导航：安全管理网>> 安全论文>> 冶金安全论文>>正文

处理高砷铜精矿的火法冶金处理技术

文档作者：谭春梅摘译文档来源：云南铜业股份有限公司冶炼加工总厂		点击数：	更新时间： 2024年06月06日
下载地址：点击这里	文件大小： 350.88 KB 共6页	文档格式： PDF	下载点数： 1 点（VIP免费）

全屏查看

内容预览 [文件共6页]

本文件共6页，如需编辑使用，请下载。

注：预览效果可能会出现部分文字乱码（如口口口）、内容显示不全等问题，下载是正常的。

	文件大小：350.88 KB 共6页文件格式：PDF 下载点数：1 点（VIP会员免费）

上一篇：从高炉瓦斯泥中湿法回收锌的新工艺(Ⅰ)：…

文本预览

仅提取页面文字内容，供快速阅读使用。

2016年8月第4期谭春梅摘译：处理高砷铜精矿的火法冶金处理技术·1．
。，．+’+。+’+’+。+’+一+。
；国外工程
、Ⅲ+m一．◆．◆-◆-◆．◆．
“。。一“。“、
技术；
．-．一¨／
处理高砷铜精矿的火法冶金处理技术
谭春梅摘译
(云南铜业股份有限公司冶炼加工总厂，云南昆明650102)
[摘要] 本文回顾了处理高砷铜精矿的各种火法冶金方法。讨论了这些处理方法工程设计的各个
方面。文中所讨论的方法包括：砷固定完全氧化；选择性挥发砷；硫酸化焙烧、苏打灰焙烧及其它方法。
本文讨论了砷的最终处置或销售方法。
[关键词] 火法冶金；铜精矿；砷
[中图分类号] TF81l [文献标志码] B [文章编号] 1672—6103(2016)04—000卜06
1 导言
采用火法冶金传统方法从硫化矿中提取铜已经
有数十年的历史，大约75％的原生铜是通过这些传
统方法进行回收的。尽管传统的处理方法高效，但
随着清洁的硫化铜矿储量耗尽，需要采用新的策略
从含有一定水平杂质的矿石中提铜。采用传统的铜
冶炼方法难于处理第15组元素(As，sb，Bi)。由于
环保条例的限制，冶炼厂避免采用高砷硫化铜精矿
及因此导致的对冶炼厂增加的处罚，处理的精矿中
可接受的砷含量水平更低了。
1．1湿法冶金
采用湿法冶金从低品位矿石中回收铜的历史已
经有五十多年了，有些问题仍然令人担忧，尤其是处
理高砷矿石或精矿。已经建议采用各种湿法冶金方
法来处理高砷铜矿石或铜精矿。本文的综述中不包
含该课题。
1．2 砷
铜中含砷存在几个问题。在最终产品中，成形
过程中出现裂纹，降低了铜的导电性。电工用途中，
铜中砷含量的最大允值设定为1×10～。在选矿和
[作者简介]谭春梅(1967一)，女，云南曲靖人，副译审，云铜公司冶
炼加工总厂负责翻译组织工作。
[收稿日期]2016—06—22
提取冶金工厂中，控制砷的主要目标是为了避免砷
排放到气相和液相中。通过除砷将其转换成一种可
丢弃的、环境可接受的稳定化合物。目前，砷的市场
容量很小。智利埃尔印第欧(ElIndio)工厂就是其
中一个例子，直到2002年，该工厂还在分离砷并将
砷回收为As：O，商品。后来由于综合因素，包括缺
乏砷产品市场，工厂已经关闭。表1给出了全世界
As，0，的产量和储量数据。
1．3 工艺方案
本文评估了从硫砷铜精矿中提铜的火法冶金工
艺和湿法冶金工艺。大多数研究都集中在湿法冶金
方法上。原因是，人们通常认为湿法冶金方法对环
境更友好，投资成本低。
2 火法冶金
