粗三氧化二砷提純裝備技術(shù)比較及應(yīng)用

陳 濤，王瑞強(qiáng)

（山東恒邦冶煉股份有限公司，山東 煙臺(tái) 264100）

高砷高硫難處理金精礦經(jīng)過(guò)沸騰爐焙燒或銅冶煉熔煉爐熔煉產(chǎn)出的含砷煙氣經(jīng)過(guò)驟冷塔噴霧冷卻降溫在布袋除塵器被收集，得到粗三氧化二砷煙塵，一般As2O3含量在85%～95%之間，此外還含有少量金、銀、銅、鉛、銻等雜質(zhì)元素，堆比重在0.7～1.1t/m3，顏色灰白色，其主要成分見(jiàn)表1。

表1 粗三氧化二砷成分組成（%）

由于粗三氧化二砷的純度、白度及堆比重等較低，不能作為原材料直接使用，需要進(jìn)一步提純[1-2]，才能作為生產(chǎn)單質(zhì)砷的合格原料或直接外售。

1 工藝原理及方法

提純粗三氧化二砷是利用As2O3易于升華揮發(fā)的特點(diǎn)，將粗三氧化二砷在爐子里加熱高于其沸點(diǎn)465℃，使粗三氧化二砷中的As2O3優(yōu)先揮發(fā)出來(lái)成為蒸氣狀態(tài)進(jìn)入煙氣中，含砷高溫?zé)煔庠诶淠覂?nèi)冷卻得到純度更高的As2O3，有價(jià)金屬殘留于渣中得到進(jìn)一步富集，得到綜合利用。目前，粗三氧化二砷的火法提純工藝主有反射爐工藝、回轉(zhuǎn)窯工藝、鋼帶爐工藝。三種工藝爐型產(chǎn)出的含砷煙氣降溫收塵設(shè)施基本一致。工藝原則流程見(jiàn)圖1。

圖1 提純粗三氧化二砷工藝流程

1.1 反射爐工藝

反射爐是傳統(tǒng)的火法冶煉設(shè)備，在熔煉銅、錫、鉍精礦，處理鉛冶煉銅浮渣，金屬的熔化和精煉等方面應(yīng)用廣泛。反射爐前部為燃燒室，后部為爐體，中間有隔板，爐體上有一進(jìn)料口，通過(guò)上料裝置將物料均勻的送至反射爐內(nèi)，燃燒室內(nèi)煤炭燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔鈱t體內(nèi)的物料加熱，完成氧化或還原等熔煉作業(yè)。爐體側(cè)向分布扒料口，反射爐尾部爐底有一渣池。粗三氧化二砷在反射爐中經(jīng)高溫焙燒揮發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)槿趸檎魵?，含三氧化二砷煙氣?jīng)重力沉降室冷凝為三氧化二砷塵，收集得三氧化二砷產(chǎn)品。反射爐為間斷進(jìn)料，焦炭加熱，每次裝入白砷500kg～700kg，精煉時(shí)間4～5小時(shí)，爐膛溫度700℃～750℃，出口溫度650℃，再送入重力沉降室時(shí)，煙氣入口溫度450℃，出口溫度130℃～160℃，在重力沉降室內(nèi)得到精白砷產(chǎn)品。該工藝操作環(huán)境差，能耗高，自動(dòng)化程度低。反射爐現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖2。

圖2 反射爐提純粗三氧化二砷工藝現(xiàn)場(chǎng)

1.2 回轉(zhuǎn)窯工藝

回轉(zhuǎn)窯是對(duì)散狀或漿狀物料進(jìn)行干燥、焙燒和煅燒的熱工設(shè)備。它廣泛應(yīng)用于有色金屬冶煉、鋼鐵冶金、化工、水泥和耐火材料等工業(yè)部門(mén)，尤其在有色金屬冶煉和耐火材料工業(yè)中占有重要地位。

粗三氧化二砷用密封輸送罐車輸送至原料倉(cāng)中，經(jīng)埋刮板輸送機(jī)送至回轉(zhuǎn)窯中進(jìn)行蒸餾，爐內(nèi)呈負(fù)壓，煙氣經(jīng)沉灰桶、沉降室進(jìn)入布袋除塵器，在進(jìn)入尾氣處理系統(tǒng)。含砷煙氣在沉降室中冷卻降溫結(jié)晶成為三氧化二砷成品，在沉降室和布袋室收到不同等級(jí)的白砷產(chǎn)品。焙燒砷渣在窯尾落入渣斗，此焙燒砷渣則返火法冶煉系統(tǒng)配料。

回轉(zhuǎn)窯本體采用不銹鋼板焊制，窯的轉(zhuǎn)速可在0.2～2轉(zhuǎn)/分之間無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，當(dāng)轉(zhuǎn)速為1轉(zhuǎn)/分時(shí)，物料在窯內(nèi)停留2～2.5小時(shí)，窯前端控制在720℃～760℃，窯尾端控制在540℃～580℃，窯尾負(fù)壓39Pa～79Pa，窯傾斜度3%，以φ2.2＊24m外加熱式回轉(zhuǎn)窯為例，日產(chǎn)白砷量約30噸?；剞D(zhuǎn)窯現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖2。

圖3 回轉(zhuǎn)窯提純粗三氧化二砷工藝現(xiàn)場(chǎng)

