銅冶煉過程中砷元素的走向及分布規(guī)律

馬永明，邱建文，連國旺

（紫金銅業(yè)有限公司，福建 龍巖 364204）

1 砷及其氧化物的物化性質(zhì)

砷（As），是一種類金屬元素，熔點(diǎn)約為300℃（砷華275℃，白砷石313℃），沸點(diǎn)為457.2℃。五氧化二砷（As2O5），溶于水，能與水反應(yīng)生成3種砷酸，正砷酸（H3AsO4）、偏砷酸（HAsO3）和焦砷酸（H4As2O7）；熔點(diǎn)315℃，熱穩(wěn)定性差，300℃即可轉(zhuǎn)變?yōu)锳s2O3；具有強(qiáng)氧化性。在硫化銅精礦中，砷以雌黃(As2S3)、雄黃（AsS）、硫砷銅礦(Cu3AsS4)、砷黃鐵礦(FeAsS)和砷黝銅礦(Cu12As4Sb13)等多種形式存在。

2 銅冶煉廠流程簡介

銅冶煉廠選用閃速熔煉、卡爾多爐等國際先進(jìn)的工藝技術(shù)裝備，全系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動化控制，關(guān)鍵環(huán)節(jié)、重大設(shè)備智能化控制；年產(chǎn)30萬噸陰極銅、10噸黃金、200噸白銀、80萬噸硫酸及鉑鈀等稀貴金屬，銅冶煉采用閃速爐-＞PS轉(zhuǎn)爐-＞陽極爐-＞電解的工藝，由閃速爐產(chǎn)出冰銅到3臺PS轉(zhuǎn)爐(2用1備)，再由轉(zhuǎn)爐將冰銅吹煉成粗銅，轉(zhuǎn)至2臺陽極爐精煉成澆筑陽極板，陽極板轉(zhuǎn)運(yùn)至電解廠生產(chǎn)出陰極銅外售，而含硫煙氣則抽至硫酸廠制酸外售。

3 銅冶煉中各物料的含砷現(xiàn)狀及砷元素的走向情況

3.1 銅冶煉中各物料的含砷現(xiàn)狀

隨著銅礦資源不斷被消耗，銅冶煉中各入爐物料含砷量不斷上升[1]，給銅冶煉行業(yè)帶來更大的挑戰(zhàn)，下表為冶煉廠部分入爐物料成分分析表：

表1 入爐物料含砷情況分析表

4 國內(nèi)銅精礦1 20.4642.1629.31 4.6 0.1 1 2.06 5 國內(nèi)銅精礦2 32.7221.5219.53 9.76 1.64 0.46 0.66 6 國內(nèi)銅精礦3 26.5 26 25 4 0.57 0.52 0.98 7 國外銅精礦1 27.52 23.16 27.09 9.08 0.4 0.5 0.84 8 國外銅精礦2 15.44 31.68 30.76 10 1 0.44 2.05 9 國外銅精礦3 23.39 19.93 19.92 14.16 2.23 0.44 0.85 10 國外銅精礦4 20.78 31.18 25.18 9.36 1.11 0.43 1.50 11 國外銅精礦5 28.2 33.68 24.5 9.4 0.13 0.26 1.19 12 國外銅精礦6 26.87 33.78 26.55 7.66 0.21 0.21 1.26 13 國外銅精礦7 31.52 19.11 16.52 17.41 1.56 0.36 0.61 14 國外銅精礦8 20.55 36.02 28 7.01 0.68 0.36 1.75 15 混礦1 23.12 26.82 24.48 13.12 4.85 0.53 1.16 16 混礦2 23.62 19.14 20.18 18.56 3.9 0.72 0.81

3.2 砷元素的走向分布情況

冶煉廠砷投入的物料為：銅精礦、外購冷銅。砷開路的物料：白煙塵、尾礦、中和渣、鉛濾餅、砷濾餅、陰極銅。下圖為冶煉廠砷走向圖：

由圖1可知：各系統(tǒng)含砷中間物料較多，除少數(shù)外，大多數(shù)在系統(tǒng)內(nèi)反復(fù)循環(huán)。因而如何減少系統(tǒng)內(nèi)砷含量，對各系統(tǒng)的生產(chǎn)的順利運(yùn)行具有積極的意義。

圖1 某冶煉廠砷走向圖

4 閃速爐熔煉過程砷元素分布規(guī)律

（1）原料中砷化物發(fā)生分解、氧化反應(yīng)，氣相中主要以三價砷氧化物形式存在，渣相中主要以As+5和As+3形式存在。

（2）渣中As2O3會被FeS所還原，以As(l)的形式轉(zhuǎn)移到冰銅中：

（3）冰銅中部分As同樣會被Cu2O和O2氧化進(jìn)入渣相：

（4）冰銅中砷的存在形式主要為砷化銅、砷化鐵等。

（5）閃速爐熔煉過程砷元素分布規(guī)律：

①從圖2中可知冰銅和爐渣中含砷隨著冰銅品位的上升而升高，隨著冰銅品位的升高，砷在冰銅中的活度系數(shù)會逐漸降低，而高品位冰銅又對砷有較高的親和力，所以隨著冰銅品位升高，砷在氣相中分配比會降低，冰銅中分配比升高。②隨著富氧濃度升高，銅精礦熔煉時間變得更加迅速，反應(yīng)過程中氧勢增大，砷在氣相中分配比會減少，渣相、冰銅相分配比會增大。③隨著冶煉溫度升高，AsS、As2S3等砷化物蒸氣壓會增大，砷在氣相中分配比例會升高。④隨著鐵硅比增大，冶煉爐渣中容易生成較多的砷酸鐵物相，爐渣中三價砷活度系數(shù)降低，致使砷在渣相分配比例升高。

圖2 冰銅品位變化與冰銅、爐渣中砷的分配比例圖

5 結(jié)論

通過砷在銅冶煉過程中的分布情況以及砷在閃速爐熔煉中的分布規(guī)律，可知：

（1）渣選尾渣、砷濾餅、爐渣及白煙塵這四個產(chǎn)物占到砷產(chǎn)出總量的87%，而尾渣和爐渣占到總量的50%。

（2）隨著冰銅品位、富氧濃度的升高，砷在氣相中分配比降低，冰銅和渣中分配比升高。

（3）隨著冶煉溫度的升高，砷在氣相中分配比升高，隨著鐵硅比的增大，砷在渣中分配比升高。