白少華 李光梅 張先軍

摘要：采用傳統(tǒng)火法冶煉設(shè)備反射爐回收高砷高硫難處理金精礦副產(chǎn)品三氧化二砷時(shí)，存在熱效率較低，機(jī)械化、自動(dòng)化程度不高等缺點(diǎn)。為降低生產(chǎn)能耗、提高自動(dòng)化水平及經(jīng)濟(jì)效益，中南黃金冶煉公司在鋼帶爐的基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化改進(jìn)，形成了一項(xiàng)全自動(dòng)帶式電爐三氧化二砷蒸餾提純技術(shù)。生產(chǎn)實(shí)踐表明：金精礦冶煉副產(chǎn)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(shù)安全環(huán)保，設(shè)備性能良好，機(jī)械化、自動(dòng)化程度高，能耗低，應(yīng)用前景廣闊。

關(guān)鍵詞：全自動(dòng)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(hào)：TF806?文章編號(hào)：1001-1277（2020）07-0072-03

文獻(xiàn)標(biāo)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(chǎn)品之一。高砷高硫難處理金精礦經(jīng)過沸騰爐焙燒，含三氧化二砷煙氣經(jīng)驟冷塔冷卻及濾袋收塵得到粗三氧化二砷產(chǎn)品。生產(chǎn)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(jìn)行提純，達(dá)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(tǒng)的火法冶煉設(shè)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(yīng)用廣泛。反射爐具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，對(duì)原料及燃料適應(yīng)性強(qiáng)，生產(chǎn)中耗水量少等優(yōu)點(diǎn)。但是，反射爐熱效率較低，生產(chǎn)過程中進(jìn)料、出渣均采用人工操作，機(jī)械化、自動(dòng)化程度低，同時(shí)含砷煙氣及粉塵易跑冒泄漏，且三氧化二砷為劇毒物質(zhì)，存在較大的職業(yè)危害，該工藝已不能滿足安全發(fā)展、綠色發(fā)展的時(shí)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(dòng)帶式電爐三氧化二砷蒸餾提純工藝為例，對(duì)工藝流程、系統(tǒng)參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行情況、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等進(jìn)行總結(jié)分析，介紹一種全新的三氧化二砷清潔生產(chǎn)裝備及工藝技術(shù)，為類似黃金冶煉企業(yè)高效回收副產(chǎn)品三氧化二砷，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益提供參考。

1?全自動(dòng)帶式電爐

全自動(dòng)帶式電爐也稱鋼帶爐，屬于連續(xù)式熱處理爐的一種。鋼帶爐主要用于粉末冶金工業(yè)中氧化物還原生產(chǎn)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作及維護(hù)，自動(dòng)化程度高，產(chǎn)量高及質(zhì)量批次性好等優(yōu)點(diǎn)。隨著對(duì)其不斷進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，單臺(tái)設(shè)備產(chǎn)能、生產(chǎn)效率及設(shè)備自動(dòng)化、智能化、集成化不斷提高[4]。鋼帶爐結(jié)構(gòu)見圖1。

2?三氧化二砷蒸餾提純技術(shù)

中南黃金冶煉公司現(xiàn)有一套200 t/d高砷高硫難處理金精礦冶煉生產(chǎn)線，主體工藝為“兩段焙燒—氰化提金”。焙燒煙塵通過旋風(fēng)收塵、自然沉降、電收塵收集含金物料后，含砷煙氣進(jìn)入驟冷塔冷卻，再通過布袋室收集副產(chǎn)品三氧化二砷。為提高金精礦冶煉副產(chǎn)品附加價(jià)值，增加經(jīng)濟(jì)效益，該公司經(jīng)過不斷研究，根據(jù)三氧化二砷物料特性，結(jié)合全自動(dòng)帶式電爐結(jié)構(gòu)和工藝特點(diǎn)，摸索并設(shè)計(jì)了一款全自動(dòng)帶式砷蒸餾電爐，并形成一項(xiàng)全自動(dòng)帶式電爐三氧化二砷蒸餾提純技術(shù)，于2018年建成投產(chǎn)運(yùn)行。全自動(dòng)帶式電爐結(jié)構(gòu)見圖2。

