全自動帶式電爐三氧化二砷蒸餾提純技術及應用

白少華 李光梅 張先軍

摘要：采用傳統火法冶煉設備反射爐回收高砷高硫難處理金精礦副產品三氧化二砷時，存在熱效率較低，機械化、自動化程度不高等缺點。為降低生產能耗、提高自動化水平及經濟效益，中南黃金冶煉公司在鋼帶爐的基礎上，通過優化改進，形成了一項全自動帶式電爐三氧化二砷蒸餾提純技術。生產實踐表明：金精礦冶煉副產品三氧化二砷純度從96.5 %提高至99.0 %，堆密度從0.8 t/m3提高至1.8 t/m3;該技術安全環保，設備性能良好，機械化、自動化程度高，能耗低，應用前景廣闊。

關鍵詞：全自動帶式電爐;三氧化二砷;提純;蒸餾;難處理金精礦;反射爐

中圖分類號：TF806?文章編號：1001-1277（2020）07-0072-03

文獻標志碼：A?doi：10.11792/hj20200715

引?言

三氧化二砷是高砷高硫難處理金精礦冶煉副產品之一。高砷高硫難處理金精礦經過沸騰爐焙燒，含三氧化二砷煙氣經驟冷塔冷卻及濾袋收塵得到粗三氧化二砷產品。生產過程中，因布袋室收集的三氧化二砷純度、白度及堆密度等較低，不能作為原材料[1-2]直接使用，需進行提純，達到資源化利用的目的。

目前，三氧化二砷提純主要采用反射爐蒸餾工藝。反射爐是傳統的火法冶煉設備，在熔煉銅、錫、鉍精礦，處理銅浮渣，金屬的熔化和精煉等方面應用廣泛。反射爐具有結構簡單、操作方便，對原料及燃料適應性強，生產中耗水量少等優點。但是，反射爐熱效率較低，生產過程中進料、出渣均采用人工操作，機械化、自動化程度低，同時含砷煙氣及粉塵易跑冒泄漏，且三氧化二砷為劇毒物質，存在較大的職業危害，該工藝已不能滿足安全發展、綠色發展的時代要求[3]。本文以湖南中南黃金冶煉有限公司（下稱“中南黃金冶煉公司”）全自動帶式電爐三氧化二砷蒸餾提純工藝為例，對工藝流程、系統參數、設備運行情況、技術經濟指標等進行總結分析，介紹一種全新的三氧化二砷清潔生產裝備及工藝技術，為類似黃金冶煉企業高效回收副產品三氧化二砷，提高企業經濟效益提供參考。

1?全自動帶式電爐

全自動帶式電爐也稱鋼帶爐，屬于連續式熱處理爐的一種。鋼帶爐主要用于粉末冶金工業中氧化物還原生產鐵粉、銅粉、鈷粉、鉬粉、鎢粉等金屬粉末，也可用于草酸鈷、APT、磷酸鐵鋰等金屬鹽類的煅燒和精還原。鋼帶爐作為一種大型熱工裝備，具有結構簡單，易于操作及維護，自動化程度高，產量高及質量批次性好等優點。隨著對其不斷進行優化改進，單臺設備產能、生產效率及設備自動化、智能化、集成化不斷提高[4]。鋼帶爐結構見圖1。

2?三氧化二砷蒸餾提純技術

中南黃金冶煉公司現有一套200 t/d高砷高硫難處理金精礦冶煉生產線，主體工藝為“兩段焙燒—氰化提金”。焙燒煙塵通過旋風收塵、自然沉降、電收塵收集含金物料后，含砷煙氣進入驟冷塔冷卻，再通過布袋室收集副產品三氧化二砷。為提高金精礦冶煉副產品附加價值，增加經濟效益，該公司經過不斷研究，根據三氧化二砷物料特性，結合全自動帶式電爐結構和工藝特點，摸索并設計了一款全自動帶式砷蒸餾電爐，并形成一項全自動帶式電爐三氧化二砷蒸餾提純技術，于2018年建成投產運行。全自動帶式電爐結構見圖2。

2.1?工藝流程

三氧化二砷產品由氣力輸送至原料倉，通過埋刮板輸送機輸送至全自動帶式電爐布料斗，經布料裝置連續給料至鋼帶上方，再由鋼帶傳送至爐內蒸餾。高沸點雜質由鋼帶傳送至冷卻段，經出爐口漏風冷卻后由出渣器自動卸渣，廢渣返回金精礦冶煉沸騰焙燒系統，以回收其中的砷、金及其他有價元素。蒸餾形成的含砷煙氣經煙氣出口管道進入收砷沉降室，煙氣在此經表面冷卻、重力沉降得到三氧化二砷產品，產品經振動篩分、自動包裝后銷售。尾氣經濾袋收塵、洗滌塔凈化后排放。工藝設備連接見圖3。

2.2?系統參數

全自動帶式電爐設計鋼帶寬度為1 500 mm，鋼帶線速度50～240 mm/min，布料厚度10～150 mm，蒸餾段區數10區，加熱段區數2區，最高工作溫度800 ℃，額定功率780 kW。

