一种含水物料高压脱水的方法
1.本发明涉及一种含水物料高压脱水的方法，属于冶金与化工领域。
背景技术：
2.对于含有一定水分的矿物料进入预定的工艺流程或实验步骤时，往往会因其较高的含水量，使矿物料的原定参数发生变化，例如矿物料的粒度、粘度、熔沸点、热传导性能、电传导性能和磁性能等，从而影响到后序操作的可行性，恶化生产环境、增加工艺的难度或增加能耗，甚至降低产品的成品率。
3.比如，硒在地壳中的含量为0.05
×
10-6
，通常极难形成工业富集。近代工业提取硒的主要原料(90％)是铜电解精炼所产生的阳极泥，其余来自铅、钴、镍精炼产出的焙砂以及硫酸生产的残泥等。由于铜电解阳极泥中硒是以硒化合物形式与贵金属共生，硒含量约5％～25％(质量分数)所以工艺上一般是先回收贵金属金、银，然后再回收硒，也可以采用先从阳极泥中回收硒，再产出金银合金的方法。工业生产硒的方法主要有两种：一种是将阳极泥氧化焙烧和seo2蒸馏，过程是将气态seo2焙烧气体在洗涤塔用溶液捕获，然后在so2作用下在酸性介质中或用碱液沉淀硒；另一种是在氧化气氛中加纯碱烧结阳极泥，使硒转化为硒化钠或硒酸钠水溶性溶液，过程是在烧结条件下使硒与硒化物氧化为易溶于水的亚硒酸钠或硒酸钠，再通过吹洗从溶液中分离出硒。这两种方法可以针对不同的含硒原料进行硒的制备，并且具有较高的产率。可是两个方法都存在着初始原料或中间原料含水过高，从而使工艺中的烧结或焙烧环节出现能耗增加，产生许多副产物，降低成品率等问题。
4.现有的脱水处理主要有压滤、浸出、自然烘干和真空脱水等，可以针对于不同物料的性质选择一种或几种处理工艺合理高效的处理。但无论是压滤、浸出，还是自然烘干，都存在着实际脱水率不高，或只能去除大部分自由水以及一部分结晶水；而且处理的对象通常是含水率较高、粒度较粗的物料，对于含水率不高、比表面积大的物料，由于细颗粒振实密度高，缺乏液态水的排出通道，阻碍了水的脱除，同时细颗粒之间还容易形成大量毛细效应，增强了脱水的难度，脱水效果并不明显。真空脱水处理少量的含水渣具有较好的效果，但大规模运用时存在的喷料、传热慢、能耗高脱水设备结垢等问题，导致实际处理后的产物脱水效果低于预期。
技术实现要素：
5.针对传统工艺脱水过程中脱水效果不明显，能耗高等难题，本发明提供一种含水物料高压脱水的方法，即在高于大气压的条件下，实现含水物料的脱水处理，在高压密闭环境下操作，环境污染小，使用设备简单，脱水效果显著，产物直收率高；分离出的高温高压水可用于蒸汽发电系统，实现节能环保。
6.一种含水物料高压脱水的方法，具体步骤如下：
7.将含水物料置于密闭反应釜内进行加热至预设温度，在预设温度和预设压力下，含水物料在低氧或无氧状态下保温保压搅拌形成液-液两相或固-液两相，经液-液分离或
液-固分离得到脱水矿物料，其中含水物料为硒渣、铋渣、硫磺渣、海绵铟、锡渣、铅渣或铜镉渣。
8.所述含水物料高压脱水的方法中装置，密闭反应釜可选水热合成反应釜、不锈钢反应釜、磁力搅拌反应釜、电加热反应釜、钢衬etfe反应釜和pcf系列小型试验用高压釜；优选的，密闭反应釜为水热合成反应釜、不锈钢反应釜或磁力搅拌反应釜。
9.所述密闭反应釜可以用钢衬、钛合金、聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、ppl为内衬，优选聚四氟乙烯或ppl内衬。
