砷濾餅加壓浸出生產(chǎn)實(shí)踐

胡 滔，魏海彬

(江西銅業(yè)集團(tuán)公司貴溪冶煉廠，江西貴溪 335424)

1 引言

貴溪冶煉廠1990年引進(jìn)日本住友金屬礦山公司東予冶煉廠濕法三氧化二砷生產(chǎn)技術(shù)建成了每月生產(chǎn)100t三氧化二砷的裝置，該套裝置經(jīng)過(guò)10多年的不斷完善改進(jìn)，至三期工程竣工后日處理硫化砷濾餅?zāi)芰τ僧?dāng)初的23t提高到50t，三氧化二砷成品年產(chǎn)量達(dá)到1100t以上。為了適應(yīng)工廠的進(jìn)一步發(fā)展，解決銅冶煉行業(yè)含砷物料無(wú)害化處理的難題，回收銅、錸、鉍等多種有價(jià)元素，實(shí)現(xiàn)集團(tuán)公司節(jié)能減排、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略目標(biāo)。2007年原亞砷酸車間進(jìn)行了為期1年的硫化砷濾餅加壓浸出工業(yè)化試驗(yàn)，并于2008年一次性投料生產(chǎn)成功，項(xiàng)目的投產(chǎn)成功標(biāo)志著我國(guó)砷物料處理技術(shù)由國(guó)外引進(jìn)轉(zhuǎn)變?yōu)閲?guó)內(nèi)自主研發(fā)的質(zhì)的飛躍［1］。經(jīng)過(guò)多年的不斷改造，目前砷濾餅日均處理量80t，年產(chǎn)成品三氧化二砷2300t。

2 含砷物料處理工藝簡(jiǎn)介

貴冶含砷物料處理工藝的核心是砷濾餅的加壓浸出工藝，與傳統(tǒng)的硫酸銅置換法相比，加壓浸出砷濾餅的工藝流程短，設(shè)備占地面積小，反應(yīng)時(shí)間短，可根據(jù)原料總砷含量合理靈活的控制反應(yīng)時(shí)間，保證砷浸出率。反應(yīng)過(guò)程中不需要添加銅粉，極大地降低了生產(chǎn)成本，廢渣中有價(jià)稀有元素得到了較高的富集［2］。

漿化工序產(chǎn)生的混合漿液，通過(guò)泵輸送至反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行加溫、加壓，使在常溫下不宜進(jìn)行反應(yīng)的砷濾餅，在高溫高壓的條件下與空氣中的氧氣進(jìn)行反應(yīng)。

主要反應(yīng)方程式如下:

此反應(yīng)的主要目的是利用兩者溶解度的不同［3］，將三價(jià)砷氧化為溶解度更高的五價(jià)砷進(jìn)入液相，提高砷在液相中的濃度，為砷的富集、下一步提取創(chuàng)造條件。經(jīng)過(guò)氧化后的反應(yīng)釜排出液進(jìn)行冷卻、過(guò)濾，濾液進(jìn)入還原槽與二氧化硫發(fā)生還原反應(yīng)，還原結(jié)晶生成高純度三氧化二砷。在這個(gè)過(guò)程中，難溶解的 Cu、Bi、Sb、S 等元素進(jìn)入渣相富集，易溶解的Re隨砷一起進(jìn)入液相并循環(huán)富集，為這些稀貴金屬的提取創(chuàng)造有利條件［4］。砷提取前后濾渣成分對(duì)比見表1。

砷濾餅處理工藝流程簡(jiǎn)圖見圖1。

表1 砷提取前后濾渣成分

圖1 砷濾餅處理工藝流程圖

3 加壓浸出工藝的優(yōu)點(diǎn)

(1)工藝流程短，項(xiàng)目投資少，整個(gè)工藝流程可實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化，操作簡(jiǎn)單。設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積僅為常壓浸出工藝占地面積的1/3。

(2)反應(yīng)時(shí)間短，生產(chǎn)效率高。加壓浸出所需時(shí)間2h，較傳統(tǒng)工藝8h相比縮短了70%的生產(chǎn)時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。

(3)砷、銅浸出率均高于90%，錸浸出率約為75%左右，浸出率高于國(guó)外工藝水平，其它有價(jià)金屬在反應(yīng)過(guò)程中得到了有效的富集，浸出后的渣率低，為13%，大幅低于同行業(yè)水平。

(4)反應(yīng)過(guò)程無(wú)需添加銅粉做催化劑，降低了生產(chǎn)成本。噸砷電耗也大幅度下降，由4300 kW·h下降至3300 kW·h。

