淺述煉砷工藝的發(fā)展及實(shí)踐

鄧力能，喬彥強(qiáng)

（江西銅業(yè)集團(tuán)公司 貴溪冶煉廠(chǎng)，江西 貴溪 335424）

淺述煉砷工藝的發(fā)展及實(shí)踐

鄧力能，喬彥強(qiáng)

（江西銅業(yè)集團(tuán)公司 貴溪冶煉廠(chǎng)，江西 貴溪 335424）

隨著國(guó)家環(huán)保政策的日益嚴(yán)格，環(huán)境保護(hù)顯得愈發(fā)重要。冶金化工行業(yè)產(chǎn)生的含砷廢物及含砷廢渣等對(duì)環(huán)境的影響沒(méi)有得到有效解決，治理砷害成為公眾關(guān)注的焦點(diǎn)之一，同時(shí)，從含砷廢物中提煉砷產(chǎn)品符合經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需要。本文簡(jiǎn)要介紹了傳統(tǒng)煉砷工藝，并結(jié)合貴溪冶煉廠(chǎng)實(shí)踐，對(duì)國(guó)內(nèi)先進(jìn)的加壓浸出煉砷工藝進(jìn)行了系統(tǒng)的介紹，為同行業(yè)處理含砷廢物提供參考。

含砷廢物；煉砷；三氧化二砷；加壓浸出；二次污染

1 引言

據(jù)尹學(xué)朗［1］介紹，中國(guó)蘊(yùn)藏豐富的砷礦資源，探明儲(chǔ)量占世界的70%，居全球第一位。隨著冶金化工行業(yè)產(chǎn)生的含砷廢物及含砷廢渣等對(duì)環(huán)境的污染愈發(fā)嚴(yán)重，許多有價(jià)元素沒(méi)有得到有效富集提煉。有些含砷廢物大多采用堆存處理，隨著高濃度含砷廢物常年累積，存在極大的安全隱患，因此對(duì)其無(wú)害化處理成為亟待解決的問(wèn)題。

含砷廢物經(jīng)過(guò)初步富集后，可以作為三氧化二砷（As2O3）制取的原料，三氧化二砷（As2O3）俗稱(chēng)砒霜，在冶金、化工、醫(yī)藥等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。另外，含砷廢物往往伴隨其他稀貴、稀散金屬，在制取三氧化二砷（As2O3）的過(guò)程中，可以使稀貴、稀散金屬進(jìn)一步富集，有利于稀貴金屬的綜合回收。

因此，從含砷廢物中提煉砷產(chǎn)品符合經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需要，同時(shí)有利于保護(hù)好生態(tài)環(huán)境。

2 含砷廢物的處理技術(shù)現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)外處理含砷廢物的方法基本上分為兩大類(lèi)：一是火法除砷；二是濕法除砷。

2.1 火法煉砷

火法煉砷是一種傳統(tǒng)的煉砷工藝。將高砷廢渣經(jīng)過(guò)反射爐進(jìn)行氧化焙燒（溫度控制在600～900℃），再經(jīng)過(guò)煙氣冷凝得到粗白砷，重新結(jié)晶析出得到As2O3產(chǎn)品［2］。這種工藝處理的含砷廢物量大，但存在環(huán)境污染嚴(yán)重、產(chǎn)品純度低、砷直收率較低、投資較大和原料適應(yīng)范圍小等不足。

目前采用火法煉砷的工廠(chǎng)有：日本足尾冶煉廠(chǎng)、瑞典波利頓公司，中國(guó)的云錫公司、贛州冶煉廠(chǎng)、柳州冶煉廠(chǎng)等［3］。

2.2 濕法煉砷

濕法脫砷主要有常壓硫酸鐵法、硫酸高鐵［Fe2（SO4）3］氧化浸出法、堿浸法、硫酸銅置換法等，先從硫化砷渣中將砷分離出來(lái)，然后再進(jìn)一步采用硫化法處理。具體的方法有如下幾種。

2.2.1 常壓硫酸鐵法

據(jù)沈陽(yáng)礦冶研究所周人龍［4-5］等人研究，提出了在常壓下利用硫酸鐵兩段浸出工藝，經(jīng)過(guò)氧化浸出、二氧化硫還原、硫酸鐵再生、置換提取砷產(chǎn)品。該工藝的主要化學(xué)反應(yīng)如下。

該法流程復(fù)雜，生產(chǎn)過(guò)程中返回物料較多。由于生產(chǎn)過(guò)程中需要定期補(bǔ)充硫酸鐵，且鐵再生需要消耗大量的氯酸鈉，總體經(jīng)濟(jì)效益不高。

