从硫化锌精矿中直接回收砷.pdf

2 0 1 2 年1 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 1 3 d o I l O ．3 9 6 9 ／j ．i 髓n ．1 0 0 7 7 5 4 5 ．2 0 1 2 ．0 1 ．0 0 4 从硫化锌精矿中直接回收砷 李旭光1 ，谭永仁2 ，梁铎强3 ，朱志勇2 1 ．桂林理工大学南宁分校，南宁5 3 0 0 0 1 ；2 ．南丹县吉朗铟业有限公司，广西南丹5 4 7 2 0 5 ； 3 ．广西大学资源与冶金学院，南宁5 3 0 0 0 4 摘要在沸腾炉中，利用弱氧焙烧使A s 和S 从硫化锌精矿中脱除，再经过二次燃烧室使A s 和S 得到充 分燃烧后全部进入烟气，烟气经余热锅炉和电收尘脱除大部分烟尘，通过收砷设备冷凝沉降后得到 A s 2 0 。粗烟尘。最佳条件表明，A s z O s 回收率在9 8 ％以上，粗烟尘经砷提纯装置使A s 2 0 。含量达到 9 8 ％以上。提纯过程中的砷渣返回原料工序循环使用，烟气经脱砷处理后用于制酸，整个生产过程为全 封闭自动化流水线作业。 关键词硫化锌精矿；砷l 回收；烟尘 中图分类号T F 8 1 3 ；T F 8 0 5 ．3文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 2 0 1 一0 0 1 3 一0 3 A r s e n i cD i r e c tR e c o V e r yf r o mA r s e n i c B e a r i n gZ i n cS u I f i d eC o n c e n t r a t e s L IX u g u a n 9 1 ，T A NY o n g r e n 2 ，L I A N GD u o q i a n 9 3 ，Z H UZ h i y o n 9 2 1 ．G u i l i nU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g yN a n n i n gB r a n c h ，N a n n i n g5 3 0 0 0 1 ，C h i n a I 2 ．N a n d a nJ i l a n gZ i n cC o ．L t d N a n d a n5 4 7 2 0 5 ，G u a n g x i ．C h i n a l 3 ．C o l l e g eo fR e s o u r c ea n dM e t a l l u r g y ，G u a n g “U n i v e r s i t y 。N a n n i n g5 3 0 0 0 4 ，C h i n a I A b s t r a c t I ni n d u s t r i a l s c a l ee x p e r i m e n t ，z i n cs u H i d ec o n c e n t r a t ew a sr o a s t e di n { l u i d i z e db e df u r n a c ei nl o w o x i d i z i n ga t m o s p h e r e sa n dt e m p e r a t u r e ，t h ew a s t eg a sw a so x i d i z e ds u f f i c i e n t l ya f t e rs e c o n dc o m b u s t i o n ， s oA sa n dSe n t r a n c e di n t ow a s t eg a sc o m p l e t e l ya n dr e c o v e r e da f t e rd u s tc o l l e c t i n g ．T h er e s u l t ss h o wt h a t a r s e n i cs l a gi sp u r i f i e dt o9 8 ％i nt h et h i r dc o m b u s t i o n ，a n dt h er e c o v e r yo fA s 20 3i sm o r et h a n9 8 ％．T h e a r s e n i cs l a gi sc y c l i n gu s e db yg e t t i n gb a c kt od o s i n gp r o c e s s ，t h ew a s t eg a si su s e dt op r o d u c ea c i da f t e r d e - a r s e n i ct r e a t m e n t ．T h ew h o l ep r o d u c t i v ep r o c e s si se n c l o s e dt o t a l l ya n da u t o m a t i c a l l ya s s e m b l yl i n e w o r k ． K e yw o r d s a r s e n i c b e a r i n gz i n cs u l f i d ec o n c e n t r a t e s ；a r s e n i c ；r e c o v e r y ；d u s t 砷及其化合物会给大气、水、土壤等造成严重的 污染，对人类的生产生活构成巨大的威胁[ 1 ] 。