冶煉煙塵中的銻、砷綜合回收與利用

朱躍云，尹 健，符永際

（湖南東港銻品有限公司，湖南東安 425900）

在銻冶煉過(guò)程中，火法煉銻占比90%以上，在高溫條件下，原料中大量砷和銻一道被氧化并在收塵室進(jìn)行富集，由于銻、砷化學(xué)性質(zhì)相似，收塵室中富集的高砷含銻煙塵很難進(jìn)一步回收和利用，這樣造成了大量銻資源的浪費(fèi)［1］。伴隨銻資源的大量開(kāi)采，銻資源變得愈發(fā)珍稀，綜合回收銻冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的高砷含銻煙塵中的有價(jià)金屬銻和砷變得尤為重要。

在探索從冶煉煙塵中綜合回收有價(jià)金屬銻、砷的過(guò)程中，湖南有色金屬職業(yè)技術(shù)學(xué)院劉福峰，劉燁河等采取堿性浸砷，石灰沉砷的方法綜合回收銻和砷，該方法銻、砷分離不夠徹底，堿耗成本較高，且還有大量廢液產(chǎn)生，容易造成二次次污染；昆明理工大學(xué)李磊，張仁杰等采取選擇性氧化法分離，但沒(méi)尋找到最佳的分離條件，導(dǎo)致砷的揮發(fā)量只有60%左右，銻、砷分離效果并不理想；也有通過(guò)反射爐循環(huán)精煉除砷，不僅生產(chǎn)周期長(zhǎng)，成本高，銻綜合回收率低，還將產(chǎn)生大量砷堿渣，砷堿渣處置困難，也容易產(chǎn)生二次污染。

為了徹底解決銻冶煉過(guò)程中高砷煙塵問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)冶煉煙塵中銻、砷的綜合回收與利用，降低生產(chǎn)成本和減少二次污染，根據(jù)氧化砷和氧化銻的熔沸點(diǎn)沸點(diǎn)不同，本文從二者物理性質(zhì)不同的角度進(jìn)行了研究，探索煙塵中銻、砷能否有效分離。

1 試 驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原料

本試驗(yàn)所用物料為湖南東港銻品有限公司反射爐精煉過(guò)程中產(chǎn)生高砷次氧和郴州某鉛冶煉廠生產(chǎn)的煙灰原料。物料成分見(jiàn)表1。

表1 含砷、銻煙塵的化學(xué)成分 %

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)設(shè)備有管式電阻爐、無(wú)油氣體壓縮機(jī)、真空泵、氧氣罐、電子天平等。管式電阻爐的加熱溫度可在0～1 200℃間進(jìn)行設(shè)置，無(wú)油氣體壓縮機(jī)和真空泵分別用于往管式電阻爐中進(jìn)行鼓風(fēng)和抽真空，主要用來(lái)做試驗(yàn)對(duì)比，排氣方式分別為空氣、氧氣和真空，揮發(fā)發(fā)出來(lái)的含砷物料，用氫氧化鈉溶液進(jìn)行收集。

1.3 試驗(yàn)方法

將高砷煙塵在恒溫箱內(nèi)將水分烘干，烘至恒重后，將樣品攪拌混合均勻，取樣進(jìn)行化學(xué)分析，檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。在電子天平上稱取干鍋的重量，用干鍋稱取煙塵20 g，將樣品扒平，將干鍋置于管式電阻爐內(nèi)正中，設(shè)置管式電阻爐的加熱溫度和時(shí)間，分別在不同的氣氛（包括空氣，氧氣和真空對(duì)比）條件做對(duì)比試驗(yàn)，待試驗(yàn)結(jié)束后，從管式電阻爐中取出坩堝，稱取坩堝中物料的重量，制樣分析干鍋內(nèi)剩余樣品中銻和砷的含量，計(jì)算出銻的回收率和砷的揮發(fā)率（揮發(fā)回收亦可稱為回收率）。