2.2.2 硫酸高鐵高壓氧化浸出法

該法采用Fe2（SO4）3在高壓下浸出硫化砷渣［6］，從中分離出有價(jià)元素。該法工藝復(fù)雜，成本太高。因此，在大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)中推廣范圍不大。該法工藝過(guò)程的主要反應(yīng)為：

2.2.3 堿浸法

該法是加入NaOH的同時(shí)，并鼓入空氣使硫化砷渣浸出生成砷酸鈉溶液，冷卻結(jié)晶后得到產(chǎn)品［7］。

堿浸法的主要化學(xué)反應(yīng)如下。

該法比較簡(jiǎn)單，工藝參數(shù)容易控制，但NaOH用量太大，且無(wú)法再生，成本較高。在堿性氧化浸出中，反應(yīng)復(fù)雜，有多種中間產(chǎn)物，反應(yīng)不徹底，生成的砷酸鈉結(jié)晶的純度不高。

2.2.4 硫酸銅置換法

日本東予冶煉廠(chǎng)是硫酸銅置換法的開(kāi)創(chuàng)者。貴溪冶煉廠(chǎng)于1990年從日本引進(jìn)了該工藝，以硫化砷濾餅、砷酸銅等為原料，以銅粉、堿式碳酸銅、二氧化硫等為輔助原料，該工藝主要由置換、常壓氧化、還原結(jié)晶、固液分離、銅離子浸出、成品干燥包裝和公共環(huán)保等7個(gè)工序組成［8］。其工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 硫酸銅置換法工藝流程圖

該技術(shù)盡管生產(chǎn)的白砷質(zhì)量較好，沒(méi)有二次污染，該工藝流程比較復(fù)雜，作為輔助原料的銅粉成本較高，砷的回收率較低，毫無(wú)經(jīng)濟(jì)效益可言［3］。

含砷固體廢物的處理方法還有：雙氧水氧化浸出-氯化亞錫還原法［9］、硝酸分解浸出法、重鉻酸鈉浸出法、電化學(xué)浸出法、氯化銅浸出法［3］、有機(jī)溶劑萃取法和三氧化二砷飽和溶解度法等。

3 硫酸法加壓氧化浸出制取As2O3工藝

針對(duì)以上存在的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)的分析，在江銅集團(tuán)公司科研相關(guān)前期試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，貴溪冶煉廠(chǎng)從2006年7月至2007年5月進(jìn)行了為期近一年的硫化砷濾餅加壓浸出工業(yè)試驗(yàn)，從技術(shù)和操作層面驗(yàn)證了該工藝的可行性。2008年1月7日，貴溪冶煉廠(chǎng)新增的硫化砷濾餅加壓浸出工藝生產(chǎn)線(xiàn)正式投料試生產(chǎn)。反應(yīng)釜加壓氧化浸出法的出現(xiàn)，把濕法煉砷技術(shù)推到了一個(gè)新的高度，此工藝總體技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平［10］。

3.1 硫酸法加壓氧化浸出的工藝流程及原理

該法取消了原硫酸銅置換法處理硫化砷濾餅工藝的銅浸出、置換、氧化工序，簡(jiǎn)化了工藝流程，減小了占地面積，減少了人員配置，方便了管理，降低了生產(chǎn)運(yùn)行成本。該工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 硫酸法加壓氧化浸出制取As2O3工藝流程

反應(yīng)原理為：

3.2 硫酸法加壓氧化浸出工藝的優(yōu)勢(shì)

3.2.1 工藝流程簡(jiǎn)單，作業(yè)效率高

加壓浸出工藝簡(jiǎn)單，基本上實(shí)現(xiàn)了DCS全自動(dòng)控制。設(shè)備占地面積小，大幅縮減了工藝流程。該工藝的氧化效率比傳統(tǒng)工藝效率高，砷、銅在4h內(nèi)基本反應(yīng)完全，較傳統(tǒng)氧化縮短了60%的時(shí)間，生產(chǎn)效率顯著提高。

3.2.2 物料處理量大，不存在二次污染

日處理硫化砷濾餅?zāi)芰τ稍瓉?lái)的50t提高到現(xiàn)在的80t左右，實(shí)現(xiàn)了硫化砷濾餅無(wú)害化處理，消除了硫化砷濾餅對(duì)環(huán)境的污染，促進(jìn)了冶煉工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

3.2.3 結(jié)束了使用銅粉制作硫酸銅作為催化劑的硫酸銅置換工藝生產(chǎn)As2O3的歷史

按2014年年產(chǎn)三氧化二砷成品2229t計(jì)，若硫酸銅置換法工藝砷銅比為1:1.2［11］，銅粉消耗2674.8t/a，銅粉加工成本為3350元/t，銅粉加工費(fèi)用一項(xiàng)全年就可節(jié)約896萬(wàn)元，極大的降低了生產(chǎn)運(yùn)行成本。