在众 多可能引发砷污染的行业中，有色金属冶炼行业最 为突出，有色金属冶炼过程中的砷污染随着冶炼行 业的高速发展而日益严重，因砷污染引发的各类问 题给环境保护带来沉重的压力。如何在保证有色金 属冶炼企业正常生产的前提下有效地治理砷污染， 实现经济效益和环境效益双赢，是摆在有色金属冶 炼行业面前一个棘手又亟待解决的难题。 本文提出了含砷硫化锌精矿冶炼过程中砷的直 接回收技术。在硫化锌精矿制酸生产线配套建设砷 回收系统，硫化锌精矿经焙烧后，烟气可用于生产硫 酸，锌焙砂用于提取锌，生产过程中还可开发烟气余 热生产蒸汽，用于发电。但由于金属A s 的存在，容 易形成二次污染，因此必须对硫化锌精矿进行脱砷 处理。经脱砷后的锌焙砂作为炼锌原料使用，经砷 基金项目广西白然科学基金项目 2 0 1 0 G x N s F A 0 1 3 0 5 3 I 广西壮族自治区科技厅科技攻关与新产品试制课题 桂科攻1 0 9 9 0 4 4 - 广西大学科研基金项目 M 3 1 3 0 0 1 作者简介李旭光 1 9 5 5 - ．男。广西贵港人，副教授． 万方数据 1 4 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 2 年1 期 回收系统加工提纯的A s 。o 。可作为回收A s 的物 料，此举可将硫化锌精矿制酸过程中产生的砷污染 降到最低水平。 1试验原理 以年处理2 0 万t 含砷硫化锌精矿生产线做了 扩大试验。含砷物料焙烧的目的主要是脱除砷，首 先在流化态焙烧炉中使含砷硫化锌精矿中的砷挥发 进入烟气，然后再在二次燃烧室使其中的金属转变 为可溶性的氧化物和硫酸盐。含砷硫化锌精矿中的 砷主要以F e A s S 的形式存在，焙烧炉的温度和氛围 极其重要，在适当的温度及低氧气氛下，砷和硫一起 挥发，当和沸腾炉和二次燃烧室中的氧气反应时，将 按下式反应凹] 2 F e A s S 3 F e S 2 5 F e S A s 2S 3 2 A s 2s 3 g 9 0 2 6 S 0 2 A s 4 0 6 g 3 F e S 5 0 2 F e 。O 。 3 S 0 2 g 砷回收系统分为收砷工序和精砷工序，收砷工 序采用循环水间接冷却法收集烟气中A s 。o 。，精砷 工序采用高温电炉焙烧蒸馏还原法，使A s 在高温 下升华，对收砷工序收集的A s 。O 。进行加工提纯。 从焙烧系统出来的含A s 烟气先经二次燃烧室 燃烧，使A s 充分氧化，然后经电除尘去除烟尘，再 通过夹套水冷却的重力沉降室 收砷料斗 降温收集 A s 。o 。烟尘，A s z 0 。烟尘被大量收集，烟气中A s z O 。 回收率在9 9 ％以上，A s 脱除率在9 3 ％以上。收集 下来的A s 。0 。烟尘通过螺旋排灰机、埋刮板运输机 至自动包装机包装后送往A s 产品库贮存或送精砷 工序继续加工提纯。在精砷工序，含A s o 。烟尘经 6 5 0 ℃高温电炉蒸馏还原，A s 在高温下升华，再经 冷却后收集、包装即得高纯度A s 。0 。产品，废渣定 期清理后返回原配料系统闭路循环，A s 收集率达 9 9 ％以上，尾气经过布袋收尘后，汇人硫酸尾气处理 系统，确保尾气达到国家标准后通过风机和烟囱高 空排放。砷回收系统的大型试验由收砷工序和精砷 工序组成，工艺流程见图1 。 2试验 原料为广西某矿区的硫化锌精矿，其主要化学 成分 ％ Z n5 3 、S2 1 、A s2 、P b1 ．O 、F e6 ．0 、C u O ．8 、水分7 ．8 、其他8 ．4 。可见。砷的含量较高，对 一般的锌冶炼企业造成极为不利的影响。 考虑到原料所含的水分对后续工序产生影响， 先用烘干机将物料烘干，物料进入沸腾炉焙烧后得 成品外售 图1 从含砷硫化锌精矿中直接回收 砷的工艺流程图 F i g ．1 P r o c e s sn o wd i a g r a mo fd i r e c t i V e r e c o V e r yO fa r s e n i cf r o ma 幅e n i c - b e a r i n g z i n cs u I f i d ec o n c e n t r a t e s 到含A s 烟气，为使烟气中的砷金属充分氧化，A s 烟气经二次燃烧室继续焙烧。试验考察二次燃烧室 温度对A s 0 。的回收率的影响， 在收砷工序，烟尘中的A s 。O 。含量为9 6 ％，精 砷工序目的是将烟尘中的A s 0 。含量提高至9 8 ％。 精砷工序以高温蒸馏还原法还原烟尘中的A s O 。， A s 属于低沸点金属，在受热液化之前因已达到饱和 蒸汽压而直接升华变为蒸汽，利用A s 金属与其他 金属之间的蒸汽压差别分离金属A s ，进一步提高的 A s O 。纯度。试验主要考察电炉温度对A s 。o 。回 收率的影响。 3 结果与讨论 3 ．