一種含水物料高壓脫水的方法
1.本發明涉及一種含水物料高壓脫水的方法，屬于冶金與化工領域。
背景技術：
2.對于含有一定水分的礦物料進入預定的工藝流程或實驗步驟時，往往會因其較高的含水量，使礦物料的原定參數發生變化，例如礦物料的粒度、粘度、熔沸點、熱傳導性能、電傳導性能和磁性能等，從而影響到后序操作的可行性，惡化生產環境、增加工藝的難度或增加能耗，甚至降低產品的成品率。
3.比如，硒在地殼中的含量為0.05
×
10-6
，通常極難形成工業富集。近代工業提取硒的主要原料(90％)是銅電解精煉所產生的陽極泥，其余來自鉛、鈷、鎳精煉產出的焙砂以及硫酸生產的殘泥等。由于銅電解陽極泥中硒是以硒化合物形式與貴金屬共生，硒含量約5％～25％(質量分數)所以工藝上一般是先回收貴金屬金、銀，然后再回收硒，也可以采用先從陽極泥中回收硒，再產出金銀合金的方法。工業生產硒的方法主要有兩種：一種是將陽極泥氧化焙燒和seo2蒸餾，過程是將氣態seo2焙燒氣體在洗滌塔用溶液捕獲，然后在so2作用下在酸性介質中或用堿液沉淀硒；另一種是在氧化氣氛中加純堿燒結陽極泥，使硒轉化為硒化鈉或硒酸鈉水溶性溶液，過程是在燒結條件下使硒與硒化物氧化為易溶于水的亞硒酸鈉或硒酸鈉，再通過吹洗從溶液中分離出硒。這兩種方法可以針對不同的含硒原料進行硒的制備，并且具有較高的產率。可是兩個方法都存在著初始原料或中間原料含水過高，從而使工藝中的燒結或焙燒環節出現能耗增加，產生許多副產物，降低成品率等問題。
4.現有的脫水處理主要有壓濾、浸出、自然烘干和真空脫水等，可以針對于不同物料的性質選擇一種或幾種處理工藝合理高效的處理。但無論是壓濾、浸出，還是自然烘干，都存在著實際脫水率不高，或只能去除大部分自由水以及一部分結晶水；而且處理的對象通常是含水率較高、粒度較粗的物料，對于含水率不高、比表面積大的物料，由于細顆粒振實密度高，缺乏液態水的排出通道，阻礙了水的脫除，同時細顆粒之間還容易形成大量毛細效應，增強了脫水的難度，脫水效果并不明顯。真空脫水處理少量的含水渣具有較好的效果，但大規模運用時存在的噴料、傳熱慢、能耗高脫水設備結垢等問題，導致實際處理后的產物脫水效果低于預期。
技術實現要素：
5.針對傳統工藝脫水過程中脫水效果不明顯，能耗高等難題，本發明提供一種含水物料高壓脫水的方法，即在高于大氣壓的條件下，實現含水物料的脫水處理，在高壓密閉環境下操作，環境污染小，使用設備簡單，脫水效果顯著，產物直收率高；分離出的高溫高壓水可用于蒸汽發電系統，實現節能環保。
6.一種含水物料高壓脫水的方法，具體步驟如下：
7.將含水物料置于密閉反應釜內進行加熱至預設溫度，在預設溫度和預設壓力下，含水物料在低氧或無氧狀態下保溫保壓攪拌形成液-液兩相或固-液兩相，經液-液分離或
液-固分離得到脫水礦物料，其中含水物料為硒渣、鉍渣、硫磺渣、海綿銦、錫渣、鉛渣或銅鎘渣。
8.所述含水物料高壓脫水的方法中裝置，密閉反應釜可選水熱合成反應釜、不銹鋼反應釜、磁力攪拌反應釜、電加熱反應釜、鋼襯etfe反應釜和pcf系列小型試驗用高壓釜；優選的，密閉反應釜為水熱合成反應釜、不銹鋼反應釜或磁力攪拌反應釜。
9.所述密閉反應釜可以用鋼襯、鈦合金、聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、ppl為內襯，優選聚四氟乙烯或ppl內襯。
