楊松樺，胡 滔

（江西銅業(yè)股份有限公司貴溪冶煉廠，江西貴溪335499）

1989年江西銅業(yè)股份有限公司貴溪冶煉廠從日本住友公司引進硫酸銅置換法處理砷濾餅，生產(chǎn)三氧化二砷，并于1992年投產(chǎn)[1]。1995年貴溪冶煉廠與北京礦冶研究總院對硫化砷濾餅進行立式反應(yīng)釜加壓氧化浸出小試研究，2005—2008年貴溪冶煉廠分別完成半工業(yè)試驗、設(shè)計施工和工業(yè)生產(chǎn)[2]。貴溪冶煉廠采用立式反應(yīng)釜工藝替代硫酸銅置換工藝提高了砷直收率，生產(chǎn)成本大為降低[3]。但立式反應(yīng)釜生產(chǎn)效率偏低，每釜間斷進出液，存在壓力容器壓力急劇變化、設(shè)備老化等問題[4]。

目前廣泛運用于鋅、鈷行業(yè)的臥式反應(yīng)釜不同于立式反應(yīng)釜的間歇作業(yè)，可實現(xiàn)無間斷連續(xù)生產(chǎn)作業(yè)[5]。2020年7月貴溪冶煉廠對臥式反應(yīng)釜進行工業(yè)試驗，2020年9月臥式反應(yīng)釜工藝投入工業(yè)生產(chǎn)，同等容量臥式反應(yīng)釜較以往立式反應(yīng)釜制砷效率提高了近1倍。

1 立式反應(yīng)釜工藝存在問題

貴溪冶煉廠以含砷物料為生產(chǎn)原料，通過立式反應(yīng)釜加壓氧化浸出生產(chǎn)三氧化二砷。1臺釜每批次作業(yè)步驟：進液—升溫升壓—降壓降溫—排液。

長期以來立式反應(yīng)釜作業(yè)效率低，多臺立式反應(yīng)釜占地面積大，日常操作頻繁，每臺立式反應(yīng)釜均配備各類自動閥、手動閥、液位計、壓力計、不同型號管道，檢修工作量大；反應(yīng)釜升壓降壓過程，容器內(nèi)壓力急劇變化，對容器管道長周期使用造成不利影響。因此，考慮開發(fā)新的工藝處理含砷物料。

2 試驗研究

2.1 臥式反應(yīng)釜工藝試驗流程

臥式反應(yīng)釜工藝試驗流程見圖1。

圖1 臥式反應(yīng)釜工藝試驗流程

還原終液通過高壓補液送入泵漿料儲槽，漿液在漿料儲槽內(nèi)預(yù)熱升溫，再通過高壓進液泵送至臥式反應(yīng)釜。臥式反應(yīng)釜內(nèi)有4個腔室，漿液進入1#腔室反應(yīng)，再逐步流入2#～4#腔室反應(yīng)后自流至閃蒸槽。閃蒸槽排出漿液由抽出泵送至冷卻槽進入現(xiàn)有還原系統(tǒng)。

臥式反應(yīng)釜首次進液80%后停止進液，升溫升壓進行反應(yīng)，控制氧化風(fēng)量500 m3/h，直至反應(yīng)后出液ρ(As3+)＜20 g/L，再進行下一步的連續(xù)試驗。試驗考察反應(yīng)溫度、壓力、攪拌速率、時間、氧化風(fēng)量等參數(shù)。立式反應(yīng)釜主要反應(yīng)條件見表1。

表1 立式反應(yīng)釜主要反應(yīng)條件

2.2 物料進液量的影響

臥式反應(yīng)釜連續(xù)進液，在反應(yīng)溫度 110 ℃、反應(yīng)壓力 1.05 MPa、攪拌速率 900 r/min、反應(yīng)時間 2.5 h、氧化風(fēng)量500 m3/h條件下，考察物料進液量對反應(yīng)的影響。

物料進液量分別控制在4.0，4.5，5.0 m3/h時的試驗數(shù)據(jù)見表2～4。

由表2可見：物料進液量控制在4.0 m3/h時，反應(yīng)結(jié)束后4#腔室ρ(As3+)平均值17.32 g/L，ρ(As3+)＜20 g/L，在此條件下試驗可行。

表2 物料進液量4.0 m3/h試驗數(shù)據(jù)

由表3可見：物料進液量控制在4.5 m3/h時，反應(yīng)結(jié)束后4#腔室ρ(As3+)平均值19.65 g/L，ρ(As3+)＜20 g/L，在此條件下試驗可行。

表3 物料進液量4.5 m3/h試驗數(shù)據(jù)

由表4可見：物料進液量控制在5.0 m3/h時，反應(yīng)結(jié)束后4#腔室ρ(As3+)平均值25.12 g/L，ρ(As3+)＞20 g/L，在此條件下試驗不可行。

表4 物料進液量5.0 m3/h試驗數(shù)據(jù)