2.1?工藝流程

三氧化二砷產(chǎn)品由氣力輸送至原料倉，通過埋刮板輸送機(jī)輸送至全自動(dòng)帶式電爐布料斗，經(jīng)布料裝置連續(xù)給料至鋼帶上方，再由鋼帶傳送至爐內(nèi)蒸餾。高沸點(diǎn)雜質(zhì)由鋼帶傳送至冷卻段，經(jīng)出爐口漏風(fēng)冷卻后由出渣器自動(dòng)卸渣，廢渣返回金精礦冶煉沸騰焙燒系統(tǒng)，以回收其中的砷、金及其他有價(jià)元素。蒸餾形成的含砷煙氣經(jīng)煙氣出口管道進(jìn)入收砷沉降室，煙氣在此經(jīng)表面冷卻、重力沉降得到三氧化二砷產(chǎn)品，產(chǎn)品經(jīng)振動(dòng)篩分、自動(dòng)包裝后銷售。尾氣經(jīng)濾袋收塵、洗滌塔凈化后排放。工藝設(shè)備連接見圖3。

2.2?系統(tǒng)參數(shù)

全自動(dòng)帶式電爐設(shè)計(jì)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(qū)數(shù)10區(qū)，加熱段區(qū)數(shù)2區(qū)，最高工作溫度800 ℃，額定功率780 kW。

2.3?設(shè)備運(yùn)行情況

中南黃金冶煉公司通過不斷調(diào)試改進(jìn)，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(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，日處理三氧化二砷22.12 t，渣率5 %，系統(tǒng)功率450 kW（相同處理能力反射爐工藝系統(tǒng)功率為800 kW）。

2.4?主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，全自動(dòng)帶式電爐三氧化二砷蒸餾提純工藝主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為：①處理量22.12 t/d;②產(chǎn)品產(chǎn)量21.01 t/d;③系統(tǒng)耗電量10 800 kW·h/d;④系統(tǒng)耗水量 2 m3/d;⑤直接運(yùn)行成本350元/t（三氧化二砷產(chǎn)品），其中電力單價(jià)為0.68元/（kW·h），用水單價(jià)為4元/m3。

2.5?應(yīng)用效果

1）采用自主創(chuàng)新的全自動(dòng)帶式電爐代替反射爐，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化進(jìn)料、出渣及連續(xù)式生產(chǎn)。爐體進(jìn)出口配置了氣簾密封裝置，生產(chǎn)調(diào)試過程中急停電時(shí)未出現(xiàn)含砷煙氣泄漏現(xiàn)象，同時(shí)能耗與傳統(tǒng)反射爐工藝相比降低近50 %。反射爐提純?nèi)趸楣に嚞F(xiàn)場(chǎng)見圖4，全自動(dòng)帶式電爐提純?nèi)趸楣に嚞F(xiàn)場(chǎng)見圖5，反射爐與全自動(dòng)帶式電爐應(yīng)用情況對(duì)比見表1。

2）三氧化二砷產(chǎn)品質(zhì)量得到提升，產(chǎn)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(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到GB 26721—2011 《三氧化二砷》中二級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。該技術(shù)不僅解決了粗砷產(chǎn)品積壓?jiǎn)栴}，同時(shí)廢渣返回金精礦冶煉沸騰焙燒系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了資源有效回收，提升了企業(yè)效益，減少了危害廢棄物。全自動(dòng)帶式電爐提純?nèi)趸榍昂螽a(chǎn)品質(zhì)量對(duì)比見表2。

3）原料采用氣力輸送代替人工轉(zhuǎn)運(yùn)，且輸送管道配置了助吹裝置，彎頭采用內(nèi)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(zhuǎn)運(yùn)過程中的安全環(huán)保及職業(yè)衛(wèi)生水平。產(chǎn)品進(jìn)行自動(dòng)化包裝，并配置了通風(fēng)收塵設(shè)施，實(shí)現(xiàn)了清潔生產(chǎn)。

