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condensation of mercury va por
简介
使含汞炉气中的汞蒸气冷凝成液态汞回收的过程，为火法炼汞流程的主要组成部分。包括炉气除尘、冷凝收汞和汞炱处理三个主要环节。
炉气除尘 炉气除含汞蒸气外，还含有氮40%～70%、水蒸气5%～25%、金属氧化挥发物、二氧化硫、过剩氧、二氧化碳和被气流带进的微细矿尘。这些矿尘在汞蒸气冷凝前如不除去，就会在汞蒸气冷凝中和汞蒸气一道沉集，形成一种含汞量很少、夹带有大量杂质难以处理的疏松物质。这种疏松物质被称为汞炱。烟尘量越大，汞炱含汞量越少，处理越困难。为减少汞炱的产生，提高金属汞产出率，在汞蒸气冷凝前，需尽可能除去含汞炉气中的烟尘。在除尘过程中，为避免汞蒸气凝结进入烟尘，除尘设备和管道都必须保持高温和绝热。汞矿石竖炉焙烧、汞精矿回转蒸馏炉焙烧产出的含汞炉气，含烟尘量较少，采用自然沉降室和旋风除尘器除尘即可。汞矿石流态化焙烧产出的含汞炉气含尘量高达280～300g/m3，须采用两段旋风除尘器除尘和高温干式电除尘器除尘，方可把99.5%以上的烟尘除去。其中一段旋风除尘器和二段旋风除尘器的除尘效率分别为84%～93%和64%～67%，电除尘器的除尘效率为84%～97%。汞矿石回转窑焙烧和汞精矿多膛炉焙烧产出的含汞炉气，采用旋风除尘器除尘或电除尘器除尘。用高温电除尘器处理回转窑含汞炉气，如炉气量为6500m3/h、流速0.3m/s。温度633K、含尘量42.6g/m3时，除尘效率为99.6%～99.8%。采用电除尘器除尘时，含汞炉气温度不要低于613～633K，以利细尘中的HgS继续挥发并氧化生成金属汞蒸气，而不会被捕集进入烟尘，增加汞的损失;同时可防止汞蒸气与SO2和O2结合形成HgSO4。除尘后的含汞烟气温度为473～573K，含有不能凝结的氮、二氧化碳及氧，可凝结的水蒸气、汞蒸气和砷、锑等金属氧化物，以及还含有一些不易除去的细矿尘和呈烟炱状的碳。
冷凝收汞 含汞炉气降温、汞冷凝和汞回收的过程。
影响汞蒸气冷凝效果的因素 冷凝温度是重要因素。将含汞炉气温度降到临界点时，可冷凝气体的蒸气压随之相应降低，开始凝结成液体。含汞炉气中汞蒸气的开始凝结温度按下式计算：
式中t为汞蒸气开始凝结温度K;a为汞矿石中含汞量，%;n为焙烧1t汞矿石产生的炉气量，m3。
上式表明：汞矿石或汞精矿含汞量愈高，单产炉气量愈少，开始凝结温度 (露点)也会愈高。
饱和蒸气的汞含量随温度的变化不呈线性关系：当温度由273K提至293K时，含汞量增加不多; 从303K增至323K时，增加比较多，温度超过323K时，增加很多。因此，在生产中选用293K的冷凝温度。
除冷凝温度外，保持冷凝系统中适当的气流速度、高的汞蒸气浓度和合适的冷却速度，均有利于汞蒸气的凝结。
冷凝形成的小汞珠在冷凝管降落过程中和在水冷汞槽中流动时，由于表层薄膜的破裂而汇合集结成金属(活)汞。如烟气含汞量少、含烟尘量多时，灰尘常常成为汞蒸气凝结的晶核;以及在烟气流速较大、冷却很快的条件下冷凝，一般形成极细的金属汞珠，表面蒙上一层汞的氧化物或硫化物形成的牢固的薄膜，汞珠不易集结而进入沉降的矿尘、煤灰和碳粒中，生成汞炱。汞蒸气在冷凝过程中也会与烟气中的二氧化硫、三氧化硫气体作用，生成硫酸汞块和亚硫酸汞块进入汞炱。在不同的炉气成分和不同的冷却条件下，金属汞产出率波动在60%～90%范围内，其余10%～40%的汞呈汞炱形态产出。
