CN111573729A - 一种连续还原制取三氧化二砷的系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及三氧化二砷制备技术，尤其涉及一种连续还原制取三氧化二砷的系统及其方法。系统包括：多级还原结晶装置、冷却装置、控制装置和自动抽出装置；多级还原结晶装置的一端通过管路分别与还原性气源和含砷液的储槽连接，另一端与自动抽出装置连接，控制装置安装在管路上，冷却装置安装在多级还原结晶装置的最后一级的还原性气体的管路上。本发明的系统可连续进料，物料成份波动小，还原效果稳定，由于一次还原槽内初始砷浓度较低，还原产生的颗粒大，干燥包装效果好，三次罗茨风机出口安装了水冷却器，三次还原槽内的温度显著降低，三价砷在液相中的饱和度下降，还原效果提升，且可以实现自动化，实现无人值守，具有很好的推广和应用前景。

Description

一种连续还原制取三氧化二砷的系统及其方法

技术领域

本发明涉及三氧化二砷制备技术，尤其涉及一种采用SO₂还原高砷液湿法的连续还原制取三氧化二砷的系统及其方法。

背景技术

现有的湿法生产三氧化二砷过程中一般采用的是液态SO₂还原或用冶炼净化烟气还原，但多采用的是单槽间歇式还原，操作量大，无法实现全自动控制；同时由于不同批次的液相成份波动大，导致工艺参数调整困难，还原达不到预期的效果；由于还原初期液相含砷浓度高，还原时结晶推动力大，结晶速度快，结晶颗粒细小，不利于后期的干燥包装。

发明内容

本发明提供一种连续还原生产三氧化二砷的方法，为湿法制取三氧化二砷提供一种还原方法，此方法可以极大的提高自动化程度，同时因为是连续进料，物料成份波动小，还原效果稳定，由于一次还原槽内初始砷浓度较低，还原产生的颗粒大，干燥包装效果好。由于三次罗茨风机出口安装了水冷却器，三次还原槽内的温度显著降低，三价砷在液相中的饱和度下降，还原效果提升。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种连续还原制取三氧化二砷的系统，该装置包括：多级还原结晶装置、冷却装置、控制装置和自动抽出装置；

所述多级还原结晶装置，用于将含砷液吸入，并利用还原性气体对含砷液进行多级还原处理，得到结晶颗粒；

所述冷却装置，用于对最后一级还原性气体进行冷却，同时实现液相温度的冷却，以降低结晶的饱和度，增加结晶效率；

所述控制装置，用于控制还原性气体和含砷液的流量；

所述自动抽出装置，用于将还原后的剩余的液体抽出，

其中，所述多级还原结晶装置的一端通过管路分别与还原性气源和含砷液的储槽连接，另一端与所述自动抽出装置连接，所述控制装置安装在管路上，所述冷却装置安装在所述多级还原结晶装置的最后一级的还原性气体的管路上。

进一步，所述装置还包括气体回收装置，所述气体回收装置用于将多余还原性气体回收，并集中处理；

其中，所述气体回收装置包括回收管路、集气风机和尾气处理装置，所述集气风机的一端通过所述回收管路与所述多级还原结晶装置连接，另一端与所述尾气处理装置连接。

进一步，所述多级还原结晶装置包括：供液泵、一次还原槽、二次还原槽、三次还原槽、一次罗茨风机、二次罗茨风机和三次罗茨风机、

其中，所述供液泵通过管路与所述一次还原槽的一端连接，所述一次还原槽底部的一端通过管路与所述二次还原槽底部一端连接、所述二次还原槽底部的另一端通过管路与所述三次还原槽底部的一端连接；

所述一次罗茨风机一端通过管路与所述一次还原槽连接，所述二次罗茨风机一端通过管路与所述二次还原槽连接，所述三次罗茨风机一端通过管路与所述三次还原槽连接，所述一次罗茨风机、二次罗茨风机和三次罗茨风机的另一端均与还原性气源连接。