砷含量高意味着直接熔炼硫砷铜精矿成为问
题，且精矿价值大幅降低。为此，在熔炼之前，砷必
须最小化，目的是为了避免收集和处理挥发性砷化
合物，并降低渣和金属污染。在采用火法冶金技术
处理原生物料和再生物料的过程中，砷是一种有害
物质，大多数国家都要求从砷残渣中除砷。控制性
氧化焙烧是火法冶金预处理的方案之一，目的是通
过挥发来除去硫砷铜精矿中的砷。最终的砷产品必
须呈某种稳定的、可丢弃的形式。就硫砷铜精矿的
处理而言，已经发表了无数关于焙烧和熔炼的应用
万方数据
．2． 中国有色冶金A生产实践篇·国外工程技术
方面的文献。关于该课题，已经发表了多篇优秀的综
述性论文。本文将讨论几种生产工艺及潜在的工艺。
2．1硫砷铜矿的热分解
通过焙烧方法可以分解硫砷铜矿。硫砷铜矿的
分解原理众所周知。帕迪利亚(Padilla)的文章显
示，当温度为525℃时，硫砷铜矿开始分解，但是，当
温度在700—750℃时，脱砷才会完全。当温度为
525℃时，硫砷铜矿开始热分解，见反应式(1)：
2Cu3AsS4(s)一3Cu2S(s)+As2S3(g)+
S，(g) (1)
该反应式是吸热反应，热焓值为+327．4
kJ／mol。在氮保护气氛下，当温度为550℃时，硫砷
铜矿开始分解，见反应式(2)和(3)：
4Cu3AsS4(s)叫Cul2As4S13(s)+3／2S2(g)
(2)
Cul2As4S13(s)一Cu2Sl+；(s)+As4S4(g)+
(1．5—3算)S：(g) (3)
当温度在575—900℃之间时，硫砷铜矿转化成
砷铜矿和蓝辉铜矿，随后形成辉铜矿，辉铜矿是最终
的分解产物。在中性气氛下，当温度达到727℃时，
彻底脱砷，产生硫化砷形态。
2．2硫砷铜矿的控制性氧化焙烧
根据吉村(Yoshimura)的文章，在控制性氧化
气氛下，硫砷铜矿分解成辉铜矿、二氧化硫和三氧化
二砷，见反应式(4)：
4Cu3AsS4(s)+1302(g)一6Cu2S(s)+10S02
(g)+2As203(g) (4)
另外一种可能见反应式(5)：
2Cu3AsS4(s) +202(g)叫3Cu2S(s)+2S02
(g)+As：O，(g) (5)
通过比较硫砷铜矿在中性气氛和氧化气氛下的
焙烧，可以看出，氧化气氛下的热分解比中性气氛下
的热分解速度快得多。当温度在600～900℃之间
时，温度和氧势对氧化焙烧速度起到了重要的作用。
2．3硫砷铜矿的氧化焙烧
反应式(6)中快速生成氧化亚铜，然后，延长反
应时间，发生反应式(7)并生成氧化铜：
4Cu3AsS4(s)+2202(g)一Cu20(s)+
16S02(g)+As406(g) (6)
4Cu3AsS4(s)+2502(g)一12Cu0(s)+
16S02(g)+As。06(g) (7)
硫砷铜矿的氧化焙烧显示，先快速生成氧化亚
铜(Cu：O)，然后生成的最终反应产物氧化铜
(CuO)，当温度在500～900℃时，达到完全脱砷。
2．4石灰焙烧
特里(Terry)研究了石灰焙烧。在焙烧过程中，
可以捕集到砷和硫，在反应式中，As：O，和sO：气体
与caO发生反应。As：S，气体接触到caO后，发生
快速氧化，这就是固定砷的机理，见反应式(8)：
As2S3(g)+3CaO(s)一1／2As406(g)+
3CaS(s) (8)
