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      砷濾餅加壓浸出生產(chǎn)實(shí)踐

      2014-01-01 02:56:40魏海彬
      銅業(yè)工程 2014年6期
      關(guān)鍵詞:三氧化二砷濾餅反應(yīng)釜

      胡 滔,魏海彬

      (江西銅業(yè)集團(tuán)公司貴溪冶煉廠,江西貴溪 335424)

      1 引言

      貴溪冶煉廠1990年引進(jìn)日本住友金屬礦山公司東予冶煉廠濕法三氧化二砷生產(chǎn)技術(shù)建成了每月生產(chǎn)100t三氧化二砷的裝置,該套裝置經(jīng)過10多年的不斷完善改進(jìn),至三期工程竣工后日處理硫化砷濾餅?zāi)芰τ僧?dāng)初的23t提高到50t,三氧化二砷成品年產(chǎn)量達(dá)到1100t以上。為了適應(yīng)工廠的進(jìn)一步發(fā)展,解決銅冶煉行業(yè)含砷物料無害化處理的難題,回收銅、錸、鉍等多種有價(jià)元素,實(shí)現(xiàn)集團(tuán)公司節(jié)能減排、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略目標(biāo)。2007年原亞砷酸車間進(jìn)行了為期1年的硫化砷濾餅加壓浸出工業(yè)化試驗(yàn),并于2008年一次性投料生產(chǎn)成功,項(xiàng)目的投產(chǎn)成功標(biāo)志著我國砷物料處理技術(shù)由國外引進(jìn)轉(zhuǎn)變?yōu)閲鴥?nèi)自主研發(fā)的質(zhì)的飛躍[1]。經(jīng)過多年的不斷改造,目前砷濾餅日均處理量80t,年產(chǎn)成品三氧化二砷2300t。

      2 含砷物料處理工藝簡介

      貴冶含砷物料處理工藝的核心是砷濾餅的加壓浸出工藝,與傳統(tǒng)的硫酸銅置換法相比,加壓浸出砷濾餅的工藝流程短,設(shè)備占地面積小,反應(yīng)時(shí)間短,可根據(jù)原料總砷含量合理靈活的控制反應(yīng)時(shí)間,保證砷浸出率。反應(yīng)過程中不需要添加銅粉,極大地降低了生產(chǎn)成本,廢渣中有價(jià)稀有元素得到了較高的富集[2]。

      漿化工序產(chǎn)生的混合漿液,通過泵輸送至反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行加溫、加壓,使在常溫下不宜進(jìn)行反應(yīng)的砷濾餅,在高溫高壓的條件下與空氣中的氧氣進(jìn)行反應(yīng)。

      主要反應(yīng)方程式如下:

      此反應(yīng)的主要目的是利用兩者溶解度的不同[3],將三價(jià)砷氧化為溶解度更高的五價(jià)砷進(jìn)入液相,提高砷在液相中的濃度,為砷的富集、下一步提取創(chuàng)造條件。經(jīng)過氧化后的反應(yīng)釜排出液進(jìn)行冷卻、過濾,濾液進(jìn)入還原槽與二氧化硫發(fā)生還原反應(yīng),還原結(jié)晶生成高純度三氧化二砷。在這個(gè)過程中,難溶解的 Cu、Bi、Sb、S 等元素進(jìn)入渣相富集,易溶解的Re隨砷一起進(jìn)入液相并循環(huán)富集,為這些稀貴金屬的提取創(chuàng)造有利條件[4]。砷提取前后濾渣成分對比見表1。

      砷濾餅處理工藝流程簡圖見圖1。

      表1 砷提取前后濾渣成分

      圖1 砷濾餅處理工藝流程圖

      3 加壓浸出工藝的優(yōu)點(diǎn)

      (1)工藝流程短,項(xiàng)目投資少,整個(gè)工藝流程可實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化,操作簡單。設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊,占地面積僅為常壓浸出工藝占地面積的1/3。

      (2)反應(yīng)時(shí)間短,生產(chǎn)效率高。加壓浸出所需時(shí)間2h,較傳統(tǒng)工藝8h相比縮短了70%的生產(chǎn)時(shí)間,提高了生產(chǎn)效率。

      (3)砷、銅浸出率均高于90%,錸浸出率約為75%左右,浸出率高于國外工藝水平,其它有價(jià)金屬在反應(yīng)過程中得到了有效的富集,浸出后的渣率低,為13%,大幅低于同行業(yè)水平。