10.所述加热方式根据选用的密闭反应釜而定，可以有电加热、热水加热、导热油循环加热和外(内)盘管加热等；冷却方式可以有夹套冷却和釜内盘管冷却；搅拌形式可以有锚式、桨式、涡轮式、推进式和框式等，搅拌装置在高径比较大时，可用多层搅拌桨叶。
11.所述保温保压搅拌1～12h，优选1～8h。
12.所述硒渣中硒的质量分数为65％～70％，水的质量分数为25％～30％，其他杂质的质量分数为0％～10％；含水物料为硒渣时，预设温度为200～250℃，预设压力为2～6mpa。
13.所述铋渣中铋的质量分数为20％～55％，水的质量分数为10％～55％，其他杂质的质量分数为25％～35％；含水物料为铋渣时，预设温度为250～290℃，预设压力为3～8mpa。
14.所述硫磺渣中硫的质量分数为70％～75％，水的质量分数为10％～20％，其他杂质的质量分数为5％～30％；含水物料为硫磺渣时，预设温度为90～140℃，预设压力为101～400kpa。
15.所述海绵铟中铟的质量分数为90％～98％，水的质量分数为2％～10％，其他杂质的质量分数为1％～6％；含水物料为海绵铟时，预设温度为140～170℃，预设压力为400～900kpa。
16.所述锡渣中锡的质量分数为30％～50％，水的质量分数为5％～15％，其他杂质的质量分数为15％～35％；含水物料为锡渣时，预设温度为210～270℃，预设压力为200～700kpa。
17.所述铅渣中铅的质量分数为20％～55％，水的质量分数为10％～30％，其他杂质的质量分数为5％～15％；含水物料为铅渣时，预设温度为300～350℃，预设压力为8～18mpa。
18.所述铜镉渣中铜的质量分数为1.5％～17％，镉的质量分数为2.5％～12％，水的质量分数为8％～30％，其他杂质的质量分数为30％～45％；含水物料为铜镉渣时，预设温度为300～340℃，预设压力为8～16mpa。
19.所述预设压力通过通入惰性气体和/或还原性气体控制，惰性气体为he、ne或ar，还原性气体为co、so2或h2。
20.所述液-液分离的设备可以选用液-液分离罐、液-液分离滤芯、倾析器和液-液离心机，液-固分离的设备可以选用筛板、聚结板、疏水不锈钢和板框压滤机。
21.含水物料高压脱水的原理：
22.基于气液相平衡原理，液体的沸点跟外部压强有关，液态水分子一方面在沸腾时，在其内部所形成的气泡中的饱和蒸汽压与外界施予的压强相等，此时气泡长大并上升；另
一方面由液态水跃到空中成为气态水，迫于其它水蒸气撞击，气态水有变为液态的趋势，即水相变过程中聚集态变为分散态需要吸收能量压力越大水气化的难度越大，因此，压强越大，沸点越高。通过加压的方式，使水在100℃以上的温度下依然呈液态形式，含水物料可能出现两种情况：一种是形成液-液两相，此时水呈液态，渣达到熔点后熔化形成液相，渣相与水相通过密度差实现含水物料的液-液分离，从而实现物料的脱水。另一种是形成液-固两相，此时水依然呈液态，渣在加热加压过程达不到熔化状态，但渣在高温水体系下被烧结，渣相间的小颗粒会聚集生长，由细粒变成固态大颗粒，最终脱除大部分表面附着水和孔隙水，大大降低了含水量。根据反应动力学及热力学原理小颗粒粒径小，比表面积大，吸附位点较多，会带有较多的表面附着水；同时小颗粒孔隙小，毛细现象严重，会增加颗粒中的毛细水。晶体颗粒生长的驱动力是降低界面总能，由比表面积大的小颗粒聚集成比表面积小的大颗粒是一个符合动力学的过程；
