侧吹熔炼过程中砷的分布走向及无害化处置研究

罗伟金，李田玉，李光明

（黑龙江紫金铜业有限公司，黑龙江 齐齐哈尔 161041）

砷是铜冶炼过程中的有害元素，在冶炼过程中，砷的走向比较分散，会进入熔炼渣、砷滤饼、电解液、阳极泥、白烟尘及烟灰等物料中，随着生产的进行，系统中循环的砷会逐渐升高，直至影响生产的正常运行，因此查清砷在熔炼过程中的分布走向，对生产的控制有着指导意义。目前，国内铜冶炼行业所采用的熔炼工艺主要有闪速熔炼、侧吹熔炼、底吹熔炼及顶吹熔炼等。对于不同的熔炼工艺，由于其工况条件的控制参数（如氧浓度、风量、温度、渣型等）不同，砷锑铋杂质在气相、渣相及铜锍中的分配也不同[1]。所以，本文就侧吹炉熔炼工艺砷的分布与走向进行了跟踪统计。

1 原料情况

某铜冶炼企业所用铜精矿以自产矿为主，其主要成分如表1所示。企业的原料入炉配比如下：自产铜精矿为60%，外购铜精矿为30%，渣精矿为6%，返炉烟灰为4%。

表1 铜精矿主要成分

2 熔炼工艺条件

该铜冶炼企业熔炼系统采用的是“侧吹炉（28 m2）+底吹炉（Φ4.4 m×23 m）+阳极炉（Φ4.2 m×13.5 m）”三连炉配置，实现了全热态连续炼铜，其核心工序富氧侧吹熔炼的工艺控制特点为“五高”：高温、高氧浓度、高负荷、高冰铜品位、炉渣高铁硅比。侧吹炉工艺控制条件如下：氧浓度为70%～80%，产出冰铜温度为1 270～1 280 ℃，炉渣温度为1 300～1 330 ℃，冰铜品位为70%～76%，床能力（干基）为80～90 t/（d•m2）。

3 熔炼过程中砷的分布走向

跟踪与检测分析表明，砷在侧吹熔炼过程中的走向比较分散，涉及侧吹炉渣、烟气烟尘、阳极板及中间物料。侧吹渣进入后续的渣选工序，以渣精矿和尾渣产出；烟气烟尘经余热锅炉、电收尘除尘后进入制酸系统的烟气净化、污酸硫化和中和等工序后分别产出烟灰、白烟尘、砷滤饼、石膏渣及中和渣；阳极板进入电解工序，产出阴极板、阳极泥、残极及电解液等；中间物料是指熔炼系统的在制品，主要有冰铜、底吹渣、粗铜、精炼渣和包底铜等。2020年1-8月，该铜冶炼企业熔炼系统和渣选系统的砷投入产出金属平衡情况如表2、表3所示。

表2 2020年1-8月砷投入

表3 2020年1-8月砷产出

砷在熔炼过程中的走向分布如图1所示，走向分配图表明，砷有45.23%进入熔炼渣、35.51%进入砷滤饼、13.35%进入阳极板、3.39%进入开路白烟尘、3.13%进入回炉烟灰烟尘。

图1 侧吹熔炼系统砷的走向分布

相比之下，国内另一家铜冶炼企业熔炼系统采用的是“闪速炉+PS转炉+阳极炉”配置，该企业进行元素普查的结果表明，入炉原料含砷0.30%～0.35%，产出的闪速炉渣及电炉渣含砷0.27%～0.34%，阳极板含砷0.12%～0.17%，渣选原矿含砷0.23%，产出的渣精矿含砷0.48%，尾渣含砷0.2%，白烟尘、砷滤饼等含砷与侧吹工艺相差不大。砷的走向分配如下：约43.03%进入闪速炉渣（电炉渣），约19.2%进入废酸原液（砷滤饼），约16.46%进入阳极板，约1.93%进入白烟尘，约6.93%进入在制品。

4 含砷物料的处置

从表2、表3可以看出，熔炼过程中开路出来的含砷物料有白烟尘、砷滤饼及侧吹渣，侧吹熔炼渣返回渣选系统后，产出渣精矿和尾渣，渣精矿回炉熔炼，尾渣外售。

4.1 白烟尘、砷滤饼的处置

白烟尘与砷滤饼均属危险固废，对其中的砷的处置主要有资源化利用和无害化处置两种方式，资源化利用主要是回收其中的铜、铅、锌、铋、铼及金、银等有价金属，砷以三氧化二砷或金属砷形式回收；无害化处理主要是先进行有价金属回收，然后对含砷废液进行固化处理，产出砷酸铁盐进行填埋处理。白烟尘与砷滤饼的资源化利用及无害化处置均已有工业化应用。

4.2 含砷物料的熔炼造渣无害化处理

从表2、表3及图1可知，含砷的铜原料有45%左右进入侧吹熔炼渣中，经渣选后最终有30%左右进入尾渣，尾渣外售。熔炼渣含砷0.04%左右，经浸出毒性检测分析，检测值为0.099 4 mg/L，远低于相关国家标准规定的5 mg/L限值。基于此，在保证铜冶炼工艺正常的情况下，可以对相关工艺条件进行改进和优化，进一步提高砷进入熔炼渣的比例，从而减少白烟尘与砷滤饼的产出量，在无须新增投资的前提下，实现含砷危废的减量化与无害化。

5 结论

采用不同的熔炼工艺配置，砷的分布走向有所差异，侧吹熔炼过程中砷的分布走向如下：45.23%进入熔炼渣，35.51%进入砷滤饼，13.35%进入阳极板，3.39%进入开路白烟尘，3.13%进入回炉烟灰烟尘。基于砷进入熔炼渣的分配比，可以利用熔炼造渣工艺，作为系统中砷的无害化处置辅助手段。