铜转炉烟灰焙烧脱砷的研究.pdf

1 4 铜转炉烟灰焙烧脱砷的研究 付一呜姜澜王德全 东北大学，沈阳1 1 0 0 0 6 摘要研究了沈阳冶炼厂铜转炉电收尘烟灰的焙烧脱砷过程，考察了培烧温度。空气流量 翔焙烧时间对脱砷率的影响．结果表明，在最佳条件下．脱砷卓可达9 1 ．5 3 ％． 关键词铜转炉电收尘烟灰；培烧脱砷 中圈分类号T F 8 1 1文献标识码B 沈阳冶炼厂每年随原料带人的砷量至少 有6 0 0 t 。在铜、铅的生产过程中，有多种含 砷物料产生，这些含砷物料几乎全部返回铜 和铅系统，使砷在工厂内部形成闭路循环。 对于铜冶炼过程来说，砷是一种极为有害的 杂质元素，它绐冶炼和制酸过程带来困难， 不仅使工艺流程复杂，影响冶炼的技术经济 指标，而且造成严重的污染。据统计“ ，在火 法炼铜过程中，大约有7 0 ％的砷进人烟气 中，随后沉积在各级收尘设备中。其中转炉 电收尘烟灰与其他收尘设备中的蝈灰相比含 砷量较高，因而本文针对转炉电收尘烟灰， 研究其脱砷方法。 目前，国内外有许多处理铜烟灰的报 道q ”。其中太多数是对转炉烟灰进行综合 利用，生产粗铜、七水硫酸锌、海绵铜、海绵 镉、铅铋渣等产品。砷被固定在铁砷渣中堆 放。这些方法虽然对烟灰中的有价成分进行 了分别提取，但流程太长，处理费用高，且砷 没有形成产品。因而这些方法难以被企业接 受。为此，本研究从转炉烟灰的特点出发， 结合工厂实际情况，确定了焙烧脱砷处理此 烟灰的方案。此方案具有工艺简单，流程 短，投资少等优点，比较适合沈阳冶炼厂这 样的老厂．对含砷中间物料进行脱砷处理 后，此物料返回原系统。这样，砷形成开 路，消除砷积累造成的各种不良影响．砷开 路以后，可放宽对原料的含砷要求，适当购 入价格低的铜、铅原料，增加企业的经济效 益。本文结合砷的存在形态重点考察焙烧温 度，空气流量，焙烧时间对脱砷率的影响。 确定合理的工艺条件，达到最佳的脱砷效果。 1砷的形态及挥发温度 铜烟灰中砷的形态比较复杂，在众多文 献中说法不一。段学臣。、余忠珠。等人在 对含砷烟尘处理的文章中指出“砷主要以 三氧化二砷的形态存在”；刘斌。则指出 。砷灰中的砷多以三氧化二砷的形态存在． 并含有少量金属砷”；而根据冯树屏o 、E d j t a V h c i k o v a o 等人的分析，铜烟灰中除含有砷 的氧化物外，还有一定量的Z n 3 A s O 2 ， P b A s O 。 、砷的硫化物以及单质砷．综合 上述意见，能取得共识的是铜烟灰中含有一 定量的三氧化二砷。三氧化二砷是低沸点的 化合物，具有4 6 5 ℃升华的特征，此温度下 的蒸汽压达到1 0 k p a 。铜烟灰中存在的主要 含砷物质的沸点如下 物质 A sA s ．0 6 A s O ， A s 2 S 3 沸点 6 1 04 6 5 ⋯⋯ 7 0 8 至今，人们对砷酸盐的热力学性质研 究得较少。还没有关于硒 A s 0 4 和 万方数据 1 5 P b 3 A s O - t 这耀种物威沸点及分髌温度的 报道。A s s j 的沸点为7 0 8 ℃，但在加热且 毒氧气存京麴壤提下，翘＆会授氧纯鸯 A s 0 3 。当漱度超过3 1 5 ℃时，A s i O ，袅分 瓣为A s 2 0 3 和0 2 。所以前述4 种含砷物 鹱，在婊烧过程中是较豢爨以气接状态撵发 出来的。焙烧脱砷后的物料返回主系统。困 掰我稍希望砷尽可髓多的挥发进A 翅气中， 砸其余右债盘属水挥发趣在物料中。铜转炉 魂收尘烟灰中除了含有砷的化舍物外，主要 鸯有镪，镫，锌、锈、铋等有捡垒j 霉憨氧他耱 和硫酸盐，而这些盎属氧化物的沸点和硫酸 藏前分解温发都较高。所以．通过焙烧葳应 可以使砷与物料中的有投金羼分襄。 2实验 实验所用原料为沈阳冶炼厂铜转炉电收 尘烟藏，其砷含量为7 ．6 6 ％。所有焙烧实骏均 燕以瓷娉装辩，每次用分糖天平壤确弥量l o g 发右的烟灰，将其最于管状炉中进行焙烧。 簸A 空气将焙烧过程挥发的气体带出管靛 妒，并用冷水多级吸收。考察焙烧温度、时 间、空气流量等因素对脱砷率的影响。 3 戆果及讨论 3 _ l 髂烧温度对脱砷率的彩响在研究焙 烧温褰辩驳砷率的影喷憋过程孛，娄焙烧溢 发为7 0 0 ℃时，物料发生了烧结现象。