含砷煙灰脫砷焙燒試驗(yàn)研究

（山東恒邦冶煉股份有限公司，山東 煙臺(tái) 264000）

某公司銅冶煉系統(tǒng)采用富氧底吹熔煉造锍捕金工藝，并配套了收砷系統(tǒng)，可以處理多金屬?gòu)?fù)雜礦[1]，由于復(fù)雜礦多為含砷礦物，如毒砂（FeAsS）、雄黃（As4S4）、雌黃（As2S3）、砷鐵礦（FeAs2）、硫砷銅礦（Cu3AsS4）等[2]，入爐料含砷品位達(dá)到1.5%以上，礦物采用入爐直接熔煉的方法，砷在熔煉過(guò)程中進(jìn)入煙塵而與冰銅分離。

在此過(guò)程中，熔煉過(guò)程產(chǎn)生的三氧化二砷以氣體形態(tài)進(jìn)入冶煉煙氣中，通過(guò)收砷系統(tǒng)冷卻回收[3]，產(chǎn)生大量含砷煙灰。這部分含砷煙灰除含有20%～50%的砷，還含有金、銀、銅等有價(jià)金屬元素，因此需對(duì)產(chǎn)生的含砷煙灰進(jìn)行脫砷處理，獲得三氧化二砷產(chǎn)品及金、銀、銅等有價(jià)金屬富集渣。

常用含砷煙灰脫砷方法主要有焙燒脫砷和浸出脫砷兩大類[4]。針對(duì)不同含砷煙灰，采用何種脫砷方法，主要根據(jù)煙灰成分、操作難易程度及經(jīng)濟(jì)因素等綜合考慮。針對(duì)公司實(shí)際情況，采用浸出脫砷會(huì)產(chǎn)生大量含砷廢水，處置費(fèi)用高，因此本次研究采用焙燒脫砷的方法。

焙燒法是利用三氧化二砷易揮發(fā)的特點(diǎn)，在高溫下使三氧化二砷形成氣態(tài)揮發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)與有價(jià)金屬分離。通常使用的設(shè)備有反射爐、回轉(zhuǎn)窯、真空爐等[5]，相較而言回轉(zhuǎn)窯處理量大、適應(yīng)能力強(qiáng)[6]，因此是本次試驗(yàn)考察的重點(diǎn)。

1 試樣分析

取該公司收砷系統(tǒng)布袋和驟冷塔砷灰混合樣品（以下簡(jiǎn)稱含砷煙灰），對(duì)樣品主要元素進(jìn)行化驗(yàn)分析，分析結(jié)果見表1。

表1 含砷煙灰主要元素分析結(jié)果

2 試驗(yàn)方法、設(shè)備及儀器

2.1 試驗(yàn)方法

首先進(jìn)行馬弗爐靜態(tài)焙燒條件試驗(yàn)，以確定不同溫度下含砷煙灰的脫砷效果，確定工藝參數(shù)取值范圍，然后進(jìn)行回轉(zhuǎn)窯動(dòng)態(tài)焙燒試驗(yàn)，考察回轉(zhuǎn)窯脫砷效果。

（1）馬弗爐靜態(tài)焙燒試驗(yàn)。取一定質(zhì)量含砷煙灰試樣放入焙燒皿中，將焙燒皿置入已升至預(yù)定溫度馬弗爐中，焙燒預(yù)定時(shí)間后取出，自然冷卻稱重后進(jìn)行化驗(yàn)分析。取同樣重量的含砷煙灰試樣，加入一定量的濃硫酸進(jìn)行酸化并按上述條件進(jìn)行焙燒，對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果。

（2）回轉(zhuǎn)窯動(dòng)態(tài)試驗(yàn)。將含砷煙灰與濃硫酸按照一定比例混合，待回轉(zhuǎn)窯中心筒升至設(shè)定溫度，開始連續(xù)進(jìn)料，焙燒預(yù)定時(shí)間后取出，自然冷卻稱重后進(jìn)行化驗(yàn)分析。

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器

實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器包括SX2-4-10箱式電阻爐、SHY-I型實(shí)驗(yàn)室回轉(zhuǎn)窯、電子天平、ZDM系列振動(dòng)磨樣機(jī)等。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 馬弗爐靜態(tài)焙燒試驗(yàn)

在焙燒試驗(yàn)中，主要考察焙燒溫度、焙燒時(shí)間及濃硫酸添加量對(duì)脫砷率的影響。

3.1.1 焙燒溫度條件試驗(yàn)