10.所述加熱方式根據選用的密閉反應釜而定，可以有電加熱、熱水加熱、導熱油循環加熱和外(內)盤管加熱等；冷卻方式可以有夾套冷卻和釜內盤管冷卻；攪拌形式可以有錨式、槳式、渦輪式、推進式和框式等，攪拌裝置在高徑比較大時，可用多層攪拌槳葉。
11.所述保溫保壓攪拌1～12h，優選1～8h。
12.所述硒渣中硒的質量分數為65％～70％，水的質量分數為25％～30％，其他雜質的質量分數為0％～10％；含水物料為硒渣時，預設溫度為200～250℃，預設壓力為2～6mpa。
13.所述鉍渣中鉍的質量分數為20％～55％，水的質量分數為10％～55％，其他雜質的質量分數為25％～35％；含水物料為鉍渣時，預設溫度為250～290℃，預設壓力為3～8mpa。
14.所述硫磺渣中硫的質量分數為70％～75％，水的質量分數為10％～20％，其他雜質的質量分數為5％～30％；含水物料為硫磺渣時，預設溫度為90～140℃，預設壓力為101～400kpa。
15.所述海綿銦中銦的質量分數為90％～98％，水的質量分數為2％～10％，其他雜質的質量分數為1％～6％；含水物料為海綿銦時，預設溫度為140～170℃，預設壓力為400～900kpa。
16.所述錫渣中錫的質量分數為30％～50％，水的質量分數為5％～15％，其他雜質的質量分數為15％～35％；含水物料為錫渣時，預設溫度為210～270℃，預設壓力為200～700kpa。
17.所述鉛渣中鉛的質量分數為20％～55％，水的質量分數為10％～30％，其他雜質的質量分數為5％～15％；含水物料為鉛渣時，預設溫度為300～350℃，預設壓力為8～18mpa。
18.所述銅鎘渣中銅的質量分數為1.5％～17％，鎘的質量分數為2.5％～12％，水的質量分數為8％～30％，其他雜質的質量分數為30％～45％；含水物料為銅鎘渣時，預設溫度為300～340℃，預設壓力為8～16mpa。
19.所述預設壓力通過通入惰性氣體和/或還原性氣體控制，惰性氣體為he、ne或ar，還原性氣體為co、so2或h2。
20.所述液-液分離的設備可以選用液-液分離罐、液-液分離濾芯、傾析器和液-液離心機，液-固分離的設備可以選用篩板、聚結板、疏水不銹鋼和板框壓濾機。
21.含水物料高壓脫水的原理：
22.基于氣液相平衡原理，液體的沸點跟外部壓強有關，液態水分子一方面在沸騰時，在其內部所形成的氣泡中的飽和蒸汽壓與外界施予的壓強相等，此時氣泡長大并上升；另
一方面由液態水躍到空中成為氣態水，迫于其它水蒸氣撞擊，氣態水有變為液態的趨勢，即水相變過程中聚集態變為分散態需要吸收能量壓力越大水氣化的難度越大，因此，壓強越大，沸點越高。通過加壓的方式，使水在100℃以上的溫度下依然呈液態形式，含水物料可能出現兩種情況：一種是形成液-液兩相，此時水呈液態，渣達到熔點后熔化形成液相，渣相與水相通過密度差實現含水物料的液-液分離，從而實現物料的脫水。另一種是形成液-固兩相，此時水依然呈液態，渣在加熱加壓過程達不到熔化狀態，但渣在高溫水體系下被燒結，渣相間的小顆粒會聚集生長，由細粒變成固態大顆粒，最終脫除大部分表面附著水和孔隙水，大大降低了含水量。根據反應動力學及熱力學原理小顆粒粒徑小，比表面積大，吸附位點較多，會帶有較多的表面附著水；同時小顆粒孔隙小，毛細現象嚴重，會增加顆粒中的毛細水。晶體顆粒生長的驅動力是降低界面總能，由比表面積大的小顆粒聚集成比表面積小的大顆粒是一個符合動力學的過程；