銻的回收率α和砷的揮發(fā)率β分別按以下式子計(jì)算：

式中：m銻后為灼燒后銻的質(zhì)量／g，m銻前為入爐前銻的質(zhì)量／g；m砷前為入爐前砷的質(zhì)量／g，m砷后為灼燒后砷的質(zhì)量／g。

1.3.1 溫度對(duì)銻、砷分離的影響

根據(jù)三氧化二砷的熔點(diǎn)為313℃，沸點(diǎn)為465℃，蒸氣壓為13.33 kPa，三氧化二銻的熔點(diǎn)為655℃，沸點(diǎn)為1 550℃，根據(jù)二者熔沸點(diǎn)的差異，分別稱取東港銻品高砷次氧20 g，加熱溫度分別設(shè)置為380℃、420℃、480℃、570℃和670℃，加熱時(shí)間設(shè)定為60 min，排氣方式采用無(wú)油氣體壓縮機(jī)進(jìn)行鼓風(fēng)（空氣）排氣，尾氣用氫氧化鈉溶液進(jìn)行收集，不同溫度下銻、砷分離情況如圖1所示。

圖1 不同溫度下銻砷分離效果

從上述試驗(yàn)可以看出，伴隨溫度的升高，氧化銻的揮發(fā)量也在不斷增加，銻的回收率不斷降低。氧化砷的揮發(fā)量呈現(xiàn)出先增后減的變化過(guò)程，在420℃左右，砷的揮發(fā)量達(dá)到最高值，420℃以后，伴隨溫度的上升，氧化銻開(kāi)始出現(xiàn)熔融態(tài)，銻的蒸汽壓增大，揮發(fā)量增加，同時(shí)也抑制了氧化砷的揮發(fā)，銻砷分離效果變差，從以上試驗(yàn)可以看出，加熱溫度在420℃左右時(shí)，樣品中砷的揮發(fā)量（砷回收率）達(dá)到了82.83%，樣品中銻的回收率可達(dá)93.1%，銻、砷綜合回收效果比較理想。

1.3.2 銻、砷分離的最佳溫度

通過(guò)上面試驗(yàn)，在420℃左右時(shí)，銻、砷分離效果比較理想，為了進(jìn)一步探索銻、砷的最佳分離溫度，將加熱溫度分別設(shè)置為400℃、410℃、420℃、430℃和440℃，稱取東港銻品反射爐精煉高砷次氧20 g置于干鍋中，將干鍋放置在管式電阻爐內(nèi)，加熱時(shí)間為60 min，用無(wú)油壓縮機(jī)往管式爐內(nèi)鼓入空氣，尾氣用氫氧化鈉溶液進(jìn)行收集，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 煙塵中銻砷分離的最佳溫度

從上面試驗(yàn)可以看出，當(dāng)加熱溫度在400～440℃時(shí)，銻的損失量都比較少，砷的揮發(fā)量也比較穩(wěn)定，相對(duì)而言，溫度為420℃時(shí)綜合回收效果最為理想，銻回收可達(dá)93.1%以上，砷的回收率為82.83%。

1.3.3 時(shí)間對(duì)銻、砷分離的影響

將加熱溫度設(shè)置為420℃，加熱時(shí)間分別設(shè)定為 30 min、60 min、90 min、120 min和 150 min，用干鍋稱取東港銻品反射爐精煉高砷次氧20 g，將干鍋置于管式電阻爐內(nèi)，用無(wú)油氣體壓縮機(jī)往管式電阻內(nèi)鼓入空氣，尾氣用氫氧化鈉溶液進(jìn)行收集。試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 加熱時(shí)間對(duì)銻砷分離的影響

