铜冶炼过程中砷元素的走向及分布规律

马永明，邱建文，连国旺

（紫金铜业有限公司，福建 龙岩 364204）

1 砷及其氧化物的物化性质

砷（As），是一种类金属元素，熔点约为300℃（砷华275℃，白砷石313℃），沸点为457.2℃。五氧化二砷（As2O5），溶于水，能与水反应生成3种砷酸，正砷酸（H3AsO4）、偏砷酸（HAsO3）和焦砷酸（H4As2O7）；熔点315℃，热稳定性差，300℃即可转变为As2O3；具有强氧化性。在硫化铜精矿中，砷以雌黄(As2S3)、雄黄（AsS）、硫砷铜矿(Cu3AsS4)、砷黄铁矿(FeAsS)和砷黝铜矿(Cu12As4Sb13)等多种形式存在。

2 铜冶炼厂流程简介

铜冶炼厂选用闪速熔炼、卡尔多炉等国际先进的工艺技术装备，全系统实现自动化控制，关键环节、重大设备智能化控制；年产30万吨阴极铜、10吨黄金、200吨白银、80万吨硫酸及铂钯等稀贵金属，铜冶炼采用闪速炉-＞PS转炉-＞阳极炉-＞电解的工艺，由闪速炉产出冰铜到3台PS转炉(2用1备)，再由转炉将冰铜吹炼成粗铜，转至2台阳极炉精炼成浇筑阳极板，阳极板转运至电解厂生产出阴极铜外售，而含硫烟气则抽至硫酸厂制酸外售。

3 铜冶炼中各物料的含砷现状及砷元素的走向情况

3.1 铜冶炼中各物料的含砷现状

随着铜矿资源不断被消耗，铜冶炼中各入炉物料含砷量不断上升[1]，给铜冶炼行业带来更大的挑战，下表为冶炼厂部分入炉物料成分分析表：

表1 入炉物料含砷情况分析表

4 国内铜精矿1 20.4642.1629.31 4.6 0.1 1 2.06 5 国内铜精矿2 32.7221.5219.53 9.76 1.64 0.46 0.66 6 国内铜精矿3 26.5 26 25 4 0.57 0.52 0.98 7 国外铜精矿1 27.52 23.16 27.09 9.08 0.4 0.5 0.84 8 国外铜精矿2 15.44 31.68 30.76 10 1 0.44 2.05 9 国外铜精矿3 23.39 19.93 19.92 14.16 2.23 0.44 0.85 10 国外铜精矿4 20.78 31.18 25.18 9.36 1.11 0.43 1.50 11 国外铜精矿5 28.2 33.68 24.5 9.4 0.13 0.26 1.19 12 国外铜精矿6 26.87 33.78 26.55 7.66 0.21 0.21 1.26 13 国外铜精矿7 31.52 19.11 16.52 17.41 1.56 0.36 0.61 14 国外铜精矿8 20.55 36.02 28 7.01 0.68 0.36 1.75 15 混矿1 23.12 26.82 24.48 13.12 4.85 0.53 1.16 16 混矿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况

冶炼厂砷投入的物料为：铜精矿、外购冷铜。砷开路的物料：白烟尘、尾矿、中和渣、铅滤饼、砷滤饼、阴极铜。下图为冶炼厂砷走向图：

由图1可知：各系统含砷中间物料较多，除少数外，大多数在系统内反复循环。因而如何减少系统内砷含量，对各系统的生产的顺利运行具有积极的意义。

图1 某冶炼厂砷走向图

4 闪速炉熔炼过程砷元素分布规律

（1）原料中砷化物发生分解、氧化反应，气相中主要以三价砷氧化物形式存在，渣相中主要以As+5和As+3形式存在。

（2）渣中As2O3会被FeS所还原，以As(l)的形式转移到冰铜中：

（3）冰铜中部分As同样会被Cu2O和O2氧化进入渣相：

（4）冰铜中砷的存在形式主要为砷化铜、砷化铁等。

（5）闪速炉熔炼过程砷元素分布规律：

①从图2中可知冰铜和炉渣中含砷随着冰铜品位的上升而升高，随着冰铜品位的升高，砷在冰铜中的活度系数会逐渐降低，而高品位冰铜又对砷有较高的亲和力，所以随着冰铜品位升高，砷在气相中分配比会降低，冰铜中分配比升高。②随着富氧浓度升高，铜精矿熔炼时间变得更加迅速，反应过程中氧势增大，砷在气相中分配比会减少，渣相、冰铜相分配比会增大。③随着冶炼温度升高，AsS、As2S3等砷化物蒸气压会增大，砷在气相中分配比例会升高。④随着铁硅比增大，冶炼炉渣中容易生成较多的砷酸铁物相，炉渣中三价砷活度系数降低，致使砷在渣相分配比例升高。

图2 冰铜品位变化与冰铜、炉渣中砷的分配比例图

5 结论

通过砷在铜冶炼过程中的分布情况以及砷在闪速炉熔炼中的分布规律，可知：

（1）渣选尾渣、砷滤饼、炉渣及白烟尘这四个产物占到砷产出总量的87%，而尾渣和炉渣占到总量的50%。

（2）随着冰铜品位、富氧浓度的升高，砷在气相中分配比降低，冰铜和渣中分配比升高。

（3）随着冶炼温度的升高，砷在气相中分配比升高，随着铁硅比的增大，砷在渣中分配比升高。