23.以加热加压的方式对矿物料进行脱水处理，热量除了以热传导的方式传递以外，还可以通过液态水分子和渣之间的对流实现热传导，高压条件下气相也会形成强对流及热辐射条件，进一步增强了矿物料之间的热传递，提高了热能利用率；改善了渣相导热系数及流动性等问题对热量传递的限制，解决了含水物料温度分布不均，脱水能耗高的问题，提高了热能的利用，防止了喷料、传热慢、设备结垢等问题的发生。
24.本发明的有益效果是：
25.(1)本发明基于气液相平衡、冶金热力学及动力学原理，利用加压的方法使水在高温下保持液态、提高渣相间热量的交换与传递，高压使水的沸点上升，让水在高于100℃时仍能保持液态，可以在达到矿物料熔点时，矿物料与水出现液-液两相或液-固两相；比如，硒渣形成液-液两相是因为硒达到熔点融化与液态水不互溶，使水和硒分离充分；矿物料形成液-固两相是在加热加压过程中可能小晶体颗粒间发生聚集生长，生成比表面积小的大颗粒，降低了对水的吸附；两种情况均有效克服实际脱水率不高，或只能去除大部分自由水以及一部分结晶水等问题；并且，高温高压下，增强了热传递过程，解决了大量处理含水渣时存在的喷料、传热慢、能耗高脱水设备结垢，实际处理的产物脱水效果低于预期的困境；
26.(2)本发明方法不仅解决了只能去除大部分自由水以及一部分结晶水等问题，也能有效克服能耗高，实际处理后的产物脱水效果低于预期等问题，本发明在高于大气压的条件下，实现含水物料的脱水处理，在高压密闭环境下操作，环境污染小，使用设备简单，脱水效果显著，产物直收率高；分离出的高温高压水可用于蒸汽发电系统，实现节能环保，有利于大规模工业推广与应用。
具体实施方式
27.下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
28.实施例1：本实施例的含水物料为硒渣，成分见表1，
29.表1硒渣的成分
30.成分se水杂质含量(％)65305
31.一种含水物料高压脱水的方法，具体步骤如下：
32.将1000g硒渣调整粒度后倒入聚四氟乙烯内衬中，再将聚四氟乙烯内衬置于密闭反应釜(不锈钢反应釜)内进行电加热至预设温度210℃，通入惰性气体ar气调节压强为3.5mpa，在预设温度210℃和预设压力3.5mpa下，含水物料(硒渣)在无氧状态下保温保压搅拌6h形成固-液两相，经固-液分离装置(筛板)分离得到脱水硒渣；
33.本实施例脱水硒渣的质量为716g，脱水硒渣含水率为2.2％，硒的直收率为91％。
34.实施例2：本实施例的含水物料为硒渣，成分见表2，
35.表2硒渣的成分
36.成分se水杂质含量(％)68248
37.一种含水物料高压脱水的方法，具体步骤如下：
38.将1000g硒渣调整粒度后倒入聚四氟乙烯内衬中，再将聚四氟乙烯内衬置于密闭反应釜(不锈钢反应釜)内进行电加热至预设温度215℃，通入惰性气体he气调节压强为3.8mpa，在预设温度215℃和预设压力3.8mpa下，含水物料(硒渣)在无氧状态下保温保压搅拌6.5h形成固-液两相，经固-液分离装置(聚结板)分离得到脱水硒熔体；
39.本实施例脱水硒熔体的质量为775g，脱水硒熔体含水率为1.9％，硒的直收率为95％。
40.实施例3：本实施例的含水物料为硒渣，成分见表3，
41.表3硒渣的成分
42.成分se水杂质含量(％)70255
43.一种含水物料高压脱水的方法，具体步骤如下：
44.将1000g硒渣调整粒度后倒入聚四氟乙烯内衬中，再将聚四氟乙烯内衬置于密闭反应釜(不锈钢反应釜)内进行电加热至预设温度220℃，通入还原性气体co气调节压强为4.0mpa，在预设温度220℃和预设压力4.0mpa下，含水物料(硒渣)在无氧状态下保温保压搅拌6.3h形成液-液两相，经液-液分离装置(液-液分离罐)分离得到脱水硒熔体；