1 二次燃烧室温度对A s 20 3 回收率的影响 首先考察二次燃烧室温度在4 5 0 ～9 5 0 ℃对收 尘效率的影响。试验条件鼓风量16 0 0m 3 ／h ；电炉 温度6 0 0 ℃。试验结果见图2 。 图2 表明，当二次燃烧室温度为6 5 0 ℃时，收 砷系统A s 。0 ，的回收率最高，达9 9 ．5 ％。 在4 5 0 ～6 5 0 ℃，升高温度，砷的氧化过程动力 学速度得以加强[ 3 】。而当温度超过6 5 0 ℃时，过高 万方数据 2 0 1 2 年1 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 1 5 堡 斟 擎 盈 嚣 温度，℃ 图2二次燃烧室温度与A ＆0 3 回收率的关系曲线 F i g ．2 R e I a t i o n s h i pb e t w e e nt e m p e r a t u r ei n s e c o n dc o m b u s t i o na n dA s 2 3r e c o v e r yr a t e 的气体温度不利于后面的电收尘。 3 ．2二次燃烧室鼓风量对A s o 。回收率的影响 在二次燃烧室内，主要发生A s 的氧化反应，燃 烧室内氧气含量是反应可否顺利进行的关键因素之 一。试验条件二次燃烧室温度6 5 0 ℃；电炉温度 6 0 0 ℃。二次燃烧室鼓风量与A s O 。回收率的关系 曲线见图3 。 堡 爵 善 互 量 鼓风量， m 3 ．h 一1 图3二次燃烧室鼓风量与A s 20 3 回收率的关系 F i g ．3R e l a t i o n s h i pb e t w e e nb I a s tV o l u m ei n s e c o n dc o m b u s t i o na n dA s 20 3r e c O V e r yr a t e 图3 表明，当二次燃烧室鼓风量大于18 0 0 m 3 ／h 时，收砷工序A s 。o 。回收率基本稳定在 9 8 ．6 ％左右。 鼓风量越大，氧化气氛越强，越有利于砷的氧 化[ 4 ] 。但到达一定鼓风量后，会对收尘的效果造成 一定不利影响。故二次燃烧室鼓风量的适宜值有一 极大值。 3 ．3 电炉温度与A s 0 3 回收率的关系 试验条件二次燃烧室温度6 5 0 ℃，鼓风量 18 0 0m 3 ／h 。电炉温度与A s 。O 。回收率的关系曲线 见图4 。 术 、 哥 擎 司 雷 温厦，℃ 图4电炉温度与A s 20 3 回收率的关系 F i g ．4R e l a t i o n s h i pb e t w e e ne l e c t r i cf u r n a c e t e m p e r a t u r ea n dA s 2 ‘ 3r e c o v e r yr a t e 图4 表明，当电炉温度达到A s 金属的沸点时， A s z O 。的回收率最高。 当电炉温度低于6 5 0 ℃时，温度升高，有利于 A s o 。的挥发。但温度过高，A s O 。会和其他物质 发生反应生成不易挥发的物质，不利于富集砷。 4结论 在二次燃烧室温度6 5 0 ℃，二次燃烧室鼓风量 18 0 0m 3 ／h ，精砷系统电炉温度6 1 5 ℃时，可获得最 佳的A s 0 。回收率。该技术为治理砷污染提供一 定的借鉴价值。 参考文献 [ 1 ] M o r a d iS ，M o n h e m i u sAJ ． M i x e ds u l p h i d e o x i d el e a d a n dz i n co r e s P r o b l e m sa n dS o l u t i o n s0 r i g i n a lR e s e a r c h A r t i c l e [ J ] ．M i n e r a l sE n g i n e e “n g ，2 0 1 1 ，2 4 1 0 1 0 6 2 - 1 0 7 6 ． [ 2 ] 曲胜利．董准勤．干法收砷工艺的应用实践口] ．中国有 色冶金，2 0 1 0 ，1 5 4 3 7 4 0 ． [ 3 ] A m rsM ，D a “n k aYB ，Y o n c h oGP ．A no v e r v i e wo f m e t a l sr e c o v e r yf r o mt h e r m a lp o w e rp l a n ts o l i dw a s t e 8 [ J ] ．w a s t eM a n a g e m e n t ，2 0 l o 。3 0 1 2 2 5 4 8 2 5 5 9 ． [ 4 ] H o p k i nw ． T h ep r o b l e mo fa r s e n i cd i s p o s a li nn o n f e r r o u sm e t a l sp r o d u c t i o n [ J ] ．E n v i r o n m e n t a lG e o c h e m i s t r ya n dH e a l t h ，1 9 9 3 ．1 1 3 ／4 1 0 1 1 1 2 ． ∞∞g}％g昕％％ 万方数据