2.3?設備運行情況

中南黃金冶煉公司通過不斷調試改進，確定鋼帶寬度為1 200 mm，鋼帶線速度為200 mm/min，布料寬度為800 mm，布料厚度為120 mm，爐體控制溫度為750 ℃。系統連續穩定運行，日處理三氧化二砷22.12 t，渣率5 %，系統功率450 kW（相同處理能力反射爐工藝系統功率為800 kW）。

2.4?主要技術經濟指標

經統計，全自動帶式電爐三氧化二砷蒸餾提純工藝主要技術經濟指標為：①處理量22.12 t/d;②產品產量21.01 t/d;③系統耗電量10 800 kW·h/d;④系統耗水量 2 m3/d;⑤直接運行成本350元/t（三氧化二砷產品），其中電力單價為0.68元/（kW·h），用水單價為4元/m3。

2.5?應用效果

1）采用自主創新的全自動帶式電爐代替反射爐，實現了自動化進料、出渣及連續式生產。爐體進出口配置了氣簾密封裝置，生產調試過程中急停電時未出現含砷煙氣泄漏現象，同時能耗與傳統反射爐工藝相比降低近50 %。反射爐提純三氧化二砷工藝現場見圖4，全自動帶式電爐提純三氧化二砷工藝現場見圖5，反射爐與全自動帶式電爐應用情況對比見表1。

2）三氧化二砷產品質量得到提升，產品純度從96.5 %提高至99.0 %，堆密度從0.8 t/m3提高至1.8 t/m3，白度等也得到較大提高，產品質量達到GB 26721—2011 《三氧化二砷》中二級質量標準。該技術不僅解決了粗砷產品積壓問題，同時廢渣返回金精礦冶煉沸騰焙燒系統，實現了資源有效回收，提升了企業效益，減少了危害廢棄物。全自動帶式電爐提純三氧化二砷前后產品質量對比見表2。

3）原料采用氣力輸送代替人工轉運，且輸送管道配置了助吹裝置，彎頭采用內襯陶瓷，滿足了高水分及黏性原料輸送需求，減少了人員配置，提升了轉運過程中的安全環保及職業衛生水平。產品進行自動化包裝，并配置了通風收塵設施，實現了清潔生產。

4）工藝機械化、自動化水平較高，配置完備的中控及監控系統，生產時不需要現場操作，員工勞動強度和職業危害大幅降低。

2.6?存在問題及改進方向

1）設備性能有待進一步提升。生產調試過程中，當加大布料寬度、布料厚度及鋼帶運行線速度時，鋼帶運行負荷加重，全自動帶式電爐的故障率增加。后續應進一步優化全自動帶式電爐及工藝設計：一是在全自動帶式電爐的設計上，要優化爐膛結構，使揮發煙氣及時排出，減少爐內煙氣滯留時間;二是設備設計及制作過程中，需充分考慮設備結構及強度等性能，如預熱、加熱揮發段、煙氣出口段、渣料冷卻段等的尺寸及抗砷結晶體的承載強度等;三是三氧化二砷蒸氣至產品沉降室的管道應盡可能直和短。

2）砷結晶問題不能完全杜絕。一是在全自動帶式電爐蒸餾揮發段的進出口，受冷熱交替影響，仍會不同程度地產生砷結晶體（玻璃砷）;二是突發性停爐及系統抽風調節不及時等，易造成爐膛內煙氣滯留，也會形成砷結晶體;三是煙氣管道拐彎段，容易形成砷結晶體。在今后生產過程中，應提高精細化管理和操控水平：一是精細操作，保障系統連續穩定運行，同時通過調整系統風機運行頻率，調節爐體內部煙氣氣氛，減少砷結晶體的形成;二是根據生產實踐經驗，有計劃地進行停爐，清理關鍵部位的砷結晶體，減少設備故障率。

3?結?語

隨著易處理金礦石的日益減少，品位低、細粒浸染、雜質含量高和難選冶的金礦石成為國內黃金生產的主要原料。因此，有效回收利用此類金礦石選冶過程中的各類副產品，對提高企業經濟效益，高效開發利用金礦石資源具有重要現實意義。三氧化二砷作為高砷高硫難處理金精礦焙燒預處理副產品之一，因其純度較低，產品無法直接資源化利用，制約著該冶煉工藝的生存與發展。全自動帶式電爐三氧化二砷蒸餾提純工藝具有安全環保，設備性能良好，機械化、自動化程度高，能耗及運行成本較低等優點，彌補了傳統反射爐工藝的不足，在三氧化二砷提純工藝上取得了重大的技術突破，具有廣闊的應用前景。

[參 考 文 獻]

[1]?劉小波，章禮，楊名江.含砷煙塵做玻璃澄清劑的研究[J].環境科學研究，1995，8（3）：46-47.

[2]?廖祥文.含砷工業廢水處理技術現狀及展望[J].礦產綜合利用，2006，8（4）：27-30.

[3]?云正寬，陳紹祖，蘭新輝，等.冶金工程設計：第3冊：機電設備與工業爐窯設計[M].北京：冶金工業出版社，2006：1 028-1 038.

[4]?劉紅，鄧軍旺，戴煜.淺析鋼帶爐的應用及發展趨勢[J].工程設計與研究，2014（2）：1-4.