分析砷在铜冶炼过程的分布及其控制

李 亮

（长沙有色冶金设计研究院有限公司，湖南 长沙 410000）

自2006年以来，我国一直是世界上最大的铜生产国，但由于国内铜矿资源相对匮乏，我国的铜精矿供应量还不到铜产量的三分之一，每年还需向国外进口大量的铜精矿。无论是国内还是国外的铜精矿中均含有一定含量的砷，砷在铜冶炼过程中危害极大，熔炼过程中，砷的存在会造成冶炼炉时长、炉寿低、原辅消耗高等问题；电解过程中，砷的存在会降低电流效率，引起阳极钝化[1]。因此，分析砷的分布，合理控制砷害是有色金属冶炼行业发展的重点，也是保障冶炼行业从业人员身体安全，规避职业病的重要方式。

1 铜冶炼工艺现状

（1）开采条件较差。根据统计分析可以发现，现阶段我国已经探明的铜矿山铜品位为0.8%，与世界平均水平相差甚远；这些铜矿在开采过程中条件艰苦，开采较深；铜矿主要位于我国中西部山区，交通运输条件较差，工业生产能力不足，这些问题的存在均导致铜矿开采难度升高，经济效益不高。

（2）冶金工艺较为滞后。现阶段，我国在进行冶炼企业中的工艺与工业发展现状，相对于发达国家来说还是较为落后，在冶炼中主要就是通过联合企业的车间或者分厂进行生产。而这种冶炼工艺过于落后，在各种因素的影响之下导致我国单位粗铜的加工费相对较高，不利于经济发展。

（3）重金属污染防治问题。有色金属冶炼属于职业病高发行业。在我国，铜冶炼行业属于支柱性的产业模式，从业人员比例较大。冶炼过程中砷的存在会对现场操作人员产生较为严重的危害与影响。在铜冶炼工业中分析冶炼过程中砷的主要来源，了解砷的分布对工作人员与环境产生的不良影响，探究合理的应对对策与手段具有较为重要的价值与意义。

2 砷在铜冶炼过程的分布

在电解过程中会严格控制砷的含量，而在铜的冶炼中无法避免的会带入不同含量的砷，了解砷在铜冶炼中具体分布与控制，可以为砷含量的控制提供有效的参考。在铜冶炼过程中，在熔炼、吹炼与清渣、精炼等过程中均会产生砷。同时，在通过铜电解液中砷的高浓度在各种微量元素的增加过程中会不断的增加。而进砷原料预处理与直接熔炼过程中，必须要分析砷与相关组分在不同形态中产生的具体作用与影响规律。

砷在物料中的含量相对来说并不均匀，砷的取样、化验结果具有一定的差异性。精准分析砷的分布较为复杂。

在现代铜精矿冶炼过程中，铜精矿自然界中的自然铜存量相对较少，一般状况之下是通过金属共生矿的形态存在，而在铜矿石中会伴随着多种不同的重金属与稀有金属。通过化学特征分析，铜精矿中铜主要以硫化矿或氧化矿为主，相对来说硫化矿的分布相对较为广泛。现阶段，在世界范围中电解铜的产量中约有90%来自于硫化矿。

冶炼过程中砷主要是通过氧化物的形态挥发进入到冶炼烟气中，剩余部分则进入到炉渣中。在铜的现代冶炼工艺中，砷的主要危害就是在生产过程中会产生大量含有砷的粉尘、烟尘以及烟气，在进行铜矿输送作业中会在作业环境中存在大量的含有砷的粉尘，而在熔炼、吹炼中就会分散到作业环境中；收尘过程进行粉尘收集处理包装作业时，空气中飘散大量的砷氧化物的粉尘；废酸处理中会在收集、运输废渣中逸散出大量的砷粉尘等等。

现阶段，国内外铜的精炼主要通过电解法与溶剂萃取的方式进行处理，我国主要应用的就是不溶阳极电积法。同时，也可以通过间断脱铜脱砷电积法、连续脱铜脱砷电积法等方式，合理的应用这些方法可以有效降低砷产生的不良影响，减少砷的排放含量。

3 分析砷在铜冶炼过程控制工艺手段

（1）火法冶炼。通过火法冶炼主要就是通过造渣与挥发的方式进行除杂处理，对此在实践中要分析两种机理。利用此种方式可以降低对阳极质量与精炼产生的不良影响，而通过收尘、渣浓缩与还原、污染会增强增值元素的复杂性。