從上述試驗(yàn)可以看出，伴隨加熱時(shí)間的延長(zhǎng)，銻的揮發(fā)量逐漸增加，回收率逐漸減少；加熱到90 min時(shí)，砷的揮發(fā)量呈現(xiàn)為一個(gè)上升的過(guò)程，90 min達(dá)到最高85.63%，隨后趨于平穩(wěn)，甚至略有減少，主要是因?yàn)殡S著加熱時(shí)間的延長(zhǎng)，干鍋底部的氧化砷很難徹底揮發(fā)出來(lái)，同時(shí)有部分銻的揮發(fā)，導(dǎo)致砷的含量相對(duì)上升，因此，要進(jìn)一步提高氧化砷的揮發(fā)量，需要對(duì)煙塵進(jìn)行攪動(dòng)，便于底部氧化砷揮發(fā)。

1.3.4 排氣方式對(duì)銻、砷分離的影響

用干鍋稱取東港銻品反射爐精煉過(guò)程中產(chǎn)生的高砷次氧20 g，加熱時(shí)間都設(shè)定為90 min，排氣方式分別用無(wú)油壓縮機(jī)往加熱管內(nèi)鼓入空氣、氧氣和用真空泵抽真空的方式進(jìn)行，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

由表2可以看出，在真空狀態(tài)下冶煉煙塵中的銻、砷分離效果最好，銻、砷綜合回收率高。

1.3.5 銻、砷分離的擴(kuò)展試驗(yàn)

以郴州某冶煉廠布袋煙塵為原料開(kāi)展擴(kuò)展試驗(yàn)，通過(guò)取樣分析，該布袋煙塵銻含量為29.44%，砷含量為25.6%，用干鍋稱取樣品20 g，置于管式電阻爐內(nèi)，加熱溫度設(shè)置為420℃，加熱時(shí)間設(shè)置為90 min，管式電阻爐一端封閉，另一端用真空泵鏈接，尾氣用氫氧化鈉溶液進(jìn)行收集，試驗(yàn)結(jié)束后，稱取干鍋中剩余煙塵樣品的重量，并制樣分析樣品中銻砷含量，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表2 不同排氣條件的分離效果

表3 不同原料的擴(kuò)展試驗(yàn)

通過(guò)本次擴(kuò)展試驗(yàn)，煙灰中的銻含量從28.31%富集到49.16%，銻的回收率達(dá)到了93.94%；煙灰中的砷含量從23.21%下降到4.65%（由于干鍋物料過(guò)厚，底部氧化砷揮發(fā)困難，如添加攪拌裝置，物料中的砷仍有一定下降空間），含量砷從4.642 g下降到0.503 g，砷的回收率達(dá)到89.16%，銻、砷分離比較徹底，說(shuō)明該方法具有廣泛的適應(yīng)性。

2 結(jié) 論

根據(jù)氧化銻和氧化砷的熔、沸點(diǎn)的不同，采取物理加熱的方式，從冶煉煙塵中綜合回收有價(jià)金屬銻和砷，試驗(yàn)結(jié)論如下：

1.當(dāng)高砷含銻煙塵在加熱溫度為420℃，加熱時(shí)間為90 min（砷含量高可適當(dāng)延遲加熱時(shí)間），采取抽真空的方式，銻、砷分離的效果比較理想，銻回收率在92%以上，砷的回收率（揮發(fā)量）在85%以上，該方法不需添加任何試劑，沒(méi)有二次污染，銻、砷回收率高，操作簡(jiǎn)單，具有很好的工藝推廣價(jià)值。

2.在工藝生產(chǎn)中，為了更好地提高氧化砷的揮發(fā)量，真空管式爐可用旋轉(zhuǎn)窯代替，氧化砷蒸汽經(jīng)過(guò)冷凝后，可用脈沖布袋進(jìn)行收集，揮發(fā)出來(lái)的氧化砷粉塵可銷氧化砷廠進(jìn)行深加工處理。

爐內(nèi)剩余的物料，可轉(zhuǎn)入反射爐進(jìn)行還原精煉，可做銻錠或高純銻白的生產(chǎn)原料。