进一步，所述冷却装置设置在所述三次罗茨风机和所述三次还原槽之间的管路上，且所述冷却装置为水冷却器。

进一步，所述控制装置包括流量计、气动调节阀和DCS系统；

其中，所述流量计和气动调节阀设置在所述供液泵与所述一次还原槽之间的管路上，且所述DSC控制系统与所述流量计和气动调节阀控制连接。

进一步，所述自动抽出装置包括脱吸槽与抽出泵和脱吸罗茨风机；

其中，所述三次还原槽的底部通过管路与所述脱吸槽底部连接，脱吸槽通过管道与抽出泵相连，

所述脱吸罗茨风机一端与空气源连接，另一端通过管路与所述脱吸槽的顶部连接。

进一步所述一次还原槽、二次还原槽、三次还原槽和脱吸槽上均设有搅拌装置；

所述储槽、一次还原槽、二次还原槽、三次还原槽和脱吸槽内均设有液位检测传感器；

所述搅拌装置和液位检测传感器均与DSC控制系统连接。

本发明的另一目的是提供一种采用上述的系统的连续还原制取三氧化二砷方法，该方法具体包括以下步骤：

S1)系统启动，将自氧化工序氧化后的含砷液由气动调节阀根据流量计的设定值进行自动调节送至多级还原处理装置，多级还原处理装置利用还原性气体对含砷液进行多级还原处理；

S2)当自动抽出装置检测到被还原处理后得到三氧化二砷悬浊液的液位为达到总容量的80％时抽出三氧化二砷悬浊液，低总容量的80％时停止抽出；

S3)将抽出三氧化二砷悬浊液输送至离心分离工序，生产出三氧化二砷颗粒，达到国家一级品的标准(GB26721-2011)。

即三氧化二砷的白度≥60％，三氧化二砷为白色或灰白色颗粒或粉末，三氧化二砷的含量不低于99.5％，杂质中Cu＜0.005％，Zn＜0.001％,Fe＜0.002％,Pb＜0.001％,Bi＜0.001％。

进一步，所述S1)中的含砷液中砷的主要形态的为五价砷，以砷酸的形式存在于液相中，浓度在30～150g/l之间。

进一步，所述S2)中还原性气体为浓度为8～15％的SO₂烟气或SO₂气体，所述SO₂烟气为冶炼烟气净化后的含SO₂烟气。

本发明的有益效果是：由于采用上述技术方案，本发明不仅可以保证湿法制取三氧化二砷工艺中砷的还原制取，还可以保证制取的三氧化二砷颗粒粗，利于干燥包装，最主要是可以实现自动化，实现无人值守，具有很好的推广和应用前景。

附图说明：

图1为本发明一种连续还原制取三氧化二砷的系统的结构示意图。

图中：

1.储槽；2.一次还原槽；3.二次还原槽；4.三次还原槽；5.脱吸槽；6.供液泵；7.抽出泵；8.一次罗茨风机；9.二次罗茨风机；10.三次罗茨风机；11.脱吸罗茨风机；12.集气风机；13.水冷却器；14.流量计；15.气动调节阀；16.DSC控制系统；17，搅拌装置；18.尾气处理装置；19.回收管路；20.液位检测传感器。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。

如图1所示，本发明一种连续还原制取三氧化二砷的系统，该装置包括：多级还原结晶装置、冷却装置13、控制装置和自动抽出装置；

所述多级还原结晶装置，用于将含砷液吸入，并利用还原性气体对含砷液进行多级还原处理，得到结晶颗粒；

所述冷却装置13，用于对最后一级还原性气体进行冷却，同时实现液相温度的冷却，以降低结晶的饱和度，增加结晶效率；

所述控制装置，用于控制还原性气体和含砷液的流量；

所述自动抽出装置，用于将还原后的剩余的液体抽出，

其中，所述多级还原结晶装置的一端通过管路分别与还原性气源和含砷液的储槽连接，另一端与所述自动抽出装置连接，所述控制装置安装在管路上，所述冷却装置安装在所述多级还原结晶装置的最后一级的还原性气体的管路上。

