铜冶炼污酸处理流程的可视化模拟研究

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铜冶炼污酸成分复杂,含有多种重金属、氟氯等杂质,如果不加处理,会对生态环境和人体健康产生严重影响。对于铜冶炼污酸的处理,硫化物沉淀法在减少危废渣量、提高金属去除效率方面有突出优势,但是在硫化过程中易产生过饱和现象,导致爆发性均相成核,从而产生大量细小颗粒,降低反应效率和后续分离效率。另外传统的污酸处理对于氟、氯离子的去除效果很差。因此,本研究针对铜冶炼污酸处理过程中重金属及氟氯的去除,提出了“气液硫化(H2S)+场流分离+热风吹脱氟氯”的污酸处理工艺流程,利用数值模拟软件,对每个阶段进行了可视化的研究,为冶炼污酸的资源化处理提供直观、科学、可靠的参考与指导。主要研究成果如下:(1)建立了气液硫化反应器的CFD模型,明确了反应器内过饱和度的分布规律和调节机制。通过引入H2S(g),实现了反应器内快速的流场分布和高效的气液传质,降低了溶液过饱和度,并且使其分布更加均匀,为硫化反应的有效进行和硫化颗粒的生长创造了良好的环境。探究了不同气相参数对于硫化反应过程的影响,发现H2S(g)流速的增加和气泡尺寸的减小,都有利于降低溶液过饱和度,提高气液硫化反应效率。相比气体流速,气泡尺寸对气液硫化反应的影响更为明显。通过实验证明了该气液硫化反应器具有良好的可行性,为气液硫化反应过程中过饱和度控制和优化提供了有效的参考和指导。(2)引入了场流分离技术,实现了不同金属硫化沉淀的分离和回收。通过硫化实验发现,三种重金属(Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、As(Ⅲ))的硫化沉淀颗粒通过调节反应条件可以实现粒径的不同分布,为场流分离实现进一步固固分离奠定基础。建立了场流分离槽的三维模型,研究发现,入流速度越大,可分离的粒径范围越小,并且设计的圆柱式场流分离槽对于15μm以下颗粒的分离效果很差。进一步设计了两种结构的平板式场流分离槽,将得到的硫化颗粒应用其中,对比分析发现,沉降槽两端都带有斜坡的场流分离槽内流场整体更加稳定,速度分布更加均匀,对三种粒径的颗粒有良好的分离效果,实现了10μm以下颗粒之间的有效分离。(3)探明了热风吹脱氟氯过程的流场分布,实现动态解析,为优化氟氯吹脱过程提供可视化参考。向脱氟氯塔中鼓入热风,产生强烈的涡流效应,加速了物质传递和相转化的过程。研究表明,热风温度的升高,有利于HF和HCl气体的挥发,但是升高温度会促进HF和HCl的电离,降低氟氯离子去除效果。当热风温度为80-100℃时,F-和Cl-能快速实现99%以上的去除效率。进一步研究发现热风鼓入速率的增加,加强了流体流动和传质过程,导致氟氯去除效果的增加,并且在各种流速下,都可以实现氟离子99%以上的去除率、氯离子94%以上的去除率。图68幅,表11个,参考文献154篇
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