工艺 汞矿石竖炉焙烧、汞精矿回转蒸馏炉焙烧和汞矿石回转窑焙烧炼汞所产含汞炉气，都采用垂直型多级管状冷凝器冷凝。这种冷凝器一般用钢、铸铁或上釉陶瓷管作冷凝管，管径为250～400mm，冷凝面积根据需要确定。汞矿石竖炉焙烧炼汞日处理1t汞矿石所需的冷凝面积为2.7～4.5m2，小炉取上限，大炉取下限。为使汞微粒在冷凝管内有效沉集，管内含汞炉气流度以4～6m/s为宜。中国在汞矿石流态化焙烧炼汞系统中，用文氏管冷凝系统取代庞大的管式冷凝器。含汞炉气先通过文氏管快速降低温度，使汞蒸气冷凝，除去炉气中大部分粉尘，粉尘进入沉淀池，凝结的大粒汞珠进入水封槽。被冷却的含汞炉气继而进入旋涡收汞器，使细粒汞珠、雾状汞变成较大的汞珠降落在水封槽中。含汞炉气再进入列管式水套冷凝器，继续降低温度以冷凝收集汞。含汞炉气最后引入淋洗塔，用循环水淋洗，进一步降低其含汞量。文氏管冷凝系统的工艺条件列举于表1。
表1 文氏管冷凝系统工艺条件
| 技术条件 | 文氏管 | 旋涡收汞器 |
列管式水套 冷凝器 |
淋洗塔 |
|
进口温度T/K 出口温度T/K 压头损失p/Pa 流速v/m·s-1 吨矿循环冷却水量V/m3 |
523～573 323～333 1961.33 40 10～12 |
323～333 318～328 196～294 进口12 |
318～328 313～323 147 <10 2.5 |
313～323 室温 90.8 <5 |
| 收汞效率/% | 10～30 | 30～40 | 85～90 | 50 |
冷凝器 要用高导热性、耐腐蚀性和不易形成汞齐的材料制造。钢铁的导热性较好，也不易与汞形成汞齐，但耐腐蚀性能较差。陶瓷的耐腐蚀性能较好，不易与汞形成汞齐，但导热性较差。镍铬不锈钢、钛材的性能都可满足要求。各种冷凝设备性能对比于表2。
表2 各种冷凝设备性能对比
| 冷凝器 |
吨矿冷凝 面积A/ m2 |
冷凝效率 /% |
金属汞率 /% |
|
铸铁管式多级冷凝器 水套管式冷凝器 文氏管系统冷凝器 陶瓷管式冷凝器 |
2.7～4.5 2.5～3.5 1.5～2 5.0～6.0 |
97 97 97 97 |
70～80 70～80 70～80 70～80 |
汞炱处理 破坏包裹小汞珠的薄膜，将汞放出汇成大汞滴而得以回收的过程。
汞炱成分和性质 汞炱主要由细小的汞珠、矿尘、砷和锑的氧化物、硫化汞、硫酸汞、碳氢化合物和水分等组成，为一种多相体系物质。其中存在悬浮体和胶体，含固体杂质10%～30%，含汞20%～80%。产自汞矿石回转窑焙烧和汞精矿回转蒸馏炉焙烧产出的汞炱的主要成分列于表3。汞炱的颜色取决于烟尘的含量，烟尘含量少时呈灰色，烟尘含量多时呈黑色。汞炱的稠密度随水分的增加由浓稠状变成稀疏的泥浆。小汞珠被一层薄膜包裹，分散在淤泥介质中不能融合汇集成大汞珠。
处理方法 有机械处理和蒸馏回收两种。机械处理设备有打汞炱机和水力旋流器，蒸馏回收设备有马弗炉、蒸馏锅和回转蒸馏炉。其中以水力旋流器的处理效果较好，技术也先进，水力旋流器的直径为125～250mm，其结构与旋风除尘器相似，系利用水的旋流产生的离心力达到分离汞的目的。将汞炱调成浓度为25%～30%的浆状物，用砂泵沿旋流器的切线方向高速打入器内，由于汞的密度比其他杂质烟尘大得多，细小的汞珠在旋流器内受到离心力的挤压、摩擦和互相碰撞结合成大汞滴，沿壁沉入锥体底部聚合成金属(活)汞流出直接装瓶。汞炱中大量轻而细的杂质烟尘随溢流带出，经浓缩沉淀成汞炱残渣。汞炱残渣一般含汞少于2%，返回焙烧处理。与其他方法比较，水力旋流器处理法具有能减轻操作人员的劳动强度、环境卫生较好、汞损失很小(直收率达95%～98%)等优点，不仅可用于处理富汞炱(Hg>70%)，也可用于处理贫汞炱 (Hg<1%)，以及含金属汞的污泥和污水等。
表3 汞炱的主要化学成分 (质量分数ω/%)
| 成分名称 | 回转窑汞炱 |
回转蒸馏 炉汞炱 |
|
| 分析样品1 | 分析样品2 | ||
|
金属汞 硫化汞 硫酸汞 |
69.5 2.7 0.002 |
60.1 3.4 0.003 |
80.3 0.25 — |
|
锑(总共) 三氧化二锑 三氧化二砷 二氧化硅 三氧化二铝 氧化钙 |
0.29 0.07 0.32 5.3 3.15 0.55 |
0.33 0.07 0.43 10.0 5.57 0.42 |
0.06 0.02 0.06 1.1 0.54 2.55 |