As。0。气体与caO反应，形成亚砷酸钙，见反应
式(9)。当氧气不存在时，才会发生该反应。
3CaO(s)+1／2As406(g)一Ca3(As03)2(s)
(9)
关于石灰焙烧对难处理金精矿的影响，刘(Liu)
开展了研究。根据反应式(10)和(11)，SO：与
As：O，气体得到了固定。
2CaO(s)+2S02(g)+02(g)一2CaS04(s)
(10)
3CaO(s)+As203(g)+02(g)一
Ca3(As04)：(s) (11)
从热力学角度看，反应式中自由能显示出，
Ca，(AsO。)：比caSO。更稳定。因此，从理论上讲，
万方数据
2016年8月第4期谭春梅摘译：处理高砷铜精矿的火法冶金处理技术·3·
caO将优先与As：O，气体反生反应，而不是与sO：发
生反应。采用熟石灰，有助于砷的固定。泰勒(Tay．
10r)开展了难处理贵金属矿石的石灰焙烧试验工
作。在标准焙烧条件下，研究了采用熟石灰与砷和
硫进行反应。结果表明，焙烧时，有99．9％以上的
砷和98％的硫留在了焙砂中。
在工业应用中，石灰焙烧的问题是，砷与石灰发
生反应后留在固态的焙砂中，很难除砷。一种可能
的方法是，在另一台炉子中发生该反应，在提高温度
的条件下，砷烟气与石灰接触。
2．5苏打灰焙烧
泰勒研究了As—sb贵金属精矿的苏打灰焙烧。
研究集中于采用苏打灰处理复杂硫化精矿(即辉锑
矿和砷黄铁矿)，回收锑和贵金属，同时将砷和硫转
换成砷酸钠和硫酸钠。结果表明，来自焙烧的固体
残渣几乎都是硫、砷和锑。采用热碱溶液浸出脱砷。
然后，采用氢氧化钙、氯化钙或铁盐混合物来沉
淀砷。
普特拉(Putra)和泰勒(Taylor)评估了两种硫砷
铜精矿样品的苏打灰焙烧。他们研究了部分氧化和
完全氧化。发现了精矿中砷含量的还原条件，还原
成一种水溶性化合物，同时，大部分硫保留在焙砂
中。为了消除捕集砷、烟气转化和制酸所需的大量
工作量，控制性氧化和苏打灰焙烧可以是一种方法。
主要的障碍是用于捕集砷的苏打灰成本和用于砷沉
淀的硫酸铁成本。如果采用这些方法(例如：赤铁
矿生产硫酸铁、酸碱再生的盐分解技术、电透析
法)，应该开展研究，以评估试剂的再生问题。
2．6埃尔印第欧(El Indio)工厂
智利埃尔印第欧(ElIndio)工厂处理硫砷铜精
矿(23％Cu，15％Fe，35％S，10％As，0．8％Sb)。精
矿送往一台有14个炉膛、直径为6．5 m的尼古拉斯
一赫尔肖夫(Nicholas—He玎eschoff)焙烧炉中进行处
理，焙烧温度在700—750℃之间，氧含量低于
0．5％。因此，该工艺本质上是一种中性焙烧。图1
显示了埃尔印第欧(El Indio)工厂焙烧炉的工艺流
程图。
炉料的停留时间大约为3 h。旋风分离器捕集
出口烟气，收集下来的烟尘返回到焙烧炉中，没有氧
化的烟气(硫和三硫化二砷)进入燃烧室后，与过量
空气发生放热反应，温度为750℃±25℃。然后，
氧化后的烟气在热交换器中冷却至350℃一400
鳖堑!!塑丛
(24％Cu，8％As)
图1埃尔印第欧工厂焙烧炉的工艺流程图
℃，直接进入电收尘。通过冷空气，将不含烟尘的烟
气进一步急冷至120℃±5℃，大部分砷得到冷凝
并从气相中除去，形成三氧化二砷(白粉)。最后的
气流排到大气中。
2．7硫酸化焙烧