所述装置还包括气体回收装置，所述气体回收装置用于将多余还原性气体回收，并集中处理；

其中，所述气体回收装置包括回收管路19、集气风机12和尾气处理装置18，所述集气风机12的一端通过所述回收管路19与所述多级还原结晶装置连接，另一端与所述尾气处理装置18连接。

所述三氧化二砷结晶装置包括：供液泵6、一次还原槽2、二次还原槽3、三次还原槽4、一次罗茨风机8、二次罗茨风机9和三次罗茨风机10、

其中，所述供液泵通6过管路与所述一次还原槽2的一端连接，所述一次还原槽3底部的一端通过管路与所述二次还原槽3底部一端连接、所述二次还原槽3底部的另一端通过管路与所述三次还原槽4底部的一端连接；

所述一次罗茨风机8一端通过管路与所述一次还原槽2连接，所述二次罗茨风机9一端通过管路与所述二次还原槽3连接，所述三次罗茨风机10一端通过管路与所述三次还原槽4连接，所述一次罗茨风机2、二次罗茨风机3和三次罗茨风机4的另一端均与还原性气源连接。

所述冷却装置13设置在所述三次罗茨风机10和所述三次还原槽4之间的管路上，且所述冷却装置13为水冷却器。

所述控制装置包括流量计14、气动调节阀15和DSC控制系统16；

其中，所述流量计14和气动调节阀15设置在所述供液泵与所述一次还原槽之间的管路上，且所述DSC控制系统16与所述流量计14和气动调节阀15控制连接。

所述自动抽出装置包括脱吸槽5与抽出泵7和脱吸罗茨风机11；

其中，所述三次还原槽的底部通过管路与所述脱吸槽5底部连接，脱吸槽5通过管道与抽出泵7相连，

所述脱吸罗茨风机11的一端与空气源连接，另一端通过管路与所述脱吸槽5的顶部连接。

所述一次还原槽2、二次还原槽3和三次还原槽4上均设有搅拌装置17；

所述储槽1、一次还原槽2、二次还原槽3、三次还原槽4和脱吸槽5内均设有用于检测液位的液位检测传感器20；

所述搅拌装置17和液位检测传感器20均与DSC控制系统连接。

一种采用上述连续还原制取三氧化二砷的系统制备连续还原制取三氧化二砷的方法，

S1)系统启动，将自氧化工序氧化后的含砷液由气动调节阀根据流量计的设定值进行自动调节送至多级还原处理装置，多级还原处理装置利用还原性气体对含砷液进行多级还原处理；

S2)当自动抽出装置检测到被还原处理后得到三氧化二砷悬浊液的液位为达到总容量的80％时抽出三氧化二砷悬浊液，低总容量的80％时停止抽出；

S3)将抽出三氧化二砷悬浊液输送至离心分离工序，生产出三氧化二砷颗粒，达到国家一级品的标准。

所述的方法采用三级连续还原(可根据供液量的大小及液相含砷浓度减少或增加还原槽数量)。

实施例：

如图1所示，存储含砷液的储槽1与供液泵6及一次还原槽2管道相连，流量计14与气动调节阀15在供液泵6及一次还原槽2连接管道上，一次还原槽2、二次还原槽3、三次还原槽4、脱吸槽5通过底部连接管道相连，脱吸槽5与抽出泵7管道相连，一次罗茨风机8、二次罗茨风机9、三次罗茨风机10分别与一次还原槽2、二次还原槽3、三次还原槽4通过管道相连，脱吸罗茨风机11与脱吸槽5通过管道相连，水冷却器13在三次罗茨风机10与三次还原槽4连接管道上，集气风机12与一次还原槽2、二次还原槽3、三次还原槽4、脱吸槽5通过顶部管道相连；一次还原槽2、二次还原槽3、三次还原槽4和脱吸槽5内均设有搅拌装置17，所述储槽1、一次还原槽2、二次还原槽3、三次还原槽4和脱吸槽5内均设有用于检测液位的液位检测传感器20；

供液泵6、抽出泵7、一次罗茨风机8、二次罗茨风机9、三次罗茨风机10、集气风机12、流量计14与气动调节阀15、搅拌装置17、和液位检测传感器20均与DSC控制系统16连接。

