王親雄

（湖南辰州礦業(yè)有限責(zé)任公司，湖南 懷化 419607）

砷堿渣浸出工序是整個砷堿渣處理工藝的難點(diǎn)和關(guān)鍵工序，其成功與否直接關(guān)系到整個砷堿渣處理工藝的成功與否。從上世紀(jì)60年代開始研究砷堿渣處理工藝以來，各大型銻冶煉企業(yè)和相關(guān)研究砷堿渣處理工藝的專家學(xué)者一直沒有找到較好的浸出工序工藝，甚至因砷堿渣浸出工序工藝不成功而直接導(dǎo)致整個砷堿渣處理工藝失敗。

1 砷堿渣產(chǎn)生、成分與性質(zhì)

砷堿渣的產(chǎn)生：砷堿渣是粗銻火法精煉加堿除砷過程中產(chǎn)生的一種浮渣，其產(chǎn)率為精銻的20%左右。

砷 堿 渣 的 主 要 成 分 為：Sb20%～25%,As15%～20%,堿45%～55%。其中Sb主要以單質(zhì)銻、銻酸鈉、亞銻酸鈉和極少量的氧化銻形態(tài)存在；As主要以砷酸鈉、亞砷酸鈉及極少量的三氧化二砷形態(tài)存在；堿主要以碳酸鈉或氫氧化鈉形態(tài)存在。

砷堿渣的性質(zhì)：因砷酸鈉、亞砷酸鈉、銻酸鈉、亞銻酸鈉和碳酸鈉或氫氧化鈉極易溶于水，固體狀的砷堿渣見水即化（且極易吸收空氣中的水分而化）并發(fā)生膨脹；砷酸鈉和砷的氧化物為劇毒物質(zhì)，砷堿渣有劇毒，為有毒有害固體物；砷堿渣堿性物質(zhì)含量高達(dá)45%～55%，有很強(qiáng)的腐蝕性；堿性物質(zhì)溶于水為放熱反應(yīng)，致使砷堿渣溶于水后的漿料溫度較高，導(dǎo)致少量的砷氧化物或砷鹽揮發(fā)到空氣中，造成職業(yè)危害；單質(zhì)銻不溶于水且其比重為6.6g/cm3,砷堿渣溶于水后的漿料極易沉槽，在機(jī)械攪拌浸出過程中極易形成掛壁現(xiàn)象。

2 傳統(tǒng)砷堿渣浸出工序工藝及存在的問題

（1）從上世紀(jì)80年代開始研究砷堿渣處理工藝至2018年，砷堿渣浸出工序一直采用砷堿渣-鄂式破碎機(jī)破碎-球磨機(jī)球磨-浸出攪拌槽熱水浸出-壓濾機(jī)液固分離工藝。該浸出工藝主要存在以下問題：①砷堿渣在顎式破碎機(jī)破碎過程中，產(chǎn)生大量的揚(yáng)塵，揚(yáng)塵中含有砷酸鈉和砷的氧化物，對現(xiàn)場操作人員造成嚴(yán)重的職業(yè)危害。②因砷堿渣極易吸收空氣的水分而化開或板結(jié)，造成鄂式破碎機(jī)處理能力低下、故障率高、嚴(yán)重時不能正常工作。③球磨機(jī)必須24小時連續(xù)作業(yè)。間斷作業(yè)或故障停車時必須將球磨機(jī)內(nèi)所有漿料清理干凈，否則時間稍長，球磨機(jī)內(nèi)的漿料將發(fā)生膨脹而板結(jié)，再次開車球磨機(jī)無法啟動。④砷堿渣球磨漿料自流進(jìn)入暫存槽，再由暫存槽通過渣漿泵輸送到浸出槽攪拌浸出，因球磨漿料中含有單質(zhì)銻且比重大而發(fā)生沉槽，并在渣漿泵輸送過程中造成管路堵塞而無法正常工作。⑤砷堿渣球磨漿料進(jìn)入機(jī)械攪拌浸出槽浸出過程中，因漿料中含有大量的大比重單質(zhì)銻極易發(fā)生浸出槽沉槽現(xiàn)象，同時由于機(jī)械攪拌作用極易將比重大的單質(zhì)銻甩向浸出槽壁形成掛壁現(xiàn)象，導(dǎo)致浸出槽無法正常工作。⑥因浸出工序工藝流程長，勞動定員多，處理成本高，職業(yè)危害嚴(yán)重。⑦因工藝不暢通，浸出效果不好，壓濾后的銻精泥含銻品位不高，在30-45%左右，導(dǎo)致后續(xù)回收的處理成本較高。⑧由于浸出工序工藝不暢通，設(shè)備故障率高，導(dǎo)致砷浸出率低，過濾得到的銻精泥含砷高，在3-5%左右。因回收銻精泥中的銻，導(dǎo)致砷在銻冶煉流程中形成惡性循環(huán)。

