分析砷在銅冶煉過程的分布及其控制

李 亮

（長沙有色冶金設(shè)計研究院有限公司，湖南 長沙 410000）

自2006年以來，我國一直是世界上最大的銅生產(chǎn)國，但由于國內(nèi)銅礦資源相對匱乏，我國的銅精礦供應(yīng)量還不到銅產(chǎn)量的三分之一，每年還需向國外進(jìn)口大量的銅精礦。無論是國內(nèi)還是國外的銅精礦中均含有一定含量的砷，砷在銅冶煉過程中危害極大，熔煉過程中，砷的存在會造成冶煉爐時長、爐壽低、原輔消耗高等問題；電解過程中，砷的存在會降低電流效率，引起陽極鈍化[1]。因此，分析砷的分布，合理控制砷害是有色金屬冶煉行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)，也是保障冶煉行業(yè)從業(yè)人員身體安全，規(guī)避職業(yè)病的重要方式。

1 銅冶煉工藝現(xiàn)狀

（1）開采條件較差。根據(jù)統(tǒng)計分析可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段我國已經(jīng)探明的銅礦山銅品位為0.8%，與世界平均水平相差甚遠(yuǎn)；這些銅礦在開采過程中條件艱苦，開采較深；銅礦主要位于我國中西部山區(qū)，交通運(yùn)輸條件較差，工業(yè)生產(chǎn)能力不足，這些問題的存在均導(dǎo)致銅礦開采難度升高，經(jīng)濟(jì)效益不高。

（2）冶金工藝較為滯后?，F(xiàn)階段，我國在進(jìn)行冶煉企業(yè)中的工藝與工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，相對于發(fā)達(dá)國家來說還是較為落后，在冶煉中主要就是通過聯(lián)合企業(yè)的車間或者分廠進(jìn)行生產(chǎn)。而這種冶煉工藝過于落后，在各種因素的影響之下導(dǎo)致我國單位粗銅的加工費(fèi)相對較高，不利于經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

（3）重金屬污染防治問題。有色金屬冶煉屬于職業(yè)病高發(fā)行業(yè)。在我國，銅冶煉行業(yè)屬于支柱性的產(chǎn)業(yè)模式，從業(yè)人員比例較大。冶煉過程中砷的存在會對現(xiàn)場操作人員產(chǎn)生較為嚴(yán)重的危害與影響。在銅冶煉工業(yè)中分析冶煉過程中砷的主要來源，了解砷的分布對工作人員與環(huán)境產(chǎn)生的不良影響，探究合理的應(yīng)對對策與手段具有較為重要的價值與意義。

2 砷在銅冶煉過程的分布

在電解過程中會嚴(yán)格控制砷的含量，而在銅的冶煉中無法避免的會帶入不同含量的砷，了解砷在銅冶煉中具體分布與控制，可以為砷含量的控制提供有效的參考。在銅冶煉過程中，在熔煉、吹煉與清渣、精煉等過程中均會產(chǎn)生砷。同時，在通過銅電解液中砷的高濃度在各種微量元素的增加過程中會不斷的增加。而進(jìn)砷原料預(yù)處理與直接熔煉過程中，必須要分析砷與相關(guān)組分在不同形態(tài)中產(chǎn)生的具體作用與影響規(guī)律。

砷在物料中的含量相對來說并不均勻，砷的取樣、化驗結(jié)果具有一定的差異性。精準(zhǔn)分析砷的分布較為復(fù)雜。

在現(xiàn)代銅精礦冶煉過程中，銅精礦自然界中的自然銅存量相對較少，一般狀況之下是通過金屬共生礦的形態(tài)存在，而在銅礦石中會伴隨著多種不同的重金屬與稀有金屬。通過化學(xué)特征分析，銅精礦中銅主要以硫化礦或氧化礦為主，相對來說硫化礦的分布相對較為廣泛。現(xiàn)階段，在世界范圍中電解銅的產(chǎn)量中約有90%來自于硫化礦。

冶煉過程中砷主要是通過氧化物的形態(tài)揮發(fā)進(jìn)入到冶煉煙氣中，剩余部分則進(jìn)入到爐渣中。在銅的現(xiàn)代冶煉工藝中，砷的主要危害就是在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量含有砷的粉塵、煙塵以及煙氣，在進(jìn)行銅礦輸送作業(yè)中會在作業(yè)環(huán)境中存在大量的含有砷的粉塵，而在熔煉、吹煉中就會分散到作業(yè)環(huán)境中；收塵過程進(jìn)行粉塵收集處理包裝作業(yè)時，空氣中飄散大量的砷氧化物的粉塵；廢酸處理中會在收集、運(yùn)輸廢渣中逸散出大量的砷粉塵等等。

現(xiàn)階段，國內(nèi)外銅的精煉主要通過電解法與溶劑萃取的方式進(jìn)行處理，我國主要應(yīng)用的就是不溶陽極電積法。同時，也可以通過間斷脫銅脫砷電積法、連續(xù)脫銅脫砷電積法等方式，合理的應(yīng)用這些方法可以有效降低砷產(chǎn)生的不良影響，減少砷的排放含量。

3 分析砷在銅冶煉過程控制工藝手段

（1）火法冶煉。通過火法冶煉主要就是通過造渣與揮發(fā)的方式進(jìn)行除雜處理，對此在實(shí)踐中要分析兩種機(jī)理。利用此種方式可以降低對陽極質(zhì)量與精煉產(chǎn)生的不良影響，而通過收塵、渣濃縮與還原、污染會增強(qiáng)增值元素的復(fù)雜性。

多數(shù)砷在火法階段中就可以得到有效的控制，通過多段陽極精煉工藝進(jìn)行處理，可以達(dá)到減小熔煉狀態(tài)中銅微量雜質(zhì)元素的效果。