多数砷在火法阶段中就可以得到有效的控制，通过多段阳极精炼工艺进行处理，可以达到减小熔炼状态中铜微量杂质元素的效果。

（2）阳极中的砷。基于火法工艺处理，将粗铜铸成形成阳极。在阳极中砷含量会产生较大的幅度，其主要的变化主要就是受到铜原料的影响。在阳极中砷与铜会通过固溶体以及次氧化颗粒的方式存在，而在固溶体中大概含有30%～60%的砷，剩下的砷则通过氧化物的方式存在。在高砷阳极中，则其固溶体含量在30%～35%左右。

（3）溶液对比阳极泥。阳极泥以及电解液中均含有不同程度的砷。在高杂质的阳极板中，通过增加阳极板含氧浓度的方式可以达到降低砷进入到阳极泥中百分比的效果。砷在铜冶炼中主要受到局部或者单次的动力学平衡等因素的影响。高砷阳极板会产生薄且多孔的阳极泥；而含砷较低的阳极板则会产生表面非多孔，具有光滑性特征的阳极泥。

（4）湿法冶金。现阶段在铜冶金中通过湿法进行冶金，主要就是浸出烟尘、浸出渣综合回收，含砷浸出液脱砷，脱砷之后综合处理。含砷浸出液的脱砷是整个工艺中较为关键的方式与技术手段。现阶段，在对铜冶炼中进行砷的控制主要就是通过石灰中和法、硫化物沉砷法以及铁盐共沉淀法。①石灰中和法。石灰中和法是一种相对较为简单的沉砷工艺手段，具有一定经济性。沉砷过程中主要就是将溶液的PH控制在11～12的范围区间，其中砷主要就是通过亚砷酸钙或者砷酸钙的方式进行沉淀分离。在整个工艺过程中要加强对溶液中温度、反应时间以及钙砷比例、PH值的控制，可以获得不同矿物形态的钙砷化合物。现阶段，在不同条件之下中石灰中和法的沉淀物中获得含砷化合物具有一定的差异。在整体上来说，石灰中和法中的沉淀物缺乏长期稳定性，在潮湿的环境中会受到空气中二氧化碳的反应，产生碳酸钙与砷酸，这样就会导致砷进入到环境中而造成污染等问题。对此，在通过此种方式进行脱砷过程中要根据危险废物进行存储，要基于规范要求进行防腐、防渗处理，保障其符合各项要求。②硫化物沉砷法。硫化物沉砷法工艺最初是在银精矿脱中应用，后来逐渐在砷硫矿以及含砷烟尘的脱砷处理中应用。硫化沉砷工艺主要就是基于砷与硫结合形成较为稳定的AS2S5或者AS2S3。在硫化沉砷法一般选用的硫化剂为Na2S和Na HS，Na HS在应用过程中无需对溶液进行预中和处理，不会产生石膏，进而降低脱砷产物的数量，可以获得较为容易过滤的硫化砷渣，也会显著降低其整体的含水量。

在日本通过此种方式进行含砷烟尘的处理，将获得的脱砷产物与硫磺充分的混合，通过加压釜进行硫化砷的干燥处理，进行聚合与致密化处理。硫化物沉砷法成本相对较高，主要受到在沉砷中硫化物的影响，通过此种方式获得产物相对较为稳定，渣量也相对较小，此种方式主要是在含砷烟尘处理相对较大的领域中存储。

（3）铁盐共沉淀法。铁盐共沉淀法脱砷是一种在三价铁中和作用影响，形成的具有一定吸附能力的氢氧化铁，其产生的胶体可以吸附在溶液中存在的砷酸离子，进而实现脱砷效果。在实际中主要就是通过石灰乳作为主要的中和剂。

在波兰，通过此种方式处理在化工厂中的含砷烟尘，在处理过程中要先将烟尘进行酸性浸出，m（Fe）∶m（As）=4∶1的比例加入铁盐，在通过压缩空气作为主要的氧化剂，其反应重点则要将PH控制在8左右，通过稳定的方式性脱砷产物。在处理中一些脱砷矿浆会作为晶种，可以返回在前一段的沉砷环节中应用，通过此种方式进行控制可以将将砷含量控制在1mg/L之下。通过此种方式获得的脱砷产物会在铁砷比增加中而呈现不断的增加状态，为了提升脱砷质量，则要添加大量的铁盐，这样就会增加脱砷成本。

4 结束语

有色金属的冶炼中会存在大量的污染。而在铜冶炼过程中会存在的大量的砷，如果不加强对砷的控制与处理，就会对生产操作人员产生不同程度的人身伤害。分析砷在铜冶炼过程中的具体分布，了解其存在的规律特征，通过现代化的工艺手段加强对砷的控制与管理，合理应用各种脱砷工艺手段，对于有色金属冶炼行业的发展具有重要的价值与作用。