（2）2015年湖南辰州礦業(yè)砷堿渣浸出工序采用了砷堿渣-浸泡池-常溫水浸泡-抓斗行車-破碎機(jī)破碎-浸出攪拌槽常溫浸出-壓濾機(jī)液固分離工藝。

該浸出工藝較第一個工藝增加了浸泡池常溫浸泡工序，取消熱水浸出，取消了球磨機(jī)球磨工序。該工藝除克服了球磨機(jī)存在的缺點(diǎn)外，其他問題均未得到解決。同時又增加了以下幾個突出問題：①由于一次性投入15噸左右到砷堿渣浸泡池常溫浸出，操作人員必須連續(xù)開動抓斗行車不停翻動物料，否則整個浸泡池都會因砷堿渣吸水發(fā)脹而板結(jié)；因大量的砷堿渣中的堿溶于水放出大量的熱，不停地翻動物料使得整個浸出車間彌漫了熱汽和粉塵，職業(yè)危害更加嚴(yán)重。②由于抓斗行車在腐蝕性很強(qiáng)與高粉塵濃度環(huán)境下頻繁工作，故障率特別高。③由抓斗行車將浸泡池中的砷堿渣物料抓到進(jìn)料平臺，再由人工給鄂式破碎機(jī)喂料。放在平臺上的含水砷堿渣物料約15分鐘左右又會發(fā)生板結(jié)現(xiàn)象，導(dǎo)致人工喂料勞動強(qiáng)度特別大，并且堿性物料對操作人員的皮膚損傷很大。

（3）2019年某大型銻冶煉企業(yè)砷堿渣浸出工序采用了砷堿渣-鄂式破碎機(jī)破碎-球磨機(jī)球磨-搖床收銻-浸出攪拌槽常溫浸出-壓濾機(jī)液固分離工藝。

該工藝較第一個工藝在球磨機(jī)之后，浸出槽之前增加了搖床收銻工序，同時將浸出槽熱水浸出改為常溫水浸出。該工藝在球磨漿料進(jìn)入浸出槽之前通過搖床重選將單質(zhì)回收，克服了浸出槽沉槽、掛壁等現(xiàn)象；銻精渣含銻品位明顯提高，含砷降低不明顯。但操作過程的職業(yè)危害依然嚴(yán)重；流程過長，勞動定員增加，處理成本增加。

表2 浸出指標(biāo)表

3 砷堿渣滾筒式混泥土攪拌機(jī)浸出試驗(yàn)

通過總結(jié)分析幾種砷堿渣浸出工序工藝存在的問題，充分吸收各工藝的優(yōu)點(diǎn)，充分考慮砷堿渣的性質(zhì)與特性，結(jié)合滾筒式混泥土攪拌機(jī)工作原理與特點(diǎn)，認(rèn)為滾筒式混泥土攪拌機(jī)適合于有毒有害物質(zhì)砷堿渣的浸出。

滾筒式混凝土攪拌機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，操作簡單，維護(hù)維修方便，故障率低，進(jìn)料自動化；正轉(zhuǎn)攪拌，反轉(zhuǎn)出料，出料自動化；滾筒內(nèi)的槳葉不斷地將物料拋向高處再自由落下，循環(huán)反復(fù)，再加上砷堿渣物料之間相互碰撞可以起到對砷堿渣的破碎和球磨作用；溶于水后的物料在滾筒內(nèi)旋轉(zhuǎn)攪拌又起到了浸出攪拌槽浸出的作用，由于滾筒式混凝土攪拌機(jī)是臥式滾動將所有物料都翻轉(zhuǎn)起來，不存在掛壁、沉槽現(xiàn)象，且攪拌效果好，浸出效果好。因此滾筒式混凝土攪拌機(jī)可以起到破碎、球磨和浸出的綜合作用，可以同時代替鄂式破碎機(jī)、球磨機(jī)、浸出攪拌槽三種設(shè)備的功能。

根據(jù)以上分析，2019年8月～10月某大型銻冶煉企業(yè)砷堿渣處理車間進(jìn)行了砷堿渣滾筒式混凝土攪拌機(jī)浸出試驗(yàn)。試驗(yàn)用滾筒式混凝土攪拌機(jī)型號為JZC500,主要性能參數(shù)：進(jìn)料容量：800升；出料容量500升；生產(chǎn)率18-20m3/h;攪拌功率7.5kw;為方便控制試驗(yàn)，試驗(yàn)時取消卷揚(yáng)自動進(jìn)料裝置，采用人工進(jìn)料，人工加水。