钱伯斯(B．Chambers)评估了硫砷铜矿的硫酸
化焙烧。在两个温度条件下(500℃和750℃)产出
了焙砂。他强调，可以实现快速提铜和砷固定，硫酸
化焙烧是高度的放热反应，需要添加大量的冷却水。
图2显示了硫酸化焙烧方案流程图。
2．8酸焙烧工艺
萨法扎德(Safarzadeh)等人评估了硫砷铜矿的
酸焙烧和浸出。初步试验表明，可以采用酸焙烧
浸出工艺来处理硫砷铜精矿。评估了硫砷铜精矿
的低温(100～400℃)硫酸化焙烧及随后的水浸
出工艺。结果表明，在硫酸化焙烧过程中，硫砷铜
精矿热相变成硫酸铜，当焙烧温度为400℃时，精
矿中的大部分砷进入到气相中。同时发现，当温
度为400℃，硫酸为0．5 mL／g，焙烧时间为2 h时，
精矿中的提铜率最高，为一100％。捕集到的砷部
分以毒砂(FeAsS)形式存在。通过xRD(x射线衍
射仪)分析证明，在焙烧的精矿中，一部分砷以白
砷石(As：O，)的形式存在。
万方数据
·4· 中国有色冶金A生产实践篇·国外工程技术
硫砷铜精矿
——厂一烟尘
嚎萝芦
] 无尘
电收尘l
秀歹低砷P辐 洗涤器’I
“’
H2So。
铜残液l
——叫电积
浸出残渣J 臭葱石I 浸出液(中和) 废电解液
篡竽浸出残渣．卜一
尾矿池
图2硫酸化焙烧方案流程图
2．9 CMI NESA工艺
奥德恩(Oudenne)回顾了比利时CMI NESA公
司处理砷锑精矿和其它复杂冶金副产品方面三十年
的经验。强调了初步工艺矿物学特性的重要性，最
主要的步骤是成功焙烧。对于处理复杂精矿而言，
分段选择性焙烧是一种吸引人和高效的方法。作者
发现，当处理含铜物料(包括：砷铜矿、硫砷铜矿、黄
铜矿和黄铁矿)时，在还原性气氛下，脱砷达到最大
化。在选择性焙烧工艺中，在还原或贫氧条件下加
热复杂硫化矿物料。根据精矿的某些特性(如：颗
粒尺寸)，在焙烧过程中，控制不同的变量会影响
Cd，As，Sb，Bi和Hg的挥发。这些变量包括：极限温
度、加热速度、气体氛围和硫的存在。
为了除去杂质，在上述条件下开展了选择性焙
烧，这些条件包括：合适的极限温度、低缓的加热速
度、还原性气氛、优化的c0／CO：比。一台焙烧炉
(如：一台流态化焙烧炉)在单一给定的气氛下运
转，对处理复杂硫化矿物料来说很难获得合理的焙
烧条件。由于还原性气氛不会影响挥发性硫化物，
因此，有可能从非挥发性矿物中去除掉硫化物。而
且，在一台多膛炉中，有可能分别控制每一个炉膛的
温度和气氛，料床上面和料床里面的控制同等重要。
2．10硫砷铜矿的选择性焙烧
硫砷铜精矿的选择性焙烧，这种预处理的目的
是为了最大程度地除去所含的砷、锑，以获得某种可
销售的产品，同时又为冶炼保留了高硫含量。浮选
铜精矿主要矿物包括：硫砷铜矿(cu，AsS。)、铜蓝
(cuS)、黄铜矿(cuFes：)、黄铁矿(Fes：)、元素硫和
H：s04
销往市场
石英(SiO：)。浮选铜精矿的平均颗粒尺寸为40
斗m o
在还原性气氛中，主要的硫化矿物将被分解，见
反应式(12)、(13)和(14)：
2Cu3AsS4一Cu2S+4CuS+As2S3(g) (12)
2Fes2_2FeS+S2(g) (13)
8FeAsS—4FeAs+4FeS+As4S4(g) (14)
在控制的气氛中，逐步加热精矿进行分解。并
且观察到，一旦除去了挥发性硫化物，焙烧物料的烧
