粗三氧化二砷提纯装备技术比较及应用

陈 涛，王瑞强

（山东恒邦冶炼股份有限公司，山东 烟台 264100）

高砷高硫难处理金精矿经过沸腾炉焙烧或铜冶炼熔炼炉熔炼产出的含砷烟气经过骤冷塔喷雾冷却降温在布袋除尘器被收集，得到粗三氧化二砷烟尘，一般As2O3含量在85%～95%之间，此外还含有少量金、银、铜、铅、锑等杂质元素，堆比重在0.7～1.1t/m³，颜色灰白色，其主要成分见表1。

表1 粗三氧化二砷成分组成（%）

由于粗三氧化二砷的纯度、白度及堆比重等较低，不能作为原材料直接使用，需要进一步提纯[1-2]，才能作为生产单质砷的合格原料或直接外售。

1 工艺原理及方法

提纯粗三氧化二砷是利用As2O3易于升华挥发的特点，将粗三氧化二砷在炉子里加热高于其沸点465℃，使粗三氧化二砷中的As2O3优先挥发出来成为蒸气状态进入烟气中，含砷高温烟气在冷凝室内冷却得到纯度更高的As2O3，有价金属残留于渣中得到进一步富集，得到综合利用。目前，粗三氧化二砷的火法提纯工艺主有反射炉工艺、回转窑工艺、钢带炉工艺。三种工艺炉型产出的含砷烟气降温收尘设施基本一致。工艺原则流程见图1。

图1 提纯粗三氧化二砷工艺流程

1.1 反射炉工艺

反射炉是传统的火法冶炼设备，在熔炼铜、锡、铋精矿，处理铅冶炼铜浮渣，金属的熔化和精炼等方面应用广泛。反射炉前部为燃烧室，后部为炉体，中间有隔板，炉体上有一进料口，通过上料装置将物料均匀的送至反射炉内，燃烧室内煤炭燃烧产生的高温烟气将炉体内的物料加热，完成氧化或还原等熔炼作业。炉体侧向分布扒料口，反射炉尾部炉底有一渣池。粗三氧化二砷在反射炉中经高温焙烧挥发转变为三氧化二砷蒸气，含三氧化二砷烟气经重力沉降室冷凝为三氧化二砷尘，收集得三氧化二砷产品。反射炉为间断进料，焦炭加热，每次装入白砷500kg～700kg，精炼时间4～5小时，炉膛温度700℃～750℃，出口温度650℃，再送入重力沉降室时，烟气入口温度450℃，出口温度130℃～160℃，在重力沉降室内得到精白砷产品。该工艺操作环境差，能耗高，自动化程度低。反射炉现场见图2。

图2 反射炉提纯粗三氧化二砷工艺现场

1.2 回转窑工艺

回转窑是对散状或浆状物料进行干燥、焙烧和煅烧的热工设备。它广泛应用于有色金属冶炼、钢铁冶金、化工、水泥和耐火材料等工业部门，尤其在有色金属冶炼和耐火材料工业中占有重要地位。

粗三氧化二砷用密封输送罐车输送至原料仓中，经埋刮板输送机送至回转窑中进行蒸馏，炉内呈负压，烟气经沉灰桶、沉降室进入布袋除尘器，在进入尾气处理系统。含砷烟气在沉降室中冷却降温结晶成为三氧化二砷成品，在沉降室和布袋室收到不同等级的白砷产品。焙烧砷渣在窑尾落入渣斗，此焙烧砷渣则返火法冶炼系统配料。

回转窑本体采用不锈钢板焊制，窑的转速可在0.2～2转/分之间无级调节，当转速为1转/分时，物料在窑内停留2～2.5小时，窑前端控制在720℃～760℃，窑尾端控制在540℃～580℃，窑尾负压39Pa～79Pa，窑倾斜度3%，以φ2.2＊24m外加热式回转窑为例，日产白砷量约30吨。回转窑现场见图2。

图3 回转窑提纯粗三氧化二砷工艺现场

1.3 钢带炉工艺

全自动带式电炉也称钢带炉，属于连续式热处理炉[3]的一种，其主要用于粉末冶金工业中氧化物还原生产铁粉、铜粉、钴粉、钼粉、钨粉等金属粉末，也可用于草酸钴、APT、磷酸铁锂等金属盐类的煅烧和精还原等。

粗三氧化二砷由罐车通过气力输送至原料储罐中，通过埋刮板输送机输送至全自动砷蒸馏电炉布料斗中，经布料装置连续布料至钢带上，粗三氧化二砷随钢带进入炉膛内蒸馏。高沸点杂质随钢带经过冷却段，由自动刮渣装置卸渣，废渣返回铜熔炼系统，可回收其中的铜、金、银等有价金属。蒸馏形成的含砷烟气经排气段出烟口进入重力沉降室，含砷烟气在沉降室内缓慢降温沉降得到三氧化二砷产品，产品经刮板机输送至旋振筛筛分，自动包装后销售或作为制备金属砷的原材料；尾气经布袋除尘器进一步除尘进入吸收塔吸附达标后排放。钢带炉炉现场见图4。

图4 钢带炉提纯粗三氧化二砷工艺现场

2 提纯工艺比较

2.1 提纯工艺优缺点比较

反射炉、回转窑和钢带炉提纯工艺主要优缺点比较见表2。

表2 提纯工艺主要优缺点比较

从表2可看出，反射炉和回转窑提纯工艺原料适应性较强，技术也比较成熟，但是存在作业环境差，劳动强度大，能耗高，反射炉有冷却水套，回转窑给料需要造锍，两种工艺都存在水耗。钢带炉提纯工艺机械化、自动化水平高、热损失小、能耗低，含砷物料是在全封闭条件下作业，环境友好，生产稳定，员工劳动强度小。

2.2 经济技术指标比较

三种工艺主要经济技术指标比较见表3。

表3 提纯工艺主要经济指标比较

从表3可看出，反射炉和回转窑工艺脱砷率低、电耗和作业成本均较高，成本在2000元/吨左右，而钢带炉工艺脱砷率高、电耗和作业成本相对较低，成本在1200元/吨，钢带炉工艺具有较大的技术经济优势。

2.3 产品成分分析

不同工艺所产产品成分分析见表4。

表4 产品成分分析（%）

采用钢带炉一次升华提纯粗三氧化二砷获得三氧化二砷产品品质较传统的反射炉和回转窑工艺要好，但由于粗三氧化二砷中的锑含量较高，且Sb、As性质十分接近，单一的物理升华过程很难将锑除去，因此后续砷锑分离将是需要未来突破的重点难题。钢带炉工艺产出三氧化二砷产品见图5。

图5 三氧化二砷产品

提纯后的三氧化二砷产品外观呈纯白色，堆比重达到1.9t/m³，质量达到GB 26721-2011《三氧化二砷》中的二级质量要求。

3 结语

随着国内黄金冶炼及有色冶炼行业的持续发展，优质矿逐渐减少，一些杂质元素含量高和难选冶矿石成为黄金及有色冶炼生产的主要原料，因此，充分“吃干榨尽”这类资源形成产品，既能实现资源的综合回收，又能提高企业的经济效益，减少固、危废处置费用，具有重要现实意义。粗三氧化二砷作为黄金冶炼和铜冶炼的副产品之一，因其纯度低，无法直接外售，需要进一步提纯达到产品标准才能外售，作为粗三氧化二砷提纯的新兴设备钢带炉工较传统的反射炉和回转窑具有安全环保、操作简单、机械化和自动化程度高、能耗及运行成本低、运行稳定、产品品质好等优点，替代传统炉型将是未来行业发展的趋势。