本次試驗(yàn)砷堿渣原料取自某大型銻冶煉企業(yè)砷堿渣存儲庫。試驗(yàn)用砷堿渣粒度為0mm～200mm。

表1 三次砷堿渣主要成分檢測結(jié)果

取綜合樣化驗(yàn)分析銻、砷、堿、水分。取綜合樣后每次稱取60kg每批次裝入滾筒式混凝土攪拌機(jī)。為了保證浸出試驗(yàn)具有較強(qiáng)的可比性1#、2#、7#、8#、13#、14#浸出試驗(yàn)用1#砷堿渣綜合樣；3#、4#、

9#、10#、15#、16#浸出試驗(yàn)用2#砷堿渣綜合樣；5#、6#、11#、12#、17#、18#浸出試驗(yàn)用3#砷堿渣綜合樣，再變化機(jī)械攪拌時間、固液二個參數(shù)。

總共完成了18個批次的試驗(yàn)操作，具體試驗(yàn)結(jié)果如下表2。

根據(jù)上述表中試驗(yàn)數(shù)據(jù)按相同液固比、不同攪拌浸出時間整理為浸出指標(biāo)分析表表3。

表3 浸出指標(biāo)分析表

由浸出指標(biāo)分析表3可以看出：

砷堿渣中砷、堿浸出率雖然受攪拌浸出時間影響，且成正影響，但影響不大；而受浸出液固比影響較大，液固比4：1時，砷浸出率為98.64%以上，堿浸出率為98.67%以上；液固比3：1時，砷浸出率為93.02%～94.46%，堿浸出率為93.66%～95.38%；液固比2：1時，砷浸出率為89.77%～90.73%，堿浸出率為89.82%～91.61%。

浸出渣含砷及浸出渣率指標(biāo)也是受浸出液固比影響較大，液固比4：1時，浸出渣含砷為0.94%～0.95%，浸出渣率為21.4%～27.1%；液固比3：1時，浸出渣含砷為2.9%～3.45%，浸出渣率為30.2%～32.55%；液固比2：1時，浸出渣含砷為4.5%～4.7%，浸出渣率為34.95%～37.7%；而浸出渣含砷及浸出渣率指標(biāo)直接關(guān)系到下道工序銻進(jìn)入煉銻系統(tǒng)回收過程中砷在系統(tǒng)中循環(huán)以及處理量的大小，從而影響處理成本。

綜合考慮砷、堿浸出率，浸出渣率和系統(tǒng)處理能力，將浸出試驗(yàn)條件確定為：液固比：4：1，攪拌時間60分鐘。

為確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠，進(jìn)行了6組重復(fù)驗(yàn)證試驗(yàn)，重復(fù)驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 重復(fù)驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果表

重復(fù)驗(yàn)證試驗(yàn)證明砷堿渣滾筒攪拌浸出條件為：液固比：4：1，攪拌時間60分鐘。

4 改造后的浸出工序工藝及效果

4.1 改造后的浸出工序工藝流程

在砷堿渣滾筒式混泥土攪拌機(jī)浸出試驗(yàn)成功的基礎(chǔ)上，2020年1月，某大型銻冶煉廠對砷堿渣生產(chǎn)線浸出工序工藝進(jìn)行了改造。改造后的砷堿渣浸出工序工藝如下：砷堿渣-滾筒式混泥土攪拌機(jī)浸出-搖床收銻-壓濾機(jī)壓濾。改造后的滾筒式混泥土攪拌機(jī)容量為10m3，進(jìn)料改為自動。

4.2 改造后的浸出工序工藝流程運(yùn)行效果

2020年2月11日至2020年7月25日，某大型銻冶煉企業(yè)砷堿渣生產(chǎn)線累計處理一次砷堿渣3173.43 噸，產(chǎn)出浸出渣866.03噸，含銻＞70%，含砷＜0.8%。

自改造運(yùn)行以來，浸出工藝流程通暢，未出現(xiàn)以往工藝中的沉槽、結(jié)晶現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了工藝的連續(xù)性。

5 結(jié)論

（1）對于砷堿渣有毒有害物料的處理工藝，滾筒式攪拌機(jī)加搖床收銻工藝充分結(jié)合了砷堿渣物料的性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了短流程處理。

（2）滾筒式攪拌機(jī)加搖床收銻工藝自動化程度高，很好地解決了操作人員近距離接觸，最大限度地避免了職業(yè)危害。

（3）滾筒式攪拌機(jī)加搖床收銻工藝徹底解決了浸出工序工藝不暢通的問題，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

（4）滾筒式攪拌機(jī)加搖床收銻工藝銻回收率高，銻精泥含銻品位高，減少了銻回收的后續(xù)處理成本。

（5）滾筒式攪拌機(jī)加搖床收銻工藝故障率低，砷浸出率高，極大地減少了砷在冶煉系統(tǒng)中循環(huán)。