含砷烟灰脱砷焙烧试验研究

（山东恒邦冶炼股份有限公司，山东 烟台 264000）

某公司铜冶炼系统采用富氧底吹熔炼造锍捕金工艺，并配套了收砷系统，可以处理多金属复杂矿[1]，由于复杂矿多为含砷矿物，如毒砂（FeAsS）、雄黄（As4S4）、雌黄（As2S3）、砷铁矿（FeAs2）、硫砷铜矿（Cu3AsS4）等[2]，入炉料含砷品位达到1.5%以上，矿物采用入炉直接熔炼的方法，砷在熔炼过程中进入烟尘而与冰铜分离。

在此过程中，熔炼过程产生的三氧化二砷以气体形态进入冶炼烟气中，通过收砷系统冷却回收[3]，产生大量含砷烟灰。这部分含砷烟灰除含有20%～50%的砷，还含有金、银、铜等有价金属元素，因此需对产生的含砷烟灰进行脱砷处理，获得三氧化二砷产品及金、银、铜等有价金属富集渣。

常用含砷烟灰脱砷方法主要有焙烧脱砷和浸出脱砷两大类[4]。针对不同含砷烟灰，采用何种脱砷方法，主要根据烟灰成分、操作难易程度及经济因素等综合考虑。针对公司实际情况，采用浸出脱砷会产生大量含砷废水，处置费用高，因此本次研究采用焙烧脱砷的方法。

焙烧法是利用三氧化二砷易挥发的特点，在高温下使三氧化二砷形成气态挥发，从而实现与有价金属分离。通常使用的设备有反射炉、回转窑、真空炉等[5]，相较而言回转窑处理量大、适应能力强[6]，因此是本次试验考察的重点。

1 试样分析

取该公司收砷系统布袋和骤冷塔砷灰混合样品（以下简称含砷烟灰），对样品主要元素进行化验分析，分析结果见表1。

表1 含砷烟灰主要元素分析结果

2 试验方法、设备及仪器

2.1 试验方法

首先进行马弗炉静态焙烧条件试验，以确定不同温度下含砷烟灰的脱砷效果，确定工艺参数取值范围，然后进行回转窑动态焙烧试验，考察回转窑脱砷效果。

（1）马弗炉静态焙烧试验。取一定质量含砷烟灰试样放入焙烧皿中，将焙烧皿置入已升至预定温度马弗炉中，焙烧预定时间后取出，自然冷却称重后进行化验分析。取同样重量的含砷烟灰试样，加入一定量的浓硫酸进行酸化并按上述条件进行焙烧，对比试验结果。

（2）回转窑动态试验。将含砷烟灰与浓硫酸按照一定比例混合，待回转窑中心筒升至设定温度，开始连续进料，焙烧预定时间后取出，自然冷却称重后进行化验分析。

2.2 实验设备及仪器

实验设备及仪器包括SX2-4-10箱式电阻炉、SHY-I型实验室回转窑、电子天平、ZDM系列振动磨样机等。

3 试验结果与讨论

3.1 马弗炉静态焙烧试验

在焙烧试验中，主要考察焙烧温度、焙烧时间及浓硫酸添加量对脱砷率的影响。

3.1.1 焙烧温度条件试验

分别在400℃、500℃、600℃、700℃条件下进行焙烧试验，焙烧时间为60min，在上述试验条件下，试样中按照砷烟灰与浓硫酸质量比10：1加入浓硫酸。试验结果见图3。

从图3可以看出，含砷烟灰在不加酸条件下脱砷率最高为76.75%，加酸后脱砷率最高达到92.68%，加酸后焙烧脱砷率提高明显，分析原因是加入的浓硫酸与含砷烟灰中的砷酸盐反应，生成易挥发的亚砷酸，从而提高了挥发率。加酸后在500℃时脱砷率达到较大值，继续提高温度对脱砷率影响不大。

3.1.2 焙烧时间条件试验

为了便于比较焙烧时间的影响，焙烧温度设定为500℃，其他试验条件同上，比较含砷烟灰加酸前后焙烧脱砷率。试验结果见图4。

从图4可以看出，随着焙烧时间的延长，脱砷率逐渐提高。通过两组试验对比，不加酸焙烧在80min脱砷率达到最大值75.82%，加酸后焙烧在60min脱砷率达到最大值93.93%，分析原因加入浓硫酸后，有利于砷酸盐分解及砷的挥发。

图3 马弗炉焙烧温度对脱砷率的影响

图4 马弗炉焙烧时间对脱砷率的影响

图5 回转窑焙烧试验加酸量对脱砷率的影响

通过马弗炉静态焙烧，基本确定了焙烧脱砷试验条件，焙烧温度500℃～600℃，焙烧时间60～80min，下一步进行回转窑动态焙烧试验，验证不同酸量条件下，砷灰脱砷率。

3.2 回转窑动态焙烧试验

根据马弗炉静态焙烧试验结论，用回转窑进行动态焙烧试验。回转窑转速为2.5r/min，进料量2kg/h，焙烧时间60min，为了避免烧结，焙烧温度设定500℃，验证砷灰与浓硫酸质量比20：1～5：1范围内脱砷效果。焙烧渣冷却后进行化验分析，试验结果见图5。

由图5可以看出，回转窑动态焙烧试验与马弗炉静态焙烧效果基本一致，加入浓硫酸后焙烧脱砷率提高明显，在灰酸质量比6.7：1条件下，脱砷率最高达到了95.05%，继续提高加酸量后脱砷率反而降低，并出现烧结现象。因此灰酸质量比在6.7：1，焙烧温度500℃，焙烧时间60min，脱砷效果最好，可达到95.05%。

4 结论

（1）通过马弗炉静态焙烧试验，砷灰中加入浓硫酸后，脱砷率提高明显，当温度达到500℃，焙烧时间60min，脱砷率达到最大值93.93%，加入的浓硫酸与含砷烟灰中的砷酸盐反应，生成易挥发的亚砷酸，从而提高砷的挥发率。

（2）回转窑动态焙烧试验，在焙烧温度为500℃，焙烧时间为60min，灰酸质量比在6.7：1条件下，脱砷效果最好，脱砷率为95.05%。

（3）上述试验表明采用回转窑酸化焙烧脱砷工艺处理含砷烟灰是可行的。