所以 不麓搜搪挠溢整达裂或高予7 0 0 ℃。辫1 为在焙烧时间l h ，空气流量0 ．1 6 m 3 ／h 的条 件下，脱砷率与焙烧温度的关系曲线。 盎强l 霹以著凄，嬉嶷溢魔越裔，麓碡率 越高。温度掘5 0 0 ℃进行焙烧l h 后，脱砷 率其有8 0 ％。这可德是由于滔藏中除了三氧 化二砷外，述禽有雄的冀他璁食物，恧这些 含砷物质的沸点高于5 0 0 ℃的原因所至。 魏丽，簧获褥较高赫髓砷率，嫱麓澈度_ | 壹控 制在6 0 0 ℃发右。 3 ．2空气流量对脱砷率的影响翻2 为脱 砷攀随空气流摄的变他曲线。在职究此因素 实骚时，固定焙烧谳度6 0 0 ℃，焙烧时间 l h 。当空气瀛_ 羹壶0 ．0 8 m 3 ，h 增太到0 ．2 4 m 3 ／h 时，脱砷帛只有2 ％的波动，这说明空气流量 对铜转炉烟灰的脱砷率影响不犬。但通过分 辑熄烧耀气的零冷淡淀赞，霹域看赉，空气 流擞对焙烧效果还是有一定影响的。液1 为 ] o g 铜烟获于6 0 0 ℃下焙烧1 h 掰获得的水冷 抗淀物的分析结果。 1 0 0 ，、9 0 蒜 蕃 罅 萋7 0 6 0 3 0 0 珊枷4 5 0 , 5 0 05 5 06 0 0 强整∞} 豳1温度对脱砷霉的影响 1 0 0 芝9 0 册 栏8 0 罄 7 0 幔嘴n 1 2n 1 6m ∞n M 空气流量f m ’h 謇2空气浚量对联砖率瓣影嫡 表1瘩冷嚣淀物舱分转缱鬃 空气流量 m ’／h 0 ．0 8 n 1 2n 1 6 0 ．2 0 沉淀搬重量 曲 o ．8 10 镐I ．粥 1l Ol2 2 沉淀蜘禽砷 ％ 蚺．2 I姐1 6卯∞5 21 34 65 3 由表中数掇可知，随蓑空气流量的增 大，水玲沉淀物重量逐渐增大，沉淀物含砷 量遂濒减枣，蛊鬣察沉淀耪静蔟色壹潼交 深。由此可推断出，鼓人空气可以把挥发出 的含砷气体及时带出艇应体系。因而空气流 量太小，会使挥发出寒姆含辨气搏玲凝于管 道中，且不利于硫化砷的氧化；誊气流量太 大，会搅越瓷舟中的街辩，使部势耀获进A 烟气中，从而降低水冷沉淀物中砷的囊量。 根据实验缩果，选择空气流撮为0 ．1 6 m 3 ／h 。 万方数据 3 ．3焙烧时间对脱砷率的影响图3 为在 空气流量0 ．1 6 m ’／n ，焙烧温度3 0 0 ～6 0 0 ℃的条件下，焙烧时间与脱砷率的关系曲 线。从图中可以看出，焙烧反应在3 0 m i n 内，脱砷率随时间的延长提高得较快。反应 时间超过3 0 m i n 以后，脱砷率随时间的延长 不再明显提高，特别是在较高焙烧温度下． 这是因为在较高温度下，物料的反应速度是 比较快的． 1 0 0 8 0 甚 i ∞ 薹4 0 2 0 0 时问 h 图3时间对脱砷率的影响 4结论 1 脱砷率随着焙烧温度的升高而提 高，空气流量对脱砷率影响不大，焙烧反应 在3 0 m i n 以内，脱砷率随时间的延长显著提 高，在3 0 r a i n 以后，脱砷率提高缓慢。 2 根据焙烧反应的实验结果，取最佳的 脱砷反应条件为反应温度6 0 0 ℃，焙烧时 间1 h ，空气流量0 ．1 6 m 3 ／h ．在此条件下，铜 烟灰的脱砷率可达9 1 ．5 3 ％。若适当提高反 应温度 7 0 0 ℃ 和增加焙烧时间，可使脱 砷率有所提高． 参考文献 1 周俊．承口山科技．1 9 9 7 ，1 2 4 1 3 2 ． 2 余忠珠．有色冶炼．1 9 9 7 1 3 7 ． 3 曼继烈译．有色冶炼，1 9 9 3 6 2 3 4F r a n kD a l e w s k i ．R e m o v i n ga r s e n i cf r o mc o p - p e rs m e l t e rg a s e s ．J o M ，1 9 9 9 , 9 M 5 段学臣．中南矿冶学院学报，1 9 9 1 ，2 2 2 J 1 4 9 ． 6 刘斌．有色冶炼，1 9 9 7 ， 3 生 7 冯树屏．砷的分析化学．中国环境科学出版社， 1 9 8 8E d i 诅V i r c i k o v a ，M i l a nh a v l i kJ O M ．1 螂嗍2 0 ． 万方数据