所述的一次还原槽(带搅拌装置)2、二次还原槽(带搅拌装置)3、三次还原槽(带搅拌装置)4、脱吸槽(带搅拌装置)5采用的是底部相连，因结晶颗粒的大小决定连接管的高度，防止颗粒在底部沉降，导致管道堵塞。同时还原过程中搅拌装置必须运行，底部连接管径足够大，且连接管长度足够短，槽内液相在搅拌的过程中可以不停的对管内壁进行冲刷，防止结晶的过程中管道结垢。

所述的水冷却器13目的是对三次罗茨风机出口的SO₂进行降温，同时降低三次还原槽的液相温度，降低结晶的饱和度，增加结晶效率。

所述的流量计14与气动调节阀15作用是自动调节控制连续还原槽的进液流量，精确控制反应程度，其中液流量的大小根据液相含砷浓度、还原槽体积、SO₂烟气量及浓度决定。

一种采用上述连续还原制取三氧化二砷的系统制备连续还原制取三氧化二砷的方法，该方法具体包括以下步骤：

S1)启动供液泵，将自氧化工序氧化后的含砷液，送至一次还原槽，并通过底部连通管进依次进入二次还原槽和三次还原槽中，液量由气动调节阀根据流量计的设定值进行自动调节；

S2)开启罗茨风机对一次还原槽、二次还原槽和三次还原槽吹还原性烟气，还原的过程中开启搅拌装置，并启动水冷却器中通入低温的循环水对三次罗茨风机出口烟气进行降温，同时设置抽出泵与脱吸槽液位联锁，当脱吸槽的液位为达到80％时启动抽出泵，低于60％停止；

S3)产生的三氧化二砷悬浊液输送至离心分离工序，生产出三氧化二砷颗粒，达到国家一级品的标准。

所述S1)中的含砷液中砷的主要形态的为五价砷，以砷酸的形式存在于液相中，浓度在30～150g/l之间。

所述S2)中还原性气体为浓度为8～15％的SO₂烟气或SO₂气体，所述SO₂烟气为冶炼烟气净化后的含SO₂烟气。

所述供液泵和抽出泵均为工业离心泵。

实施例：

自氧化工序氧化后的含砷液(砷的主要形态的为五价砷，以砷酸的形式存在于液相中，浓度在30～150g/l之间)，进入储槽1进行储存到一定量(至能够开启连续还原工序的液量)后，由供液泵6泵送至一次还原槽2，并通过底部连通管进至二次还原槽3、三次还原槽4中，液量由气动调节阀15根据流量计14的设定值进行自动调节，开启一次罗茨风机8、二次罗茨风机9和三次罗茨风机10分别对一次还原槽2、二次还原槽3、三次还原槽4中吹SO₂烟气，还原的过程中开启搅拌装置17，初次进行续先将还原槽内的液相充分还原后再连通至脱吸槽5，开启集中风机12进行脱却SO₂₁气体，设置抽出泵7与脱吸槽5液位联锁，控制脱吸槽5液位60～80％(例如最低液位60％，最高液位80％)，在一次还原槽2中约可以还原总砷的50％，二次还原槽3约可以还原总砷的25％，三次还原槽4还原剩余的五价砷，结晶过程在三个还原槽中皆有进行，产生的三氧化二砷悬浊液输送至离心分离工序，生产出三氧化二砷可以达到国家一级品的标准。

还原的过程中在水冷却器13中通入低温的循环水对三次罗茨风机10出口烟气进行降温，约可以降低10℃左右。

以上对本申请实施例所提供的一种连续还原制取三氧化二砷的系统及其方法，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。

Claims (10)

