高砷多金屬物料火法熔煉收塵工藝流程初探

朱莉薇

（長沙有色冶金設計研究院有限公司，湖南 長沙 410011）

高砷多金屬物料火法熔煉收塵工藝流程初探

朱莉薇

（長沙有色冶金設計研究院有限公司，湖南 長沙 410011）

以低成本、資源充分利用優勢來綜合回收低品位有價金屬越來越引起企業的重視，但就這些物料中所含砷采用什么方式處理值得探討，通過分析研究，對物料中的砷處理選用了新的工藝流程，著重介紹了混合料煉鉛時砷煙氣的處理工藝。

含砷物料；綜合回收；砷處理流程；砷煙氣；設備選型；三氧化二砷；五氧化二砷

1 引言

從煙塵和廢渣物料中回收鉛及有價金屬已成為一種趨勢，但由于這些物料中含砷高，在冶煉過程中隨著溫度升高大量的砷蒸發隨煙氣排出，如不進行回收處理，將會嚴重污染環境［4］，給人們的身體帶來危害，因此對高砷物料所產生的煙氣治理將刻不容緩。

2 工藝原理

煉鉛爐選用富氧側吹熔池熔煉生產粗鉛，熔煉爐是熔化物料，熔劑為石灰石和石英砂，在加入混合料的同時向熔煉爐體內兩側的風口鼓入富氧空氣進行熔池熔煉，熔煉過程所需的熱量來自碎煤燃料熱和造渣反應熱，物料在溫度為1100～1300℃的熔煉爐中熔化生成粗鉛和高鉛渣，高鉛渣在還原爐內還原成粗鉛，熔煉爐與還原爐內放出的粗鉛送電解精煉，還原渣水淬。

在火法處理高砷物料時，物料中砷主要是以游離氧化物和砷酸鉛形態存在［1］，在物料中加入碳質還原劑，在還原性氣氛中，高價AS2O5還原為AS2O3，砷酸鹽還原成亞砷酸鹽，亞砷酸鹽還原成金屬砷化物，最后均以AS2O3的形態揮發，實現氧化還原的交換過程［7］。

3 原料成分

某廠要求設計年處理量為100kt的混合物料，產品主要為粗鉛、金屬砷和其它貴金屬，原料主要成分見表1。

在熔煉爐中，砷、鉛、鋅及其它金屬揮發隨煙氣排出，經余熱鍋爐回收余熱降溫后進入下一工序。

表1 原料主要成分%

4 砷煙氣處理工藝

4.1 設計基礎依據

從熔煉爐出來經余熱鍋爐回收余熱降溫后的含砷煙氣參數。

煙氣量15000～17000m3/h（標況）；

煙氣溫度～350℃；

煙氣含塵110～120g/m3(標況)；

煙氣含砷30～45g/m3(標況)；

煙氣壓力-600Pa。

煙氣成分見表2。

表2 煙氣成分 V%

4.2 收砷工藝流程的確定

鉛熔煉過程中，砷的走向見表3。

表3 砷的走向 %

由表3可見，95%的砷都以氣態形式進入煙氣，若采用濕法收砷流程，砷的處理將在制酸的凈化工段進行，含高砷塵煙氣進入半封閉稀酸循環凈化系統會導致操作困難和外排稀酸含砷量高等問題，嚴重影響生產的正常運行，而且濕法收砷后砷濾餅難以處理。

收塵系統設計選用干法收砷流程，流程圖見圖1。

4.3 砷煙氣處理設備選用

（1）爐子煙氣經余熱鍋爐降溫至360～380℃后進入電除塵器，絕大部分鉛、鋅及其它金屬在此溫度下都由氣態轉變為固態，但砷蒸汽由氣態轉變為固態的溫度為140℃，所以先選用電收塵器捕集鉛、鋅及其它金屬的煙塵，而砷塵的捕集量極少，電收塵器的出口溫度為310～330℃。

圖1 干法收砷流程圖

（2）煙塵降溫使砷由氣態轉變成固態。冷卻設備的選擇很重要［2］，有研究認為冷卻過程中砷煙氣在170～250℃溫度區逐漸降溫時會形成類似水玻璃的物質—玻璃砷，玻璃砷粘度很大，容易粘結，導致設備堵塞，系統不能正常生產。以往國內很多小型企業原來冷卻設備都是采用冷卻煙道或大型沉降斗自然冷卻，運行效果均不是十分理想。

此次選用驟冷塔噴霧冷卻，利用噴霧化的水迅速將煙氣冷卻使它越過形成玻璃體的溫度區，將煙氣溫度降至所需溫度，確保砷的回收。

驟冷塔的關鍵部分是控制部分，首先控制冷卻水使其完全霧化，其次控制出口煙氣溫度。從物相分析砷蒸汽在140℃以下形成粒度結晶體，而此溫度己接近煙氣露點溫度，為防止發生冷凝和濾袋粘結，影響砷的回收及生產的正常運行，溫度的控制是致關重要的。設計驟冷塔出口溫度140℃。同時為防止煙氣在塔壁處溫度低，形成AS2O3的玻璃體，塔體采用外保溫。

