側吹熔煉過程中砷的分布走向及無害化處置研究

羅偉金，李田玉，李光明

（黑龍江紫金銅業有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161041）

砷是銅冶煉過程中的有害元素，在冶煉過程中，砷的走向比較分散，會進入熔煉渣、砷濾餅、電解液、陽極泥、白煙塵及煙灰等物料中，隨著生產的進行，系統中循環的砷會逐漸升高，直至影響生產的正常運行，因此查清砷在熔煉過程中的分布走向，對生產的控制有著指導意義。目前，國內銅冶煉行業所采用的熔煉工藝主要有閃速熔煉、側吹熔煉、底吹熔煉及頂吹熔煉等。對于不同的熔煉工藝，由于其工況條件的控制參數（如氧濃度、風量、溫度、渣型等）不同，砷銻鉍雜質在氣相、渣相及銅锍中的分配也不同[1]。所以，本文就側吹爐熔煉工藝砷的分布與走向進行了跟蹤統計。

1 原料情況

某銅冶煉企業所用銅精礦以自產礦為主，其主要成分如表1所示。企業的原料入爐配比如下：自產銅精礦為60%，外購銅精礦為30%，渣精礦為6%，返爐煙灰為4%。

表1 銅精礦主要成分

2 熔煉工藝條件

該銅冶煉企業熔煉系統采用的是“側吹爐（28 m2）+底吹爐（Φ4.4 m×23 m）+陽極爐（Φ4.2 m×13.5 m）”三連爐配置，實現了全熱態連續煉銅，其核心工序富氧側吹熔煉的工藝控制特點為“五高”：高溫、高氧濃度、高負荷、高冰銅品位、爐渣高鐵硅比。側吹爐工藝控制條件如下：氧濃度為70%～80%，產出冰銅溫度為1 270～1 280 ℃，爐渣溫度為1 300～1 330 ℃，冰銅品位為70%～76%，床能力（干基）為80～90 t/（d?m2）。

3 熔煉過程中砷的分布走向

跟蹤與檢測分析表明，砷在側吹熔煉過程中的走向比較分散，涉及側吹爐渣、煙氣煙塵、陽極板及中間物料。側吹渣進入后續的渣選工序，以渣精礦和尾渣產出；煙氣煙塵經余熱鍋爐、電收塵除塵后進入制酸系統的煙氣凈化、污酸硫化和中和等工序后分別產出煙灰、白煙塵、砷濾餅、石膏渣及中和渣；陽極板進入電解工序，產出陰極板、陽極泥、殘極及電解液等；中間物料是指熔煉系統的在制品，主要有冰銅、底吹渣、粗銅、精煉渣和包底銅等。2020年1-8月，該銅冶煉企業熔煉系統和渣選系統的砷投入產出金屬平衡情況如表2、表3所示。

表2 2020年1-8月砷投入

表3 2020年1-8月砷產出

砷在熔煉過程中的走向分布如圖1所示，走向分配圖表明，砷有45.23%進入熔煉渣、35.51%進入砷濾餅、13.35%進入陽極板、3.39%進入開路白煙塵、3.13%進入回爐煙灰煙塵。

圖1 側吹熔煉系統砷的走向分布

相比之下，國內另一家銅冶煉企業熔煉系統采用的是“閃速爐+PS轉爐+陽極爐”配置，該企業進行元素普查的結果表明，入爐原料含砷0.30%～0.35%，產出的閃速爐渣及電爐渣含砷0.27%～0.34%，陽極板含砷0.12%～0.17%，渣選原礦含砷0.23%，產出的渣精礦含砷0.48%，尾渣含砷0.2%，白煙塵、砷濾餅等含砷與側吹工藝相差不大。砷的走向分配如下：約43.03%進入閃速爐渣（電爐渣），約19.2%進入廢酸原液（砷濾餅），約16.46%進入陽極板，約1.93%進入白煙塵，約6.93%進入在制品。

4 含砷物料的處置

從表2、表3可以看出，熔煉過程中開路出來的含砷物料有白煙塵、砷濾餅及側吹渣，側吹熔煉渣返回渣選系統后，產出渣精礦和尾渣，渣精礦回爐熔煉，尾渣外售。

4.1 白煙塵、砷濾餅的處置

白煙塵與砷濾餅均屬危險固廢，對其中的砷的處置主要有資源化利用和無害化處置兩種方式，資源化利用主要是回收其中的銅、鉛、鋅、鉍、錸及金、銀等有價金屬，砷以三氧化二砷或金屬砷形式回收；無害化處理主要是先進行有價金屬回收，然后對含砷廢液進行固化處理，產出砷酸鐵鹽進行填埋處理。白煙塵與砷濾餅的資源化利用及無害化處置均已有工業化應用。

4.2 含砷物料的熔煉造渣無害化處理

從表2、表3及圖1可知，含砷的銅原料有45%左右進入側吹熔煉渣中，經渣選后最終有30%左右進入尾渣，尾渣外售。熔煉渣含砷0.04%左右，經浸出毒性檢測分析，檢測值為0.099 4 mg/L，遠低于相關國家標準規定的5 mg/L限值。基于此，在保證銅冶煉工藝正常的情況下，可以對相關工藝條件進行改進和優化，進一步提高砷進入熔煉渣的比例，從而減少白煙塵與砷濾餅的產出量，在無須新增投資的前提下，實現含砷危廢的減量化與無害化。

5 結論

采用不同的熔煉工藝配置，砷的分布走向有所差異，側吹熔煉過程中砷的分布走向如下：45.23%進入熔煉渣，35.51%進入砷濾餅，13.35%進入陽極板，3.39%進入開路白煙塵，3.13%進入回爐煙灰煙塵。基于砷進入熔煉渣的分配比，可以利用熔煉造渣工藝，作為系統中砷的無害化處置輔助手段。