1.一种连续还原制取三氧化二砷的系统，其特征在于：该装置包括：多级还原结晶装置、冷却装置、控制装置和自动抽出装置；

所述多级还原结晶装置，用于将含砷液吸入，并利用还原性气体对含砷液进行多级还原处理；

所述冷却装置，用于对最后一级还原性气体进行冷却，同时实现液相温度的冷却，以降低结晶的饱和度，增加结晶效率；

所述控制装置，用于控制还原性气体和含砷液的流量；

所述自动抽出装置，用于将还原后的悬浊液抽出，

其中，所述多级还原结晶装置的一端通过管路分别与还原性气源和含砷液的储槽连接，另一端与所述自动抽出装置连接，所述控制装置安装在管路上，所述冷却装置安装在所述多级还原结晶装置的最后一级的还原性气体的管路上。

2.根据权利要求1所述的连续还原制取三氧化二砷的系统，其特征在于：

所述系统还包括气体回收装置，所述气体回收装置用于将多余还原性气体回收，并集中处理；

其中，所述气体回收装置包括回收管路、集气风机和尾气处理装置，所述集气风机的一端通过所述回收管路与所述多级还原结晶装置连接，另一端与所述尾气处理装置连接。

3.根据权利要求1或2所述的连续还原制取三氧化二砷的系统，其特征在于：所述多级还原结晶装置包括：供液泵、一次还原槽、二次还原槽、三次还原槽、一次罗茨风机、二次罗茨风机和三次罗茨风机；

其中，所述供液泵通过管路与所述一次还原槽的一端连接，所述一次还原槽底部的一端通过管路与所述二次还原槽底部一端连接、所述二次还原槽底部的另一端通过管路与所述三次还原槽底部的一端连接；

所述一次罗茨风机一端通过管路与所述一次还原槽连接，所述二次罗茨风机一端通过管路与所述二次还原槽连接，所述三次罗茨风机一端通过管路与所述三次还原槽连接，所述一次罗茨风机、二次罗茨风机和三次罗茨风机的另一端均与还原性气源连接。

4.根据权利要求3所述的连续还原制取三氧化二砷的系统，其特征在于：所述冷却装置设置在所述三次罗茨风机和所述三次还原槽之间的管路上，且所述冷却装置为水冷却器。

5.根据权利要求4所述的连续还原制取三氧化二砷的系统，其特征在于：所述控制装置包括流量计、气动调节阀和DSC控制系统；

其中，所述流量计和气动调节阀设置在所述供液泵与所述一次还原槽之间的管路上，且所述DSC控制系统与所述流量计和气动调节阀控制连接。

6.根据权利要求5所述的连续还原制取三氧化二砷的系统，其特征在于：所述自动抽出装置包括液位检测传感器、脱吸槽与抽出泵和脱吸罗茨风机；

其中，所述三次还原槽的底部通过管路与所述脱吸槽底部连接，脱吸槽通过管道与抽出泵相连，

所述脱吸罗茨风机一端与空气源连接，另一端通过管路与所述脱吸槽的顶部连接，且所述抽出泵和脱吸罗茨风机均与所述DSC控制系统连接。

7.根据权利要求6所述的连续还原制取三氧化二砷的系统，其特征在于：所述一次还原槽、二次还原槽、三次还原槽和脱吸槽上均设有搅拌装置；

所述储槽、一次还原槽、二次还原槽、三次还原槽和脱吸槽内均设有液位检测传感器；

所述搅拌装置和液位检测传感器均与DSC控制系统连接。

8.一种采用如权利要求1-7任意一项所述的系统的连续还原制取三氧化二砷方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

S1)系统启动，将自氧化工序氧化后的含砷液由气动调节阀根据流量计的设定值进行自动调节送至多级还原处理装置，多级还原处理装置利用还原性气体对含砷液进行多级还原处理；

S2)当自动抽出装置检测到被还原处理后得到三氧化二砷悬浊液的液位为达到总容量的80％时抽出三氧化二砷悬浊液，低总容量的80％时停止抽出；

S3)将抽出三氧化二砷悬浊液输送至离心分离工序，生产出三氧化二砷颗粒，达到国家一级品的标准。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述S1)中的含砷液中砷的主要形态的为五价砷，以砷酸的形式存在于液相中，浓度在30～150g/l之间。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述S2)中还原性气体为浓度为8～15％的SO₂烟气或SO₂气体，所述SO₂烟气为冶炼烟气净化后的含SO₂烟气。

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