3.2.4 殘?jiān)啃。橹笔章矢?/p>

加壓浸出渣與硫酸銅置換法氧化洗凈殘?jiān)认陆党^(guò)60%。殘?jiān)康臏p小，廢液排放量的下降，直接提高了砷的直收率。砷、銅浸出率均達(dá)到了90% 以上［3］，浸出率高于國(guó)外工藝水平，其它有價(jià)元素如硫、鉍、錸等得到較高富集，有利于進(jìn)一步回收。

3.3 硫酸法加壓氧化浸出工藝的技經(jīng)指標(biāo)

加壓浸出工藝自投產(chǎn)8年以來(lái)，經(jīng)過(guò)一系列工藝優(yōu)化與設(shè)備改造，如對(duì)浸出液由原先的一級(jí)冷卻改為三級(jí)冷卻，提高了過(guò)濾效率；對(duì)反應(yīng)釜攪拌槳聯(lián)軸方式及機(jī)架改進(jìn)，解決了攪拌槳脫落和運(yùn)行不穩(wěn)等難題；將反應(yīng)釜空壓機(jī)風(fēng)冷改為水冷卻，增強(qiáng)了設(shè)備冷卻效果。各項(xiàng)生產(chǎn)技經(jīng)指標(biāo)穩(wěn)步提升，2014年，砷直收率達(dá)到了78.2%，創(chuàng)歷史最好水平。貴溪冶煉廠(chǎng)硫酸銅置換法（1996-2006年）與加壓氧化浸出生產(chǎn)As2O3主要技經(jīng)指標(biāo)見(jiàn)表1。

3.4 硫酸法加壓氧化浸出工藝的新要求

因加壓浸出是過(guò)氧化反應(yīng)，部分雜質(zhì)元素也在同步浸出，浸出液相中含高濃度的Cl-、F-等雜質(zhì)，且酸度較高，在高溫高壓下，浸出液相中的雜質(zhì)過(guò)高會(huì)對(duì)后續(xù)工序造成一定的影響，尤其是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的金屬設(shè)備有一定的腐蝕，同時(shí)影響后序的錸鹽萃取。

表1 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

4 結(jié)束語(yǔ)

反應(yīng)釜加壓氧化浸出工藝與國(guó)內(nèi)外煉砷工藝相比，具有環(huán)保、節(jié)能、高效、可靠等優(yōu)點(diǎn)，解決了長(zhǎng)期困擾冶煉企業(yè)含砷物料無(wú)害化處理的難題，并成功實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，每年可處理含砷廢物2.5萬(wàn)t，年產(chǎn)高純?nèi)趸?000余t，產(chǎn)品全部出口，并綜合回收了銅、錸、鉍等有價(jià)元素，在推動(dòng)企業(yè)發(fā)展的同時(shí)，助推該行業(yè)含砷廢棄物防治工作的開(kāi)展，充分發(fā)揮示范和指導(dǎo)作用，造福區(qū)域內(nèi)的人民群眾，加速社會(huì)的全面進(jìn)步，具有顯著的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。

［1］尹學(xué)朗. 我們砷礦資源發(fā)展戰(zhàn)略[J]. 礦產(chǎn)保護(hù)與利用, 1991(3):31-32．

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The Development and Practice of Arsenic Refning Process

DENG Li-neng, QIAO Yan- qiang
（Guixi Smelter, Jiangxi Copper Corporation, Guixi 335424, Jiangxi , China）

With the increasingly stringent national environmental policy, environmental protection is becoming increasingly important. Metallurgical and chemical industry of arsenic containing waste and arsenic containing waste residue, and the impact on the environment cannot be solved effectively.The governance of arsenic pollution has become one of the focus of public attention, at the same time, the need to extract arsenic from arsenic containing waste products conform to the economic and social development.This article briefly introduces the traditional arsenic smelting process, combining with the practice of Guixi smelter, the domestic advanced pressurized leaching process for arsenic extraction system is introduced, for providing reference for the same industrytreating arsenic containing waste.

arsenic containing waste；arsenic smelting；arsenic trioxide；pressure leaching；secondary pollution

TQ126.4+1

A

1009-3842（2016）06-0048-04

2016-10-07

鄧力能（1984-），男，湖南衡陽(yáng)人，主要從事銅冶煉煙氣制酸以及廢水、廢氣、廢渣處理的相關(guān)工作。E-mail:hndlg0403@126.com