砷堿渣浸出工序工藝的優化

王親雄

（湖南辰州礦業有限責任公司，湖南 懷化 419607）

砷堿渣浸出工序是整個砷堿渣處理工藝的難點和關鍵工序，其成功與否直接關系到整個砷堿渣處理工藝的成功與否。從上世紀60年代開始研究砷堿渣處理工藝以來，各大型銻冶煉企業和相關研究砷堿渣處理工藝的專家學者一直沒有找到較好的浸出工序工藝，甚至因砷堿渣浸出工序工藝不成功而直接導致整個砷堿渣處理工藝失敗。

1 砷堿渣產生、成分與性質

砷堿渣的產生：砷堿渣是粗銻火法精煉加堿除砷過程中產生的一種浮渣，其產率為精銻的20%左右。

砷 堿 渣 的 主 要 成 分 為：Sb20%～25%,As15%～20%,堿45%～55%。其中Sb主要以單質銻、銻酸鈉、亞銻酸鈉和極少量的氧化銻形態存在；As主要以砷酸鈉、亞砷酸鈉及極少量的三氧化二砷形態存在；堿主要以碳酸鈉或氫氧化鈉形態存在。

砷堿渣的性質：因砷酸鈉、亞砷酸鈉、銻酸鈉、亞銻酸鈉和碳酸鈉或氫氧化鈉極易溶于水，固體狀的砷堿渣見水即化（且極易吸收空氣中的水分而化）并發生膨脹；砷酸鈉和砷的氧化物為劇毒物質，砷堿渣有劇毒，為有毒有害固體物；砷堿渣堿性物質含量高達45%～55%，有很強的腐蝕性；堿性物質溶于水為放熱反應，致使砷堿渣溶于水后的漿料溫度較高，導致少量的砷氧化物或砷鹽揮發到空氣中，造成職業危害；單質銻不溶于水且其比重為6.6g/cm3,砷堿渣溶于水后的漿料極易沉槽，在機械攪拌浸出過程中極易形成掛壁現象。

2 傳統砷堿渣浸出工序工藝及存在的問題

（1）從上世紀80年代開始研究砷堿渣處理工藝至2018年，砷堿渣浸出工序一直采用砷堿渣-鄂式破碎機破碎-球磨機球磨-浸出攪拌槽熱水浸出-壓濾機液固分離工藝。該浸出工藝主要存在以下問題：①砷堿渣在顎式破碎機破碎過程中，產生大量的揚塵，揚塵中含有砷酸鈉和砷的氧化物，對現場操作人員造成嚴重的職業危害。②因砷堿渣極易吸收空氣的水分而化開或板結，造成鄂式破碎機處理能力低下、故障率高、嚴重時不能正常工作。③球磨機必須24小時連續作業。間斷作業或故障停車時必須將球磨機內所有漿料清理干凈，否則時間稍長，球磨機內的漿料將發生膨脹而板結，再次開車球磨機無法啟動。④砷堿渣球磨漿料自流進入暫存槽，再由暫存槽通過渣漿泵輸送到浸出槽攪拌浸出，因球磨漿料中含有單質銻且比重大而發生沉槽，并在渣漿泵輸送過程中造成管路堵塞而無法正常工作。⑤砷堿渣球磨漿料進入機械攪拌浸出槽浸出過程中，因漿料中含有大量的大比重單質銻極易發生浸出槽沉槽現象，同時由于機械攪拌作用極易將比重大的單質銻甩向浸出槽壁形成掛壁現象，導致浸出槽無法正常工作。⑥因浸出工序工藝流程長，勞動定員多，處理成本高，職業危害嚴重。⑦因工藝不暢通，浸出效果不好，壓濾后的銻精泥含銻品位不高，在30-45%左右，導致后續回收的處理成本較高。⑧由于浸出工序工藝不暢通，設備故障率高，導致砷浸出率低，過濾得到的銻精泥含砷高，在3-5%左右。因回收銻精泥中的銻，導致砷在銻冶煉流程中形成惡性循環。