结温度也上升了。由于与上升的挥发性硫化物和炉
膛下部产生的易分解硫发生反应而消耗氧气，因此，
在反应床里面和临近反应床上方都受到无氧气氛的
保护。多膛炉中使用的部分热量是通过控制进入炉
膛上部的气流而产生的，利用了上升气体的放热反
应优势：
S：(g)+20：(g)_2S0：(g) (15)
As4S4(g)+702(g)一As203(g)+4S02(g)
(16)
在炉膛底部，为了控制炉膛温度和气体氛围，燃
烧外部燃料。精矿中存在的黄铁矿有利于硫化砷的
挥发。
硫砷铜精矿的选择性焙烧的数据见表2。
2．1l 米尼斯特罗．哈雷斯(MiniStro Hales)工艺
智利国家铜业公司(Codelco)米尼斯特罗．哈
雷斯(Ministr0 Hales)铜矿山预计在2013年开始处
理其矿床，年产55万t铜精矿、25万t硫酸。他们
将采用氧化(或中性焙烧)方法除砷，形成一种蒸汽
化合物。将砷烟尘收集起来，并转化成某种用后可
竺涮磊=～
万方数据
2016年8月第4期谭春梅摘译：处理高砷铜精矿的火法冶金处理技术·5·
精矿
中试设备
工业工厂
选择性焙砂
中试设备
工业工厂
IO．8
8．5
O，08
0．09
0．4
O．6
O．2
O．11
28．I
25．6
24．6
34．7
33．8
30．1
24．6
20．9
13．5
13．0
19．6
19．8
32
159
43
194
395
561
608
789
煎壁塑丛二童筮芝鳢芷)
金、铂族金属
回收工厂
壁塑枣丝
(如需要的话)
些
图3建议的酸焙烧流程图
丢弃的产物或堆存起来。德国法兰克福的奥图泰公
司(Outotec)运行过一座产能为25 kg／h的中试厂，
该中试厂采用了这种焙烧方法来处理铜精矿。
2．12冶炼厂
位于德克萨斯州埃尔帕索市(El Paso)的美国
熔炼公司(ASARC0)冶炼厂允许铜精矿中的最高砷
含量为0．2％。少数铜冶炼厂直接熔炼硫砷铜精矿，
但是，大多数冶炼厂基于环保原因限制砷的含量，他
们仅处理干净的铜精矿(砷含量低于O．5％)。菲律
宾莱潘托联合矿业公司(Lepanto consolidated Mining
Company)处理硫砷铜精矿(1l％As，31％Cu，
15％Fe，34％S)，并生产焙砂(0．3％As，43％Cu，
23％Fe和20％S)，处理能力大约为180 t／d。芬兰
波立登(Boliden)公司的波立登焙烧炉每天处理800 t
精矿(1％～2％As)，产出的焙砂通常含有～0．1％
As。保加利亚切洛佩克(chelopec)的邓迪贵金属公
司(DPM)将硫砷铜精矿(17．5万t)运往纳米比亚
楚梅布的Ncs冶炼厂。该冶炼厂能够处理高砷和
高铅铜精矿。世界上很多冶炼厂都处理不了这种铜
精矿。该冶炼厂产出粗铜和三氧化二砷(As：0，)。
2．13冶炼厂的砷
提铜时，～些物料的气相中会存在As。O。或
As：s，蒸汽。采用电收尘或湿式气体洗涤器来收集
As：0，烟尘。三氧化二砷烟尘不能堆存起来，因其存
在着水溶性高和毒性方面的问题。图4和图5显示
了埃尔特尼恩特(E1 Teniente)工厂含砷烟尘和污酸
处理的工艺流程。
污酸污水
石灰浆—叫一段中和
’
过滤器工
焙烧
石灰浆
璺!』坐旦也丝墨重丝重查
(丢弃) (

网友评论 more

冶金安全论文最新内容

06-06