45.本实施例脱水硒熔体的质量为762g，脱水硒熔体含水率为1.6％，硒的直收率为93％。实施例4：本实施例的含水物料为硫磺渣，成分见表4，
46.表4硫磺渣的成分
47.成分s水杂质含量(％)751015
48.一种含水物料高压脱水的方法，具体步骤如下：
49.将1000g硫磺渣调整粒度后倒入聚四氟乙烯内衬中，再将聚四氟乙烯内衬置于密闭反应釜(水热合成反应釜)内进行电加热至预设温度110℃，通入惰性气体ar气调节压强为200kpa，在预设温度110℃和预设压力200kpa下，含水物料(硫磺渣)在无氧状态下保温保压搅拌6.6h形成固-液两相，经固-液分离装置(筛板)分离得到脱水硫磺；
50.本实施例脱水硫磺的质量为812g，脱水硫磺含水率为1.5％，硫磺的直收率为94％。
51.实施例5：本实施例的含水物料为硫磺渣，成分见表5，
52.表5硫磺渣的成分
53.成分s水杂质含量(％)751510
54.一种含水物料高压脱水的方法，具体步骤如下：
55.将1000g硫磺渣调整粒度后倒入聚四氟乙烯内衬中，再将聚四氟乙烯内衬置于密闭反应釜(水热合成反应釜)内进行电加热至预设温度120℃，通入惰性气体he气调节压强为250kpa，在预设温度120℃和预设压力250kpa下，含水物料(硫磺渣)在无氧状态下保温保压搅拌6.2h形成液-液两相，经液-液分离装置(液-液分离罐)分离得到脱水硫熔体；
56.本实施例脱水硫熔体的质量为852g，脱水硫熔体含水率为0％，硫磺的直收率为98％。实施例6：本实施例的含水物料为硫磺渣，成分见表6，
57.表6硫磺渣的成分
58.成分s水杂质含量(％)702010
59.一种含水物料高压脱水的方法，具体步骤如下：
60.将1000g硫磺渣调整粒度后倒入ppl内衬中，再将ppl内衬置于密闭反应釜(水热合成反应釜)内进行电加热至预设温度140℃，通入还原性气体co气调节压强为300kpa，在预设温度140℃和预设压力300kpa下，含水物料(硫磺渣)在无氧状态下保温保压搅拌6.0h形成液-液两相，经液-液分离装置(液-液离心机)分离得到脱水硫熔体；
61.本实施例脱水硫熔体的质量为800g，脱水硫熔体含水率为0％，硫磺的直收率为97％。实施例7：本实施例的含水物料为铋渣，成分见表7，
62.表7铋渣的成分
63.成分bi水杂质含量(％)254035
64.一种含水物料高压脱水的方法，具体步骤如下：
65.将1000g铋渣调整粒度后倒入聚四氟乙烯内衬中，再将聚四氟乙烯内衬置于密闭反应釜(磁力搅拌反应釜)内进行电加热至预设温度260℃，通入惰性气体ar气调节压强为6mpa，在预设温度260℃和预设压力6mpa下，含水物料(铋渣)在无氧状态下保温保压搅拌6.0h形成固-液两相，经固-液分离装置(筛板)分离得到脱水铋渣；
66.本实施例脱水铋渣的质量为613g，脱水铋渣含水率为2.1％，铋的直收率为95％。
67.实施例8：本实施例的含水物料为铋渣，成分见表8，
68.表8铋渣的成分
69.成分bi水杂质含量(％)353530
70.一种含水物料高压脱水的方法，具体步骤如下：