4 經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

加壓浸出工藝投入生產(chǎn)運(yùn)行后，車間經(jīng)過(guò)多年的生產(chǎn)實(shí)踐改造，各項(xiàng)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)穩(wěn)步提升，生產(chǎn)產(chǎn)量屢創(chuàng)新高。主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)見表2。

表2 主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

加壓浸出工藝的投入，原有銅粉浸出生成硫酸銅工序取消，電單耗和生產(chǎn)成本都急劇降低。2012年之后，隨著含砷物料的增加，系統(tǒng)滿負(fù)荷生產(chǎn)，噸砷電單耗下降趨勢(shì)更為明顯。

5 生產(chǎn)中存在的問(wèn)題及解決方案

(1)原有的硫化砷濾餅使用渣斗盛裝倒運(yùn)，工作量大，成本高，現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境差，地面防腐層在叉車的碾壓下易造成表層破碎及酸液滲漏。為解決這一問(wèn)題，車間在As壓濾機(jī)下方增加了直接漿化槽，壓濾機(jī)脫下來(lái)的As濾餅直接在其下方的槽內(nèi)化漿，然后通過(guò)泵及管道輸送到下道工序，極大地改善了現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，節(jié)約了生產(chǎn)成本，同時(shí)降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

(2)含As物料成分復(fù)雜且波動(dòng)很大，在氧化浸出過(guò)程中，難以準(zhǔn)確判斷As的氧化程度，容易出現(xiàn)氧化不足或過(guò)度氧化。氧化不足會(huì)導(dǎo)致氧化后濾渣含As偏高，As的直收率低;過(guò)度氧化會(huì)造成Cu、Bi、Sb等雜質(zhì)進(jìn)入液相，容易造成管道堵塞、離心分離機(jī)濾網(wǎng)板結(jié)、As2O3結(jié)晶顆粒細(xì)等問(wèn)題［5］。目前還沒(méi)有很好的技術(shù)手段可以直接檢測(cè)砷的氧化程度，主要還是從穩(wěn)定原料成分、調(diào)整系統(tǒng)開路量入手，根據(jù)反應(yīng)溫度變化及操作經(jīng)驗(yàn)來(lái)控制砷的氧化程度。

(3)砷浸出液中含 Cl-2g/L、F-0.5g/L、H2SO4150g/L，在高溫、高壓下，對(duì)金屬設(shè)備的腐蝕非常嚴(yán)重，尤其是在反應(yīng)釜內(nèi)部，換熱盤管及釜體腐蝕嚴(yán)重，對(duì)設(shè)備的材質(zhì)及選型要求較高。目前反應(yīng)釜內(nèi)換熱盤管采用鈦管、反應(yīng)釜釜體采用復(fù)合鈦、反應(yīng)釜進(jìn)出物料自動(dòng)閥選用316L材質(zhì)的旋塞閥。在日常操作中，為降低液相中Cl-、F-濃度，將過(guò)濾砷濾餅的壓濾機(jī)增加水洗砷濾餅程序。同時(shí)，維持液相一定的Cu2+，減緩對(duì)設(shè)備的腐蝕。

6 結(jié)語(yǔ)

銅冶煉含砷物料是生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的危險(xiǎn)固體廢渣，是有色金屬冶煉的主要污染物之一［6］。隨著近幾年的國(guó)內(nèi)冶煉生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)張，含砷物料的量還將不斷增長(zhǎng)。貴溪冶煉廠加壓浸出工藝的投入使用，提升了含砷物料的處理量，且工藝穩(wěn)定，成本低，每年可處理含砷物料2.5萬(wàn)t。實(shí)現(xiàn)了含砷物料的無(wú)害化處理及有價(jià)元素的富集、濃縮，為稀貴金屬的提取創(chuàng)造了有利條件，促進(jìn)了冶煉行業(yè)的可持續(xù)循環(huán)發(fā)展。

［1］余新華.煉砷工藝的發(fā)展及加壓浸出工業(yè)實(shí)驗(yàn)［J］.銅業(yè)工程，2008(3):30-32.

［2］朱曉宇，伍偉.貴溪冶煉廠亞砷酸車間節(jié)水實(shí)踐［J］.江西能源，2003(2):10-11.

［3］馮樹屏.砷的分析化學(xué)［M］.北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1986:183-185.

［4］劉昌勇.貴溪冶煉廠亞砷酸生產(chǎn)工藝［J］.有色冶煉，1998(2):8-10.

［5］歐陽(yáng)輝.貴溪冶煉廠亞砷酸工藝綜述［J］.有色金屬，1999(4):10-12.

［6］張學(xué)洪，朱義年，劉輝利.砷的環(huán)境化學(xué)作用過(guò)程研究［M］.北京:科學(xué)出版社，2009:1-2.