圖2 噴淋塔控制圖

驟冷塔控制系統見圖2。

（3）低壓脈沖袋式除塵器1是收砷的關鍵設備，同時也還有部分電除塵器未收集的其它成分煙塵混入，考慮煙氣經驟冷塔噴霧冷卻后含水分很高，接近飽和狀態，所以濾料材質的選擇要慎重，本次設計濾袋材質選用耐水解穩定性和耐酸堿性高的聚苯硫醚覆膜濾料。同時為防止煙氣結露腐蝕設備，低壓脈沖袋式除塵器1殼體采取蒸汽伴管加外保溫措施。

（4）三氧化二砷的升華溫度為465℃［6］，為了提高砷的純度，采用埋刮板把低壓脈沖袋式除塵器1收下的粗砷塵直接送入電熱回轉窯，將電熱回轉窯升溫至600～700℃，使粗砷塵間接加熱成氣態，其它成分的煙塵從窯頭排出返回氧氣側吹熔池熔煉配料系統。電熱回轉窯的煙氣參數見表4。

表4 電熱回轉窯煙氣參數

電熱回轉窯轉速的設計很重要，轉速太快，物料在窯內停留時間短，反應不完全，渣含砷高，轉速太慢，物料在窯內停留時間長，處理量低，不節能，綜合考慮確定，電熱回轉窯轉速1～1.5r/min，物料在窯內停留的時間1.5～2h，為確保窯在高溫下具有一定的強度和抗腐蝕性能力，窯身采用10mm鍋爐鋼板卷制而成。

（5）電熱回轉窯排出的煙氣含砷純度達99.99%，但煙氣量很小，此次冷卻設備選用空氣冷卻器強制冷卻，將煙氣溫度從250～300℃冷卻至120℃后進袋式除塵器2收集砷塵，收集的砷塵采用自動打包機打包后送砷加工車間，煙氣通過風機與袋式除塵器1的煙氣一道送制酸系統。

4.4 主要技術指標

主要技術指標見表5。

5 結語

（1）綜合回收物料最大的特點是有價金屬品位較低，而有害金屬難以處理，特別是這種高砷多金屬物料中含砷占原料成分的3%～7%，處理的流程則需探討。

（2） 從高砷多金屬物料中回收遺留的有價金屬，變害為利，變廢為寶，使渣料堆存或遺棄帶來的環境污染隱患得到改善，從而為提高資源利用、減輕環境壓力發揮應有作用。

（3）收砷流程的選擇應根據物料成分、砷含量、投資、產品銷量等因素確定，因為砷是劇毒物品，所以設計流程一定要嚴謹，環保要達標排放。

（4）本文所推薦的干法收砷流程，可回收高純度的AS2O3。

［1］徐養良, 黎英, 丁昆, 等. 艾薩爐高砷煙塵綜合利用新工藝[J]. 中國有色冶金, 2005(10):16-18.

［2］曲勝利, 童準勤. 干法收砷工藝的應用實踐[J]. 中國有色冶金, 2010(8):37-39.

［3］梁勇, 李亮星, 廖春發, 等. 銅閃速爐煙灰焙燒脫砷研究[J]. 有色金屬(冶煉部分), 2011(1):9-12.

［4］趙思佳. 有色冶金工業含砷煙塵處理及利用研究進展[J]. 有色冶煉, 2012, (3):20-24.

［5］曾平生, 戴孟良. 次氧化鋅脫砷新工藝研究[J]. 有色金屬(冶煉部分), 2008(3):16-18.

［6］付一鳴, 姜瀾. 銅轉爐煙灰焙燒脫砷的研究[J]. 有色金屬(冶煉部分), 2000(6):14-16.

［7］胡斌, 姚金江, 王智友, 等. 含砷煙灰脫砷現狀[J]. 湖南有色金屬, 2013(5):41-44.

Preliminary Study High Arsenic Metal Material Method Smelting Dust Collecting Process

ZHU Li-wei
（Changsha Engineering and Research Institute Ltd. of Nonferrous Metallurgy, Changsha 410011, Hunan Province, China）

enterprises paid more and more attention on low cost, optimize the use of resources to comprehensive recovery valuable metals. But for the treatment method of arsenic containing materials still worth researching; through analysis and research, the new treatment process of arsenic was adopted, and also mainly introduced the treatment process of arsenic flue gas during mix materials lead production operation.

arsenic containing material；comprehensive recovery；arsenic flue gas treatment process；equipment selection；arsenic trioxide and arsenic pentoxide

X756

A

1009-3842（2015）01-0013-03

2014-09-05

朱莉薇（1963-），女，湖南長沙人，大學本科，高級工程師，主要從事冶金冶煉及冶金煙氣收塵設計工作。E-mail: liweizhu2005@163.com