71.将1000g铋渣调整粒度后倒入聚四氟乙烯内衬中，再将聚四氟乙烯内衬置于密闭反应釜(磁力搅拌反应釜)内进行电加热至预设温度275℃，通入惰性气体he气调节压强为7mpa，在预设温度275℃和预设压力7mpa下，含水物料(铋渣)在无氧状态下保温保压搅拌6.5h形成固-液两相，经固-液分离装置(聚结板)分离得到脱水铋渣；
72.本实施例脱水铋渣的质量为658g，脱水铋渣含水率为1.2％，铋的直收率为96％。
73.实施例9：本实施例的含水物料为铋渣，成分见表9，
74.表9铋渣的成分
75.成分bi水杂质含量(％)552025
76.一种含水物料高压脱水的方法，具体步骤如下：
77.将1000g铋渣调整粒度后倒入聚四氟乙烯内衬中，再将聚四氟乙烯内衬置于密闭反应釜(磁力搅拌反应釜)内进行电加热至预设温度290℃，通入惰性气体ar气调节压强为8mpa，在预设温度290℃和预设压力8mpa下，含水物料(铋渣)在无氧状态下保温保压搅拌6.4h形成液-液两相，经液-液分离装置(液-液离心机)分离得到脱水铋熔体；
78.本实施例脱水铋熔体的质量为809g，脱水铋熔体含水率为1.1％，铋的直收率为94％。实施例10：本实施例的含水物料为海绵铟，成分见表10，
79.表10海绵铟的成分
80.成分铟水杂质含量(％)9082
81.一种含水物料高压脱水的方法，具体步骤如下：
82.将1000g海绵铟调整粒度后倒入聚四氟乙烯内衬中，再将聚四氟乙烯内衬置于密闭反应釜(水热合成反应釜)内进行电加热至预设温度140℃，通入惰性气体he气调节压强为400kpa，在预设温度140℃和预设压力400kpa下，含水物料(海绵铟)在无氧状态下保温保压搅拌6.0h形成固-液两相，经固-液分离装置(筛板)分离得到脱水铟；
83.本实施例脱水铟的质量为927g，脱水铟含水率为0.8％，铟的直收率为96％。
84.实施例11：本实施例的含水物料为锡渣，成分见表11，
85.表11锡渣的成分
86.成分锡水杂质含量(％)501535
87.一种含水物料高压脱水的方法，具体步骤如下：
88.将1000g锡渣调整粒度后倒入聚四氟乙烯内衬中，再将聚四氟乙烯内衬置于密闭反应釜(水热合成反应釜)内进行电加热至预设温度230℃，通入惰性气体ar气调节压强为4mpa，在预设温度230℃和预设压力4mpa下，含水物料(锡渣)在无氧状态下保温保压搅拌6.0h形成固-液两相，经固-液分离装置(筛板)分离得到脱水锡渣；
89.本实施例脱水锡渣的质量为861g，脱水锡渣含水率为1.3％，锡的直收率为94％。
90.实施例12：本实施例的含水物料为铅渣，成分见表12，
91.表12铅渣的成分
92.成分铅水杂质含量(％)553015
93.一种含水物料高压脱水的方法，具体步骤如下：
94.将1000g铅渣调整粒度后倒入ppl内衬中，再将ppl内衬置于密闭反应釜(磁力搅拌反应釜)内进行电加热至预设温度340℃，通入惰性气体ar气调节压强为16mpa，在预设温度
340℃和预设压力16mpa下，含水物料(铅渣)在无氧状态下保温保压搅拌6.0h形成液-液两相，经液-液分离装置(液-液分离罐)分离得到脱水铅熔体；
95.本实施例脱水铅熔体的质量为706g，脱水铅熔体含水率为0.8％，铅的直收率为97％。实施例13：本实施例的含水物料为铜镉渣，成分见表13，
96.表13铜镉渣的成分
97.成分铜镉水杂质含量(％)9163045
98.一种含水物料高压脱水的方法，具体步骤如下：
