產(chǎn)要求，取現(xiàn)場(chǎng)洗滌后活性炭進(jìn)行送檢檢測(cè)，結(jié)果如表4所示，輔料用量如表5所示。

表4 現(xiàn)場(chǎng)取樣結(jié)果

表5 凈液工序輔料用量統(tǒng)計(jì)

從表4結(jié)果看，由于現(xiàn)場(chǎng)冷凝水管有部分泄漏，造成一洗冷凝水含鋅較高，對(duì)碘值的再生恢復(fù)效果不明顯，且這部分溶液是返回二凈，有利于冷凝水中鋅的回收，二洗由于使用生產(chǎn)水，基本不含鋅，對(duì)炭粉含Zn的降低和碘值恢復(fù)均有積極作用。

從表5結(jié)果看，活性炭粉水洗后返回使用，一次水洗液返回二凈，活性炭粉用量從0.7降至0.5 kg/m3，萘酚用量從6 kg/t陰極鋅左右減小到5 kg/t陰極鋅，亞硝酸鈉用量從4 kg/t陰極鋅左右減小到3.5 kg/t陰極鋅，鋅粉用量也有所降低，直流電單耗在正常范圍內(nèi)波動(dòng)。

3 結(jié)論

1)熱再生工藝可以有效地對(duì)吸附后的活性炭粉進(jìn)行再生，最佳再生條件為600 ℃、微量空氣、時(shí)間0.5 h，炭損失率約20%，炭粉碘值可恢復(fù)至630 mg/g左右。三次再生后的活性炭粉對(duì)二凈后液吸附效果較好，吸附40 min后的溶液無(wú)色透明。

2)現(xiàn)場(chǎng)壓濾后濕活性炭直接水洗再生碘值可達(dá)到665.7 mg/g，調(diào)節(jié)pH至1后，炭含鋅有所降低，從1.47%降至1.03%，碘值增長(zhǎng)不明顯。

3)現(xiàn)場(chǎng)活性炭粉返回使應(yīng)用，新炭用量從0.7 kg/m3降至0.5 kg/m3，運(yùn)行情況良好，萘酚、亞硝酸鈉、鋅粉用量均有所降低。