23.以加熱加壓的方式對礦物料進行脫水處理，熱量除了以熱傳導的方式傳遞以外，還可以通過液態水分子和渣之間的對流實現熱傳導，高壓條件下氣相也會形成強對流及熱輻射條件，進一步增強了礦物料之間的熱傳遞，提高了熱能利用率；改善了渣相導熱系數及流動性等問題對熱量傳遞的限制，解決了含水物料溫度分布不均，脫水能耗高的問題，提高了熱能的利用，防止了噴料、傳熱慢、設備結垢等問題的發生。
24.本發明的有益效果是：
25.(1)本發明基于氣液相平衡、冶金熱力學及動力學原理，利用加壓的方法使水在高溫下保持液態、提高渣相間熱量的交換與傳遞，高壓使水的沸點上升，讓水在高于100℃時仍能保持液態，可以在達到礦物料熔點時，礦物料與水出現液-液兩相或液-固兩相；比如，硒渣形成液-液兩相是因為硒達到熔點融化與液態水不互溶，使水和硒分離充分；礦物料形成液-固兩相是在加熱加壓過程中可能小晶體顆粒間發生聚集生長，生成比表面積小的大顆粒，降低了對水的吸附；兩種情況均有效克服實際脫水率不高，或只能去除大部分自由水以及一部分結晶水等問題；并且，高溫高壓下，增強了熱傳遞過程，解決了大量處理含水渣時存在的噴料、傳熱慢、能耗高脫水設備結垢，實際處理的產物脫水效果低于預期的困境；
26.(2)本發明方法不僅解決了只能去除大部分自由水以及一部分結晶水等問題，也能有效克服能耗高，實際處理后的產物脫水效果低于預期等問題，本發明在高于大氣壓的條件下，實現含水物料的脫水處理，在高壓密閉環境下操作，環境污染小，使用設備簡單，脫水效果顯著，產物直收率高；分離出的高溫高壓水可用于蒸汽發電系統，實現節能環保，有利于大規模工業推廣與應用。
具體實施方式
27.下面結合具體實施方式對本發明作進一步詳細說明，但本發明的保護范圍并不限于所述內容。
28.實施例1：本實施例的含水物料為硒渣，成分見表1，
29.表1硒渣的成分
30.成分se水雜質含量(％)65305
31.一種含水物料高壓脫水的方法，具體步驟如下：
32.將1000g硒渣調整粒度后倒入聚四氟乙烯內襯中，再將聚四氟乙烯內襯置于密閉反應釜(不銹鋼反應釜)內進行電加熱至預設溫度210℃，通入惰性氣體ar氣調節壓強為3.5mpa，在預設溫度210℃和預設壓力3.5mpa下，含水物料(硒渣)在無氧狀態下保溫保壓攪拌6h形成固-液兩相，經固-液分離裝置(篩板)分離得到脫水硒渣；
33.本實施例脫水硒渣的質量為716g，脫水硒渣含水率為2.2％，硒的直收率為91％。
34.實施例2：本實施例的含水物料為硒渣，成分見表2，
35.表2硒渣的成分
36.成分se水雜質含量(％)68248
37.一種含水物料高壓脫水的方法，具體步驟如下：
38.將1000g硒渣調整粒度后倒入聚四氟乙烯內襯中，再將聚四氟乙烯內襯置于密閉反應釜(不銹鋼反應釜)內進行電加熱至預設溫度215℃，通入惰性氣體he氣調節壓強為3.8mpa，在預設溫度215℃和預設壓力3.8mpa下，含水物料(硒渣)在無氧狀態下保溫保壓攪拌6.5h形成固-液兩相，經固-液分離裝置(聚結板)分離得到脫水硒熔體；
39.本實施例脫水硒熔體的質量為775g，脫水硒熔體含水率為1.9％，硒的直收率為95％。
40.實施例3：本實施例的含水物料為硒渣，成分見表3，
41.表3硒渣的成分
42.成分se水雜質含量(％)70255
43.一種含水物料高壓脫水的方法，具體步驟如下：
44.將1000g硒渣調整粒度后倒入聚四氟乙烯內襯中，再將聚四氟乙烯內襯置于密閉反應釜(不銹鋼反應釜)內進行電加熱至預設溫度220℃，通入還原性氣體co氣調節壓強為4.0mpa，在預設溫度220℃和預設壓力4.0mpa下，含水物料(硒渣)在無氧狀態下保溫保壓攪拌6.3h形成液-液兩相，經液-液分離裝置(液-液分離罐)分離得到脫水硒熔體；
