含砷煙灰脫砷焙燒試驗研究

（山東恒邦冶煉股份有限公司，山東 煙臺 264000）

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

在此過程中，熔煉過程產生的三氧化二砷以氣體形態進入冶煉煙氣中，通過收砷系統冷卻回收[3]，產生大量含砷煙灰。這部分含砷煙灰除含有20%～50%的砷，還含有金、銀、銅等有價金屬元素，因此需對產生的含砷煙灰進行脫砷處理，獲得三氧化二砷產品及金、銀、銅等有價金屬富集渣。

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]。針對不同含砷煙灰，采用何種脫砷方法，主要根據煙灰成分、操作難易程度及經濟因素等綜合考慮。針對公司實際情況，采用浸出脫砷會產生大量含砷廢水，處置費用高，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的特點，在高溫下使三氧化二砷形成氣態揮發，從而實現與有價金屬分離。通常使用的設備有反射爐、回轉窯、真空爐等[5]，相較而言回轉窯處理量大、適應能力強[6]，因此是本次試驗考察的重點。

1 試樣分析

取該公司收砷系統布袋和驟冷塔砷灰混合樣品（以下簡稱含砷煙灰），對樣品主要元素進行化驗分析，分析結果見表1。

表1 含砷煙灰主要元素分析結果

2 試驗方法、設備及儀器

2.1 試驗方法

首先進行馬弗爐靜態焙燒條件試驗，以確定不同溫度下含砷煙灰的脫砷效果，確定工藝參數取值范圍，然后進行回轉窯動態焙燒試驗，考察回轉窯脫砷效果。

（1）馬弗爐靜態焙燒試驗。取一定質量含砷煙灰試樣放入焙燒皿中，將焙燒皿置入已升至預定溫度馬弗爐中，焙燒預定時間后取出，自然冷卻稱重后進行化驗分析。取同樣重量的含砷煙灰試樣，加入一定量的濃硫酸進行酸化并按上述條件進行焙燒，對比試驗結果。

（2）回轉窯動態試驗。將含砷煙灰與濃硫酸按照一定比例混合，待回轉窯中心筒升至設定溫度，開始連續進料，焙燒預定時間后取出，自然冷卻稱重后進行化驗分析。

2.2 實驗設備及儀器

實驗設備及儀器包括SX2-4-10箱式電阻爐、SHY-I型實驗室回轉窯、電子天平、ZDM系列振動磨樣機等。

3 試驗結果與討論

3.1 馬弗爐靜態焙燒試驗

在焙燒試驗中，主要考察焙燒溫度、焙燒時間及濃硫酸添加量對脫砷率的影響。

3.1.1 焙燒溫度條件試驗

分別在400℃、500℃、600℃、700℃條件下進行焙燒試驗，焙燒時間為60min，在上述試驗條件下，試樣中按照砷煙灰與濃硫酸質量比10：1加入濃硫酸。試驗結果見圖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，生成易揮發的亞砷酸，從而提高了揮發率。加酸后在500℃時脫砷率達到較大值，繼續提高溫度對脫砷率影響不大。

3.1.2 焙燒時間條件試驗

為了便于比較焙燒時間的影響，焙燒溫度設定為500℃，其他試驗條件同上，比較含砷煙灰加酸前后焙燒脫砷率。試驗結果見圖4。

從圖4可以看出，隨著焙燒時間的延長，脫砷率逐漸提高。通過兩組試驗對比，不加酸焙燒在80min脫砷率達到最大值75.82%，加酸后焙燒在60min脫砷率達到最大值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。

圖3 馬弗爐焙燒溫度對脫砷率的影響

圖4 馬弗爐焙燒時間對脫砷率的影響

圖5 回轉窯焙燒試驗加酸量對脫砷率的影響

通過馬弗爐靜態焙燒，基本確定了焙燒脫砷試驗條件，焙燒溫度500℃～600℃，焙燒時間60～80min，下一步進行回轉窯動態焙燒試驗，驗證不同酸量條件下，砷灰脫砷率。

3.2 回轉窯動態焙燒試驗

根據馬弗爐靜態焙燒試驗結論，用回轉窯進行動態焙燒試驗。回轉窯轉速為2.5r/min，進料量2kg/h，焙燒時間60min，為了避免燒結，焙燒溫度設定500℃，驗證砷灰與濃硫酸質量比20：1～5：1范圍內脫砷效果。焙燒渣冷卻后進行化驗分析，試驗結果見圖5。

由圖5可以看出，回轉窯動態焙燒試驗與馬弗爐靜態焙燒效果基本一致，加入濃硫酸后焙燒脫砷率提高明顯，在灰酸質量比6.7：1條件下，脫砷率最高達到了95.05%，繼續提高加酸量后脫砷率反而降低，并出現燒結現象。因此灰酸質量比在6.7：1，焙燒溫度500℃，焙燒時間60min，脫砷效果最好，可達到95.05%。

4 結論

（1）通過馬弗爐靜態焙燒試驗，砷灰中加入濃硫酸后，脫砷率提高明顯，當溫度達到500℃，焙燒時間60min，脫砷率達到最大值93.93%，加入的濃硫酸與含砷煙灰中的砷酸鹽反應，生成易揮發的亞砷酸，從而提高砷的揮發率。

（2）回轉窯動態焙燒試驗，在焙燒溫度為500℃，焙燒時間為60min，灰酸質量比在6.7：1條件下，脫砷效果最好，脫砷率為95.05%。

（3）上述試驗表明采用回轉窯酸化焙燒脫砷工藝處理含砷煙灰是可行的。