1.3 鋼帶爐工藝

全自動(dòng)帶式電爐也稱鋼帶爐，屬于連續(xù)式熱處理爐[3]的一種，其主要用于粉末冶金工業(yè)中氧化物還原生產(chǎn)鐵粉、銅粉、鈷粉、鉬粉、鎢粉等金屬粉末，也可用于草酸鈷、APT、磷酸鐵鋰等金屬鹽類的煅燒和精還原等。

粗三氧化二砷由罐車通過(guò)氣力輸送至原料儲(chǔ)罐中，通過(guò)埋刮板輸送機(jī)輸送至全自動(dòng)砷蒸餾電爐布料斗中，經(jīng)布料裝置連續(xù)布料至鋼帶上，粗三氧化二砷隨鋼帶進(jìn)入爐膛內(nèi)蒸餾。高沸點(diǎn)雜質(zhì)隨鋼帶經(jīng)過(guò)冷卻段，由自動(dòng)刮渣裝置卸渣，廢渣返回銅熔煉系統(tǒng)，可回收其中的銅、金、銀等有價(jià)金屬。蒸餾形成的含砷煙氣經(jīng)排氣段出煙口進(jìn)入重力沉降室，含砷煙氣在沉降室內(nèi)緩慢降溫沉降得到三氧化二砷產(chǎn)品，產(chǎn)品經(jīng)刮板機(jī)輸送至旋振篩篩分，自動(dòng)包裝后銷售或作為制備金屬砷的原材料；尾氣經(jīng)布袋除塵器進(jìn)一步除塵進(jìn)入吸收塔吸附達(dá)標(biāo)后排放。鋼帶爐爐現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖4。

圖4 鋼帶爐提純粗三氧化二砷工藝現(xiàn)場(chǎng)

2 提純工藝比較

2.1 提純工藝優(yōu)缺點(diǎn)比較

反射爐、回轉(zhuǎn)窯和鋼帶爐提純工藝主要優(yōu)缺點(diǎn)比較見(jiàn)表2。

表2 提純工藝主要優(yōu)缺點(diǎn)比較

從表2可看出，反射爐和回轉(zhuǎn)窯提純工藝原料適應(yīng)性較強(qiáng)，技術(shù)也比較成熟，但是存在作業(yè)環(huán)境差，勞動(dòng)強(qiáng)度大，能耗高，反射爐有冷卻水套，回轉(zhuǎn)窯給料需要造锍，兩種工藝都存在水耗。鋼帶爐提純工藝機(jī)械化、自動(dòng)化水平高、熱損失小、能耗低，含砷物料是在全封閉條件下作業(yè)，環(huán)境友好，生產(chǎn)穩(wěn)定，員工勞動(dòng)強(qiáng)度小。

2.2 經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)比較

三種工藝主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)比較見(jiàn)表3。

表3 提純工藝主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較

從表3可看出，反射爐和回轉(zhuǎn)窯工藝脫砷率低、電耗和作業(yè)成本均較高，成本在2000元/噸左右，而鋼帶爐工藝脫砷率高、電耗和作業(yè)成本相對(duì)較低，成本在1200元/噸，鋼帶爐工藝具有較大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

2.3 產(chǎn)品成分分析

不同工藝所產(chǎn)產(chǎn)品成分分析見(jiàn)表4。

表4 產(chǎn)品成分分析（%）

采用鋼帶爐一次升華提純粗三氧化二砷獲得三氧化二砷產(chǎn)品品質(zhì)較傳統(tǒng)的反射爐和回轉(zhuǎn)窯工藝要好，但由于粗三氧化二砷中的銻含量較高，且Sb、As性質(zhì)十分接近，單一的物理升華過(guò)程很難將銻除去，因此后續(xù)砷銻分離將是需要未來(lái)突破的重點(diǎn)難題。鋼帶爐工藝產(chǎn)出三氧化二砷產(chǎn)品見(jiàn)圖5。

圖5 三氧化二砷產(chǎn)品

提純后的三氧化二砷產(chǎn)品外觀呈純白色，堆比重達(dá)到1.9t/m3，質(zhì)量達(dá)到GB 26721-2011《三氧化二砷》中的二級(jí)質(zhì)量要求。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著國(guó)內(nèi)黃金冶煉及有色冶煉行業(yè)的持續(xù)發(fā)展，優(yōu)質(zhì)礦逐漸減少，一些雜質(zhì)元素含量高和難選冶礦石成為黃金及有色冶煉生產(chǎn)的主要原料，因此，充分“吃干榨盡”這類資源形成產(chǎn)品，既能實(shí)現(xiàn)資源的綜合回收，又能提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，減少固、危廢處置費(fèi)用，具有重要現(xiàn)實(shí)意義。粗三氧化二砷作為黃金冶煉和銅冶煉的副產(chǎn)品之一，因其純度低，無(wú)法直接外售，需要進(jìn)一步提純達(dá)到產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)才能外售，作為粗三氧化二砷提純的新興設(shè)備鋼帶爐工較傳統(tǒng)的反射爐和回轉(zhuǎn)窯具有安全環(huán)保、操作簡(jiǎn)單、機(jī)械化和自動(dòng)化程度高、能耗及運(yùn)行成本低、運(yùn)行穩(wěn)定、產(chǎn)品品質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)，替代傳統(tǒng)爐型將是未來(lái)行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。