45.本實施例脫水硒熔體的質量為762g，脫水硒熔體含水率為1.6％，硒的直收率為93％。實施例4：本實施例的含水物料為硫磺渣，成分見表4，
46.表4硫磺渣的成分
47.成分s水雜質含量(％)751015
48.一種含水物料高壓脫水的方法，具體步驟如下：
49.將1000g硫磺渣調整粒度后倒入聚四氟乙烯內襯中，再將聚四氟乙烯內襯置于密閉反應釜(水熱合成反應釜)內進行電加熱至預設溫度110℃，通入惰性氣體ar氣調節壓強為200kpa，在預設溫度110℃和預設壓力200kpa下，含水物料(硫磺渣)在無氧狀態下保溫保壓攪拌6.6h形成固-液兩相，經固-液分離裝置(篩板)分離得到脫水硫磺；
50.本實施例脫水硫磺的質量為812g，脫水硫磺含水率為1.5％，硫磺的直收率為94％。
51.實施例5：本實施例的含水物料為硫磺渣，成分見表5，
52.表5硫磺渣的成分
53.成分s水雜質含量(％)751510
54.一種含水物料高壓脫水的方法，具體步驟如下：
55.將1000g硫磺渣調整粒度后倒入聚四氟乙烯內襯中，再將聚四氟乙烯內襯置于密閉反應釜(水熱合成反應釜)內進行電加熱至預設溫度120℃，通入惰性氣體he氣調節壓強為250kpa，在預設溫度120℃和預設壓力250kpa下，含水物料(硫磺渣)在無氧狀態下保溫保壓攪拌6.2h形成液-液兩相，經液-液分離裝置(液-液分離罐)分離得到脫水硫熔體；
56.本實施例脫水硫熔體的質量為852g，脫水硫熔體含水率為0％，硫磺的直收率為98％。實施例6：本實施例的含水物料為硫磺渣，成分見表6，
57.表6硫磺渣的成分
58.成分s水雜質含量(％)702010
59.一種含水物料高壓脫水的方法，具體步驟如下：
60.將1000g硫磺渣調整粒度后倒入ppl內襯中，再將ppl內襯置于密閉反應釜(水熱合成反應釜)內進行電加熱至預設溫度140℃，通入還原性氣體co氣調節壓強為300kpa，在預設溫度140℃和預設壓力300kpa下，含水物料(硫磺渣)在無氧狀態下保溫保壓攪拌6.0h形成液-液兩相，經液-液分離裝置(液-液離心機)分離得到脫水硫熔體；
61.本實施例脫水硫熔體的質量為800g，脫水硫熔體含水率為0％，硫磺的直收率為97％。實施例7：本實施例的含水物料為鉍渣，成分見表7，
62.表7鉍渣的成分
63.成分bi水雜質含量(％)254035
64.一種含水物料高壓脫水的方法，具體步驟如下：
65.將1000g鉍渣調整粒度后倒入聚四氟乙烯內襯中，再將聚四氟乙烯內襯置于密閉反應釜(磁力攪拌反應釜)內進行電加熱至預設溫度260℃，通入惰性氣體ar氣調節壓強為6mpa，在預設溫度260℃和預設壓力6mpa下，含水物料(鉍渣)在無氧狀態下保溫保壓攪拌6.0h形成固-液兩相，經固-液分離裝置(篩板)分離得到脫水鉍渣；
66.本實施例脫水鉍渣的質量為613g，脫水鉍渣含水率為2.1％，鉍的直收率為95％。
67.實施例8：本實施例的含水物料為鉍渣，成分見表8，
68.表8鉍渣的成分
69.成分bi水雜質含量(％)353530
70.一種含水物料高壓脫水的方法，具體步驟如下：
71.將1000g鉍渣調整粒度后倒入聚四氟乙烯內襯中，再將聚四氟乙烯內襯置于密閉反應釜(磁力攪拌反應釜)內進行電加熱至預設溫度275℃，通入惰性氣體he氣調節壓強為7mpa，在預設溫度275℃和預設壓力7mpa下，含水物料(鉍渣)在無氧狀態下保溫保壓攪拌6.5h形成固-液兩相，經固-液分離裝置(聚結板)分離得到脫水鉍渣；