（2）陽極中的砷。基于火法工藝處理，將粗銅鑄成形成陽極。在陽極中砷含量會產(chǎn)生較大的幅度，其主要的變化主要就是受到銅原料的影響。在陽極中砷與銅會通過固溶體以及次氧化顆粒的方式存在，而在固溶體中大概含有30%～60%的砷，剩下的砷則通過氧化物的方式存在。在高砷陽極中，則其固溶體含量在30%～35%左右。

（3）溶液對比陽極泥。陽極泥以及電解液中均含有不同程度的砷。在高雜質(zhì)的陽極板中，通過增加陽極板含氧濃度的方式可以達(dá)到降低砷進(jìn)入到陽極泥中百分比的效果。砷在銅冶煉中主要受到局部或者單次的動力學(xué)平衡等因素的影響。高砷陽極板會產(chǎn)生薄且多孔的陽極泥；而含砷較低的陽極板則會產(chǎn)生表面非多孔，具有光滑性特征的陽極泥。

（4）濕法冶金。現(xiàn)階段在銅冶金中通過濕法進(jìn)行冶金，主要就是浸出煙塵、浸出渣綜合回收，含砷浸出液脫砷，脫砷之后綜合處理。含砷浸出液的脫砷是整個工藝中較為關(guān)鍵的方式與技術(shù)手段?，F(xiàn)階段，在對銅冶煉中進(jìn)行砷的控制主要就是通過石灰中和法、硫化物沉砷法以及鐵鹽共沉淀法。①石灰中和法。石灰中和法是一種相對較為簡單的沉砷工藝手段，具有一定經(jīng)濟(jì)性。沉砷過程中主要就是將溶液的PH控制在11～12的范圍區(qū)間，其中砷主要就是通過亞砷酸鈣或者砷酸鈣的方式進(jìn)行沉淀分離。在整個工藝過程中要加強(qiáng)對溶液中溫度、反應(yīng)時間以及鈣砷比例、PH值的控制，可以獲得不同礦物形態(tài)的鈣砷化合物?，F(xiàn)階段，在不同條件之下中石灰中和法的沉淀物中獲得含砷化合物具有一定的差異。在整體上來說，石灰中和法中的沉淀物缺乏長期穩(wěn)定性，在潮濕的環(huán)境中會受到空氣中二氧化碳的反應(yīng)，產(chǎn)生碳酸鈣與砷酸，這樣就會導(dǎo)致砷進(jìn)入到環(huán)境中而造成污染等問題。對此，在通過此種方式進(jìn)行脫砷過程中要根據(jù)危險廢物進(jìn)行存儲，要基于規(guī)范要求進(jìn)行防腐、防滲處理，保障其符合各項要求。②硫化物沉砷法。硫化物沉砷法工藝最初是在銀精礦脫中應(yīng)用，后來逐漸在砷硫礦以及含砷煙塵的脫砷處理中應(yīng)用。硫化沉砷工藝主要就是基于砷與硫結(jié)合形成較為穩(wěn)定的AS2S5或者AS2S3。在硫化沉砷法一般選用的硫化劑為Na2S和Na HS，Na HS在應(yīng)用過程中無需對溶液進(jìn)行預(yù)中和處理，不會產(chǎn)生石膏，進(jìn)而降低脫砷產(chǎn)物的數(shù)量，可以獲得較為容易過濾的硫化砷渣，也會顯著降低其整體的含水量。

在日本通過此種方式進(jìn)行含砷煙塵的處理，將獲得的脫砷產(chǎn)物與硫磺充分的混合，通過加壓釜進(jìn)行硫化砷的干燥處理，進(jìn)行聚合與致密化處理。硫化物沉砷法成本相對較高，主要受到在沉砷中硫化物的影響，通過此種方式獲得產(chǎn)物相對較為穩(wěn)定，渣量也相對較小，此種方式主要是在含砷煙塵處理相對較大的領(lǐng)域中存儲。

（3）鐵鹽共沉淀法。鐵鹽共沉淀法脫砷是一種在三價鐵中和作用影響，形成的具有一定吸附能力的氫氧化鐵，其產(chǎn)生的膠體可以吸附在溶液中存在的砷酸離子，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)脫砷效果。在實(shí)際中主要就是通過石灰乳作為主要的中和劑。

在波蘭，通過此種方式處理在化工廠中的含砷煙塵，在處理過程中要先將煙塵進(jìn)行酸性浸出，m（Fe）∶m（As）=4∶1的比例加入鐵鹽，在通過壓縮空氣作為主要的氧化劑，其反應(yīng)重點(diǎn)則要將PH控制在8左右，通過穩(wěn)定的方式性脫砷產(chǎn)物。在處理中一些脫砷礦漿會作為晶種，可以返回在前一段的沉砷環(huán)節(jié)中應(yīng)用，通過此種方式進(jìn)行控制可以將將砷含量控制在1mg/L之下。通過此種方式獲得的脫砷產(chǎn)物會在鐵砷比增加中而呈現(xiàn)不斷的增加狀態(tài)，為了提升脫砷質(zhì)量，則要添加大量的鐵鹽，這樣就會增加脫砷成本。

4 結(jié)束語

有色金屬的冶煉中會存在大量的污染。而在銅冶煉過程中會存在的大量的砷，如果不加強(qiáng)對砷的控制與處理，就會對生產(chǎn)操作人員產(chǎn)生不同程度的人身傷害。分析砷在銅冶煉過程中的具體分布，了解其存在的規(guī)律特征，通過現(xiàn)代化的工藝手段加強(qiáng)對砷的控制與管理，合理應(yīng)用各種脫砷工藝手段，對于有色金屬冶煉行業(yè)的發(fā)展具有重要的價值與作用。