4）工藝機(jī)械化、自動(dòng)化水平較高，配置完備的中控及監(jiān)控系統(tǒng)，生產(chǎn)時(shí)不需要現(xiàn)場(chǎng)操作，員工勞動(dòng)強(qiáng)度和職業(yè)危害大幅降低。

2.6?存在問題及改進(jìn)方向

1）設(shè)備性能有待進(jìn)一步提升。生產(chǎn)調(diào)試過程中，當(dāng)加大布料寬度、布料厚度及鋼帶運(yùn)行線速度時(shí)，鋼帶運(yùn)行負(fù)荷加重，全自動(dòng)帶式電爐的故障率增加。后續(xù)應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化全自動(dòng)帶式電爐及工藝設(shè)計(jì)：一是在全自動(dòng)帶式電爐的設(shè)計(jì)上，要優(yōu)化爐膛結(jié)構(gòu)，使揮發(fā)煙氣及時(shí)排出，減少爐內(nèi)煙氣滯留時(shí)間;二是設(shè)備設(shè)計(jì)及制作過程中，需充分考慮設(shè)備結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度等性能，如預(yù)熱、加熱揮發(fā)段、煙氣出口段、渣料冷卻段等的尺寸及抗砷結(jié)晶體的承載強(qiáng)度等;三是三氧化二砷蒸氣至產(chǎn)品沉降室的管道應(yīng)盡可能直和短。

2）砷結(jié)晶問題不能完全杜絕。一是在全自動(dòng)帶式電爐蒸餾揮發(fā)段的進(jìn)出口，受冷熱交替影響，仍會(huì)不同程度地產(chǎn)生砷結(jié)晶體（玻璃砷）;二是突發(fā)性停爐及系統(tǒng)抽風(fēng)調(diào)節(jié)不及時(shí)等，易造成爐膛內(nèi)煙氣滯留，也會(huì)形成砷結(jié)晶體;三是煙氣管道拐彎段，容易形成砷結(jié)晶體。在今后生產(chǎn)過程中，應(yīng)提高精細(xì)化管理和操控水平：一是精細(xì)操作，保障系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)通過調(diào)整系統(tǒng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率，調(diào)節(jié)爐體內(nèi)部煙氣氣氛，減少砷結(jié)晶體的形成;二是根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，有計(jì)劃地進(jìn)行停爐，清理關(guān)鍵部位的砷結(jié)晶體，減少設(shè)備故障率。

3?結(jié)?語

隨著易處理金礦石的日益減少，品位低、細(xì)粒浸染、雜質(zhì)含量高和難選冶的金礦石成為國內(nèi)黃金生產(chǎn)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(chǎn)品，對(duì)提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，高效開發(fā)利用金礦石資源具有重要現(xiàn)實(shí)意義。三氧化二砷作為高砷高硫難處理金精礦焙燒預(yù)處理副產(chǎn)品之一，因其純度較低，產(chǎn)品無法直接資源化利用，制約著該冶煉工藝的生存與發(fā)展。全自動(dòng)帶式電爐三氧化二砷蒸餾提純工藝具有安全環(huán)保，設(shè)備性能良好，機(jī)械化、自動(dòng)化程度高，能耗及運(yùn)行成本較低等優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)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(shù)突破，具有廣闊的應(yīng)用前景。

[參 考 文 獻(xiàn)]

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

[2]?廖祥文.含砷工業(yè)廢水處理技術(shù)現(xiàn)狀及展望[J].礦產(chǎn)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(shè)計(jì)：第3冊(cè)：機(jī)電設(shè)備與工業(yè)爐窯設(shè)計(jì)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2006：1 028-1 038.

[4]?劉紅，鄧軍旺，戴煜.淺析鋼帶爐的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)[J].工程設(shè)計(jì)與研究，2014（2）：1-4.