72.本實施例脫水鉍渣的質量為658g，脫水鉍渣含水率為1.2％，鉍的直收率為96％。
73.實施例9：本實施例的含水物料為鉍渣，成分見表9，
74.表9鉍渣的成分
75.成分bi水雜質含量(％)552025
76.一種含水物料高壓脫水的方法，具體步驟如下：
77.將1000g鉍渣調整粒度后倒入聚四氟乙烯內襯中，再將聚四氟乙烯內襯置于密閉反應釜(磁力攪拌反應釜)內進行電加熱至預設溫度290℃，通入惰性氣體ar氣調節壓強為8mpa，在預設溫度290℃和預設壓力8mpa下，含水物料(鉍渣)在無氧狀態下保溫保壓攪拌6.4h形成液-液兩相，經液-液分離裝置(液-液離心機)分離得到脫水鉍熔體；
78.本實施例脫水鉍熔體的質量為809g，脫水鉍熔體含水率為1.1％，鉍的直收率為94％。實施例10：本實施例的含水物料為海綿銦，成分見表10，
79.表10海綿銦的成分
80.成分銦水雜質含量(％)9082
81.一種含水物料高壓脫水的方法，具體步驟如下：
82.將1000g海綿銦調整粒度后倒入聚四氟乙烯內襯中，再將聚四氟乙烯內襯置于密閉反應釜(水熱合成反應釜)內進行電加熱至預設溫度140℃，通入惰性氣體he氣調節壓強為400kpa，在預設溫度140℃和預設壓力400kpa下，含水物料(海綿銦)在無氧狀態下保溫保壓攪拌6.0h形成固-液兩相，經固-液分離裝置(篩板)分離得到脫水銦；
83.本實施例脫水銦的質量為927g，脫水銦含水率為0.8％，銦的直收率為96％。
84.實施例11：本實施例的含水物料為錫渣，成分見表11，
85.表11錫渣的成分
86.成分錫水雜質含量(％)501535
87.一種含水物料高壓脫水的方法，具體步驟如下：
88.將1000g錫渣調整粒度后倒入聚四氟乙烯內襯中，再將聚四氟乙烯內襯置于密閉反應釜(水熱合成反應釜)內進行電加熱至預設溫度230℃，通入惰性氣體ar氣調節壓強為4mpa，在預設溫度230℃和預設壓力4mpa下，含水物料(錫渣)在無氧狀態下保溫保壓攪拌6.0h形成固-液兩相，經固-液分離裝置(篩板)分離得到脫水錫渣；
89.本實施例脫水錫渣的質量為861g，脫水錫渣含水率為1.3％，錫的直收率為94％。
90.實施例12：本實施例的含水物料為鉛渣，成分見表12，
91.表12鉛渣的成分
92.成分鉛水雜質含量(％)553015
93.一種含水物料高壓脫水的方法，具體步驟如下：
94.將1000g鉛渣調整粒度后倒入ppl內襯中，再將ppl內襯置于密閉反應釜(磁力攪拌反應釜)內進行電加熱至預設溫度340℃，通入惰性氣體ar氣調節壓強為16mpa，在預設溫度
340℃和預設壓力16mpa下，含水物料(鉛渣)在無氧狀態下保溫保壓攪拌6.0h形成液-液兩相，經液-液分離裝置(液-液分離罐)分離得到脫水鉛熔體；
95.本實施例脫水鉛熔體的質量為706g，脫水鉛熔體含水率為0.8％，鉛的直收率為97％。實施例13：本實施例的含水物料為銅鎘渣，成分見表13，
96.表13銅鎘渣的成分
97.成分銅鎘水雜質含量(％)9163045
98.一種含水物料高壓脫水的方法，具體步驟如下：
99.將1000g銅鎘渣調整粒度后倒入聚四氟乙烯內襯中，再將聚四氟乙烯內襯置于密閉反應釜(磁力攪拌反應釜)內進行電加熱至預設溫度340℃，通入惰性氣體he氣調節壓強為16mpa，在預設溫度340℃和預設壓力16mpa下，含水物料(銅鎘渣)在無氧狀態下保溫保壓攪拌6.0h形成液-液兩相，經液-液分離裝置(液-液離心機)分離得到脫水銅鎘熔體；