      (4)反應(yīng)過程無需添加銅粉做催化劑,降低了生產(chǎn)成本。噸砷電耗也大幅度下降,由4300 kW·h下降至3300 kW·h。

      4 經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

      加壓浸出工藝投入生產(chǎn)運(yùn)行后,車間經(jīng)過多年的生產(chǎn)實(shí)踐改造,各項(xiàng)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)穩(wěn)步提升,生產(chǎn)產(chǎn)量屢創(chuàng)新高。主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)見表2。

      表2 主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

      加壓浸出工藝的投入,原有銅粉浸出生成硫酸銅工序取消,電單耗和生產(chǎn)成本都急劇降低。2012年之后,隨著含砷物料的增加,系統(tǒng)滿負(fù)荷生產(chǎn),噸砷電單耗下降趨勢更為明顯。

      5 生產(chǎn)中存在的問題及解決方案

      (1)原有的硫化砷濾餅使用渣斗盛裝倒運(yùn),工作量大,成本高,現(xiàn)場工作環(huán)境差,地面防腐層在叉車的碾壓下易造成表層破碎及酸液滲漏。為解決這一問題,車間在As壓濾機(jī)下方增加了直接漿化槽,壓濾機(jī)脫下來的As濾餅直接在其下方的槽內(nèi)化漿,然后通過泵及管道輸送到下道工序,極大地改善了現(xiàn)場環(huán)境,節(jié)約了生產(chǎn)成本,同時(shí)降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

      (2)含As物料成分復(fù)雜且波動(dòng)很大,在氧化浸出過程中,難以準(zhǔn)確判斷As的氧化程度,容易出現(xiàn)氧化不足或過度氧化。氧化不足會導(dǎo)致氧化后濾渣含As偏高,As的直收率低;過度氧化會造成Cu、Bi、Sb等雜質(zhì)進(jìn)入液相,容易造成管道堵塞、離心分離機(jī)濾網(wǎng)板結(jié)、As2O3結(jié)晶顆粒細(xì)等問題[5]。目前還沒有很好的技術(shù)手段可以直接檢測砷的氧化程度,主要還是從穩(wěn)定原料成分、調(diào)整系統(tǒng)開路量入手,根據(jù)反應(yīng)溫度變化及操作經(jīng)驗(yàn)來控制砷的氧化程度。

      (3)砷浸出液中含 Cl-2g/L、F-0.5g/L、H2SO4150g/L,在高溫、高壓下,對金屬設(shè)備的腐蝕非常嚴(yán)重,尤其是在反應(yīng)釜內(nèi)部,換熱盤管及釜體腐蝕嚴(yán)重,對設(shè)備的材質(zhì)及選型要求較高。目前反應(yīng)釜內(nèi)換熱盤管采用鈦管、反應(yīng)釜釜體采用復(fù)合鈦、反應(yīng)釜進(jìn)出物料自動(dòng)閥選用316L材質(zhì)的旋塞閥。在日常操作中,為降低液相中Cl-、F-濃度,將過濾砷濾餅的壓濾機(jī)增加水洗砷濾餅程序。同時(shí),維持液相一定的Cu2+,減緩對設(shè)備的腐蝕。

      6 結(jié)語

      銅冶煉含砷物料是生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的危險(xiǎn)固體廢渣,是有色金屬冶煉的主要污染物之一[6]。隨著近幾年的國內(nèi)冶煉生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)張,含砷物料的量還將不斷增長。貴溪冶煉廠加壓浸出工藝的投入使用,提升了含砷物料的處理量,且工藝穩(wěn)定,成本低,每年可處理含砷物料2.5萬t。實(shí)現(xiàn)了含砷物料的無害化處理及有價(jià)元素的富集、濃縮,為稀貴金屬的提取創(chuàng)造了有利條件,促進(jìn)了冶煉行業(yè)的可持續(xù)循環(huán)發(fā)展。

      [1]余新華.煉砷工藝的發(fā)展及加壓浸出工業(yè)實(shí)驗(yàn)[J].銅業(yè)工程,2008(3):30-32.

      [2]朱曉宇,伍偉.貴溪冶煉廠亞砷酸車間節(jié)水實(shí)踐[J].江西能源,2003(2):10-11.

      [3]馮樹屏.砷的分析化學(xué)[M].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,1986:183-185.

      [4]劉昌勇.貴溪冶煉廠亞砷酸生產(chǎn)工藝[J].有色冶煉,1998(2):8-10.

      [5]歐陽輝.貴溪冶煉廠亞砷酸工藝綜述[J].有色金屬,1999(4):10-12.

      [6]張學(xué)洪,朱義年,劉輝利.砷的環(huán)境化學(xué)作用過程研究[M].北京:科學(xué)出版社,2009:1-2.

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