分別在400℃、500℃、600℃、700℃條件下進(jìn)行焙燒試驗(yàn)，焙燒時(shí)間為60min，在上述試驗(yàn)條件下，試樣中按照砷煙灰與濃硫酸質(zhì)量比10：1加入濃硫酸。試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

從圖3可以看出，含砷煙灰在不加酸條件下脫砷率最高為76.75%，加酸后脫砷率最高達(dá)到92.68%，加酸后焙燒脫砷率提高明顯，分析原因是加入的濃硫酸與含砷煙灰中的砷酸鹽反應(yīng)，生成易揮發(fā)的亞砷酸，從而提高了揮發(fā)率。加酸后在500℃時(shí)脫砷率達(dá)到較大值，繼續(xù)提高溫度對(duì)脫砷率影響不大。

3.1.2 焙燒時(shí)間條件試驗(yàn)

為了便于比較焙燒時(shí)間的影響，焙燒溫度設(shè)定為500℃，其他試驗(yàn)條件同上，比較含砷煙灰加酸前后焙燒脫砷率。試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

從圖4可以看出，隨著焙燒時(shí)間的延長(zhǎng)，脫砷率逐漸提高。通過(guò)兩組試驗(yàn)對(duì)比，不加酸焙燒在80min脫砷率達(dá)到最大值75.82%，加酸后焙燒在60min脫砷率達(dá)到最大值93.93%，分析原因加入濃硫酸后，有利于砷酸鹽分解及砷的揮發(fā)。

圖3 馬弗爐焙燒溫度對(duì)脫砷率的影響

圖4 馬弗爐焙燒時(shí)間對(duì)脫砷率的影響

圖5 回轉(zhuǎn)窯焙燒試驗(yàn)加酸量對(duì)脫砷率的影響

通過(guò)馬弗爐靜態(tài)焙燒，基本確定了焙燒脫砷試驗(yàn)條件，焙燒溫度500℃～600℃，焙燒時(shí)間60～80min，下一步進(jìn)行回轉(zhuǎn)窯動(dòng)態(tài)焙燒試驗(yàn)，驗(yàn)證不同酸量條件下，砷灰脫砷率。

3.2 回轉(zhuǎn)窯動(dòng)態(tài)焙燒試驗(yàn)

根據(jù)馬弗爐靜態(tài)焙燒試驗(yàn)結(jié)論，用回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行動(dòng)態(tài)焙燒試驗(yàn)。回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速為2.5r/min，進(jìn)料量2kg/h，焙燒時(shí)間60min，為了避免燒結(jié)，焙燒溫度設(shè)定500℃，驗(yàn)證砷灰與濃硫酸質(zhì)量比20：1～5：1范圍內(nèi)脫砷效果。焙燒渣冷卻后進(jìn)行化驗(yàn)分析，試驗(yàn)結(jié)果見圖5。

由圖5可以看出，回轉(zhuǎn)窯動(dòng)態(tài)焙燒試驗(yàn)與馬弗爐靜態(tài)焙燒效果基本一致，加入濃硫酸后焙燒脫砷率提高明顯，在灰酸質(zhì)量比6.7：1條件下，脫砷率最高達(dá)到了95.05%，繼續(xù)提高加酸量后脫砷率反而降低，并出現(xiàn)燒結(jié)現(xiàn)象。因此灰酸質(zhì)量比在6.7：1，焙燒溫度500℃，焙燒時(shí)間60min，脫砷效果最好，可達(dá)到95.05%。

4 結(jié)論

（1）通過(guò)馬弗爐靜態(tài)焙燒試驗(yàn)，砷灰中加入濃硫酸后，脫砷率提高明顯，當(dāng)溫度達(dá)到500℃，焙燒時(shí)間60min，脫砷率達(dá)到最大值93.93%，加入的濃硫酸與含砷煙灰中的砷酸鹽反應(yīng)，生成易揮發(fā)的亞砷酸，從而提高砷的揮發(fā)率。

（2）回轉(zhuǎn)窯動(dòng)態(tài)焙燒試驗(yàn)，在焙燒溫度為500℃，焙燒時(shí)間為60min，灰酸質(zhì)量比在6.7：1條件下，脫砷效果最好，脫砷率為95.05%。

（3）上述試驗(yàn)表明采用回轉(zhuǎn)窯酸化焙燒脫砷工藝處理含砷煙灰是可行的。