99.将1000g铜镉渣调整粒度后倒入聚四氟乙烯内衬中，再将聚四氟乙烯内衬置于密闭反应釜(磁力搅拌反应釜)内进行电加热至预设温度340℃，通入惰性气体he气调节压强为16mpa，在预设温度340℃和预设压力16mpa下，含水物料(铜镉渣)在无氧状态下保温保压搅拌6.0h形成液-液两相，经液-液分离装置(液-液离心机)分离得到脱水铜镉熔体；
100.本实施例脱水铜镉熔体的质量为708g，脱水铜镉熔体含水率为1.1％，铜的直收率为91％，镉的直收率为93％。
101.以上对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
技术特征：
1.一种含水物料高压脱水的方法，其特征在于，具体步骤如下：将含水物料置于密闭反应釜内进行加热至预设温度，在预设温度和预设压力下，含水物料在低氧或无氧状态下保温保压搅拌形成液-液两相或固-液两相，经液-液分离或液-固分离得到脱水矿物料，其中含水物料为硒渣、铋渣、硫磺渣、海绵铟、锡渣、铅渣或铜镉渣。2.根据权利要求1所述含水物料高压脱水的方法，其特征在于：硒渣中硒的质量分数为65％～70％，水的质量分数为25％～30％，其他杂质的质量分数为0％～10％；含水物料为硒渣时，预设温度为200～250℃，预设压力为2～6mpa。3.根据权利要求2所述含水物料高压脱水的方法，其特征在于：铋渣中铋的质量分数为20％～55％，水的质量分数为10％～55％，其他杂质的质量分数为25％～35％；含水物料为铋渣时，预设温度为250～290℃，预设压力为3～8mpa。4.根据权利要求1所述含水物料高压脱水的方法，其特征在于：硫磺渣中硫的质量分数为70％～75％，水的质量分数为10％～20％，其他杂质的质量分数为5％～30％；含水物料为硫磺渣时，预设温度为90～140℃，预设压力为101～400kpa。5.根据权利要求1所述含水物料高压脱水的方法，其特征在于：海绵铟中铟的质量分数为90％～98％，水的质量分数为2％～10％，其他杂质的质量分数为1％～6％；含水物料为海绵铟时，预设温度为140～170℃，预设压力为400～900kpa。6.根据权利要求1所述含水物料高压脱水的方法，其特征在于：锡渣中锡的质量分数为30％～50％，水的质量分数为5％～15％，其他杂质的质量分数为15％～35％；含水物料为锡渣时，预设温度为210～270℃，预设压力为200～700kpa。7.根据权利要求1所述含水物料高压脱水的方法，其特征在于：铅渣中铅的质量分数为20％～55％，水的质量分数为10％～30％，其他杂质的质量分数为5％～15％；含水物料为铅渣时，预设温度为300～350℃，预设压力为8～18mpa。8.根据权利要求1所述含水物料高压脱水的方法，其特征在于：铜镉渣中铜的质量分数为1.5～17％，镉的质量分数为2.5％～12％，水的质量分数为8％～30％，其他杂质的质量分数为30％～45％；含水物料为铜镉渣时，预设温度为300～340℃，预设压力为8～16mpa。9.根据权利要求1所述含水物料高压脱水的方法，其特征在于：预设压力通过通入惰性气体和/或还原性气体控制，还原性气体为co、so2或h2。
技术总结
本发明涉及一种含水物料高压脱水的方法，属于冶金与化工领域。本发明将含水物料置于密闭反应釜内进行加热至预设温度，在预设温度和预设压力下，含水物料在低氧或无氧状态下保温保压搅拌形成液-液两相或固-液两相，经液-液分离或液-固分离得到脱水矿物料，其中含水物料为硒渣、铋渣、硫磺渣、海绵铟、锡渣、铅渣或铜镉渣。本发明在高压密闭环境下操作，环境污染小，使用设备简单，脱水效果显著，产物直收率高。高。