100.本實施例脫水銅鎘熔體的質量為708g，脫水銅鎘熔體含水率為1.1％，銅的直收率為91％，鎘的直收率為93％。
101.以上對本發明的具體實施方式作了詳細說明，但是本發明并不限于上述實施方式，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本發明宗旨的前提下作出各種變化。
技術特征：
1.一種含水物料高壓脫水的方法，其特征在于，具體步驟如下：將含水物料置于密閉反應釜內進行加熱至預設溫度，在預設溫度和預設壓力下，含水物料在低氧或無氧狀態下保溫保壓攪拌形成液-液兩相或固-液兩相，經液-液分離或液-固分離得到脫水礦物料，其中含水物料為硒渣、鉍渣、硫磺渣、海綿銦、錫渣、鉛渣或銅鎘渣。2.根據權利要求1所述含水物料高壓脫水的方法，其特征在于：硒渣中硒的質量分數為65％～70％，水的質量分數為25％～30％，其他雜質的質量分數為0％～10％；含水物料為硒渣時，預設溫度為200～250℃，預設壓力為2～6mpa。3.根據權利要求2所述含水物料高壓脫水的方法，其特征在于：鉍渣中鉍的質量分數為20％～55％，水的質量分數為10％～55％，其他雜質的質量分數為25％～35％；含水物料為鉍渣時，預設溫度為250～290℃，預設壓力為3～8mpa。4.根據權利要求1所述含水物料高壓脫水的方法，其特征在于：硫磺渣中硫的質量分數為70％～75％，水的質量分數為10％～20％，其他雜質的質量分數為5％～30％；含水物料為硫磺渣時，預設溫度為90～140℃，預設壓力為101～400kpa。5.根據權利要求1所述含水物料高壓脫水的方法，其特征在于：海綿銦中銦的質量分數為90％～98％，水的質量分數為2％～10％，其他雜質的質量分數為1％～6％；含水物料為海綿銦時，預設溫度為140～170℃，預設壓力為400～900kpa。6.根據權利要求1所述含水物料高壓脫水的方法，其特征在于：錫渣中錫的質量分數為30％～50％，水的質量分數為5％～15％，其他雜質的質量分數為15％～35％；含水物料為錫渣時，預設溫度為210～270℃，預設壓力為200～700kpa。7.根據權利要求1所述含水物料高壓脫水的方法，其特征在于：鉛渣中鉛的質量分數為20％～55％，水的質量分數為10％～30％，其他雜質的質量分數為5％～15％；含水物料為鉛渣時，預設溫度為300～350℃，預設壓力為8～18mpa。8.根據權利要求1所述含水物料高壓脫水的方法，其特征在于：銅鎘渣中銅的質量分數為1.5～17％，鎘的質量分數為2.5％～12％，水的質量分數為8％～30％，其他雜質的質量分數為30％～45％；含水物料為銅鎘渣時，預設溫度為300～340℃，預設壓力為8～16mpa。9.根據權利要求1所述含水物料高壓脫水的方法，其特征在于：預設壓力通過通入惰性氣體和/或還原性氣體控制，還原性氣體為co、so2或h2。
技術總結
本發明涉及一種含水物料高壓脫水的方法，屬于冶金與化工領域。本發明將含水物料置于密閉反應釜內進行加熱至預設溫度，在預設溫度和預設壓力下，含水物料在低氧或無氧狀態下保溫保壓攪拌形成液-液兩相或固-液兩相，經液-液分離或液-固分離得到脫水礦物料，其中含水物料為硒渣、鉍渣、硫磺渣、海綿銦、錫渣、鉛渣或銅鎘渣。本發明在高壓密閉環境下操作，環境污染小，使用設備簡單，脫水效果顯著，產物直收率高。高。