（2）2015年湖南辰州礦業砷堿渣浸出工序采用了砷堿渣-浸泡池-常溫水浸泡-抓斗行車-破碎機破碎-浸出攪拌槽常溫浸出-壓濾機液固分離工藝。

該浸出工藝較第一個工藝增加了浸泡池常溫浸泡工序，取消熱水浸出，取消了球磨機球磨工序。該工藝除克服了球磨機存在的缺點外，其他問題均未得到解決。同時又增加了以下幾個突出問題：①由于一次性投入15噸左右到砷堿渣浸泡池常溫浸出，操作人員必須連續開動抓斗行車不停翻動物料，否則整個浸泡池都會因砷堿渣吸水發脹而板結；因大量的砷堿渣中的堿溶于水放出大量的熱，不停地翻動物料使得整個浸出車間彌漫了熱汽和粉塵，職業危害更加嚴重。②由于抓斗行車在腐蝕性很強與高粉塵濃度環境下頻繁工作，故障率特別高。③由抓斗行車將浸泡池中的砷堿渣物料抓到進料平臺，再由人工給鄂式破碎機喂料。放在平臺上的含水砷堿渣物料約15分鐘左右又會發生板結現象，導致人工喂料勞動強度特別大，并且堿性物料對操作人員的皮膚損傷很大。

（3）2019年某大型銻冶煉企業砷堿渣浸出工序采用了砷堿渣-鄂式破碎機破碎-球磨機球磨-搖床收銻-浸出攪拌槽常溫浸出-壓濾機液固分離工藝。

該工藝較第一個工藝在球磨機之后，浸出槽之前增加了搖床收銻工序，同時將浸出槽熱水浸出改為常溫水浸出。該工藝在球磨漿料進入浸出槽之前通過搖床重選將單質回收，克服了浸出槽沉槽、掛壁等現象；銻精渣含銻品位明顯提高，含砷降低不明顯。但操作過程的職業危害依然嚴重；流程過長，勞動定員增加，處理成本增加。

表2 浸出指標表

3 砷堿渣滾筒式混泥土攪拌機浸出試驗

通過總結分析幾種砷堿渣浸出工序工藝存在的問題，充分吸收各工藝的優點，充分考慮砷堿渣的性質與特性，結合滾筒式混泥土攪拌機工作原理與特點，認為滾筒式混泥土攪拌機適合于有毒有害物質砷堿渣的浸出。

滾筒式混凝土攪拌機結構簡單，操作簡單，維護維修方便，故障率低，進料自動化；正轉攪拌，反轉出料，出料自動化；滾筒內的槳葉不斷地將物料拋向高處再自由落下，循環反復，再加上砷堿渣物料之間相互碰撞可以起到對砷堿渣的破碎和球磨作用；溶于水后的物料在滾筒內旋轉攪拌又起到了浸出攪拌槽浸出的作用，由于滾筒式混凝土攪拌機是臥式滾動將所有物料都翻轉起來，不存在掛壁、沉槽現象，且攪拌效果好，浸出效果好。因此滾筒式混凝土攪拌機可以起到破碎、球磨和浸出的綜合作用，可以同時代替鄂式破碎機、球磨機、浸出攪拌槽三種設備的功能。

根據以上分析，2019年8月～10月某大型銻冶煉企業砷堿渣處理車間進行了砷堿渣滾筒式混凝土攪拌機浸出試驗。試驗用滾筒式混凝土攪拌機型號為JZC500,主要性能參數：進料容量：800升；出料容量500升；生產率18-20m3/h;攪拌功率7.5kw;為方便控制試驗，試驗時取消卷揚自動進料裝置，采用人工進料，人工加水。

本次試驗砷堿渣原料取自某大型銻冶煉企業砷堿渣存儲庫。試驗用砷堿渣粒度為0mm～200mm。

表1 三次砷堿渣主要成分檢測結果

取綜合樣化驗分析銻、砷、堿、水分。取綜合樣后每次稱取60kg每批次裝入滾筒式混凝土攪拌機。為了保證浸出試驗具有較強的可比性1#、2#、7#、8#、13#、14#浸出試驗用1#砷堿渣綜合樣；3#、4#、

9#、10#、15#、16#浸出試驗用2#砷堿渣綜合樣；5#、6#、11#、12#、17#、18#浸出試驗用3#砷堿渣綜合樣，再變化機械攪拌時間、固液二個參數。

總共完成了18個批次的試驗操作，具體試驗結果如下表2。

根據上述表中試驗數據按相同液固比、不同攪拌浸出時間整理為浸出指標分析表表3。

表3 浸出指標分析表

由浸出指標分析表3可以看出：

砷堿渣中砷、堿浸出率雖然受攪拌浸出時間影響，且成正影響，但影響不大；而受浸出液固比影響較大，液固比4：1時，砷浸出率為98.64%以上，堿浸出率為98.67%以上；液固比3：1時，砷浸出率為93.02%～94.46%，堿浸出率為93.66%～95.38%；液固比2：1時，砷浸出率為89.77%～90.73%，堿浸出率為89.82%～91.61%。

浸出渣含砷及浸出渣率指標也是受浸出液固比影響較大，液固比4：1時，浸出渣含砷為0.94%～0.95%，浸出渣率為21.4%～27.1%；液固比3：1時，浸出渣含砷為2.9%～3.45%，浸出渣率為30.2%～32.55%；液固比2：1時，浸出渣含砷為4.5%～4.7%，浸出渣率為34.95%～37.7%；而浸出渣含砷及浸出渣率指標直接關系到下道工序銻進入煉銻系統回收過程中砷在系統中循環以及處理量的大小，從而影響處理成本。

綜合考慮砷、堿浸出率，浸出渣率和系統處理能力，將浸出試驗條件確定為：液固比：4：1，攪拌時間60分鐘。

為確保試驗數據可靠，進行了6組重復驗證試驗，重復驗證試驗結果見表4。

表4 重復驗證試驗結果表

重復驗證試驗證明砷堿渣滾筒攪拌浸出條件為：液固比：4：1，攪拌時間60分鐘。

4 改造后的浸出工序工藝及效果

4.1 改造后的浸出工序工藝流程

在砷堿渣滾筒式混泥土攪拌機浸出試驗成功的基礎上，2020年1月，某大型銻冶煉廠對砷堿渣生產線浸出工序工藝進行了改造。改造后的砷堿渣浸出工序工藝如下：砷堿渣-滾筒式混泥土攪拌機浸出-搖床收銻-壓濾機壓濾。改造后的滾筒式混泥土攪拌機容量為10m3，進料改為自動。

4.2 改造后的浸出工序工藝流程運行效果

2020年2月11日至2020年7月25日，某大型銻冶煉企業砷堿渣生產線累計處理一次砷堿渣3173.43 噸，產出浸出渣866.03噸，含銻＞70%，含砷＜0.8%。

自改造運行以來，浸出工藝流程通暢，未出現以往工藝中的沉槽、結晶現象，實現了工藝的連續性。

5 結論

（1）對于砷堿渣有毒有害物料的處理工藝，滾筒式攪拌機加搖床收銻工藝充分結合了砷堿渣物料的性質，實現了短流程處理。

（2）滾筒式攪拌機加搖床收銻工藝自動化程度高，很好地解決了操作人員近距離接觸，最大限度地避免了職業危害。

（3）滾筒式攪拌機加搖床收銻工藝徹底解決了浸出工序工藝不暢通的問題，實現了連續穩定運行。

（4）滾筒式攪拌機加搖床收銻工藝銻回收率高，銻精泥含銻品位高，減少了銻回收的后續處理成本。

（5）滾筒式攪拌機加搖床收銻工藝故障率低，砷浸出率高，極大地減少了砷在冶煉系統中循環。