2.3 氧化風(fēng)量的影響

臥式反應(yīng)釜連續(xù)進液，在反應(yīng)溫度 110 ℃、反應(yīng)壓力 1.05 MPa、攪拌速率 900 r/min、反應(yīng)時間 2.5 h、物料進液量4.5 m3/h條件下，在上述反應(yīng)的基礎(chǔ)上考察氧化風(fēng)量對反應(yīng)的影響。

氧化風(fēng)量由500 m3/h調(diào)整到600 m3/h試驗數(shù)據(jù)見表5。

表5 氧化風(fēng)量600 m3/h試驗數(shù)據(jù)

由表5可見：氧化風(fēng)量控制在600 m3/h時，反應(yīng)結(jié)束后4#腔室ρ(As3+)平均值19.32 g/L，ρ(As3+)＜20 g/L，在此條件下試驗可行。

氧化風(fēng)量下降，出液三價砷含量上升，氧化風(fēng)量大小影響臥式反應(yīng)釜反應(yīng)出液的三價砷含量。分析其主要原因是試驗用臥式反應(yīng)釜內(nèi)徑2.2 m，氧化風(fēng)量在釜內(nèi)停留時間較短，部分空氣未與漿液發(fā)生氧化反應(yīng)，氧化空氣未得到充分利用即進入尾氣。因此過大的風(fēng)量不僅增加了空壓機的能耗，氧化效果也得不到顯著提升。氧化風(fēng)量、能耗、反應(yīng)出液指標(biāo)互相關(guān)聯(lián)，氧化風(fēng)量需要合理控制。

2.4 反應(yīng)壓力的影響

在加壓氧化浸出中，氧作為一種極為重要的反應(yīng)物質(zhì)被引入浸出系統(tǒng)，由于氧在液相中的溶解度取決于其分壓，因此反應(yīng)壓力對反應(yīng)結(jié)果影響較大。臥式反應(yīng)釜連續(xù)進液，在反應(yīng)溫度 110 ℃、攪拌速率900 r/min、反應(yīng)時間2.5 h、物料進液量4.5 m3/h、氧化風(fēng)量500 m3/h條件下，將試驗反應(yīng)壓力由1.05 MPa調(diào)整至1.15 MPa時試驗數(shù)據(jù)見表6。

由表6可見：反應(yīng)壓力在1.15 MPa時，反應(yīng)前后，氧化效果無明顯變化，ρ(As3+)＜20 g/L，在此條件下試驗可行。

表6 反應(yīng)壓力1.15 MPa試驗數(shù)據(jù)

壓力調(diào)整前后，氧化效果無明顯變化但壓力增加后，空壓機能耗急劇上升，因此試驗終止。

3 技術(shù)創(chuàng)新點

該技術(shù)有以下創(chuàng)新點：

1）實現(xiàn)多腔室連續(xù)氧化反應(yīng)。目前在銅冶煉廢渣無害化處理技術(shù)方面，無論是常壓氧化還是加壓氧化處理含砷物料，基本上采用單體式設(shè)備間斷性分批次生產(chǎn)。貴溪冶煉廠采用臥式反應(yīng)釜加壓連續(xù)浸出濕法煉砷工藝為行業(yè)首創(chuàng)，臥式反應(yīng)釜內(nèi)多腔室連續(xù)反應(yīng)，具有工藝流程短、生產(chǎn)成本低、運行效率高等優(yōu)點。

2）反應(yīng)熱能高效回收。臥式反應(yīng)釜連續(xù)加壓氧化浸出含砷物料時反應(yīng)熱量在各腔室梯級利用，最大程度地利用了反應(yīng)產(chǎn)生的熱量，維持了系統(tǒng)反應(yīng)熱平衡，進入循環(huán)水的熱量減少。建立了各腔室溫度自動控制模型，實現(xiàn)了反應(yīng)熱能高效回收利用。

3）含砷物料三步連續(xù)法浸出。該含砷物料連續(xù)加壓氧化浸出技術(shù)可實現(xiàn)直接連續(xù)漿化、反應(yīng)熱回收利用、底吹連續(xù)加壓氧化浸出三步法連續(xù)生產(chǎn)，含砷物料自動化全封閉綠色環(huán)保處理。

4 工業(yè)實踐

經(jīng)過4個月的試驗研究后，硫化砷濾餅加壓連續(xù)氧化浸出技術(shù)投入工業(yè)試生產(chǎn)。在反應(yīng)壓力1.05 MPa、氧化風(fēng)量 500 m3/h、在反應(yīng)溫度 110 ℃、攪拌速率900 r/min、反應(yīng)時間2.5 h、物料進液量4.5 m3/h的條件下，臥式反應(yīng)釜連續(xù)加壓氧化反應(yīng)平穩(wěn)，2020年7—10月洗凈殘渣w(As)月均值在3.53%～6.47%，具體數(shù)據(jù)見表7。

表7 2020年7—10月洗凈殘渣砷含量統(tǒng)計 w： %

5 結(jié)語

采用臥式反應(yīng)釜連續(xù)加壓氧化浸出技術(shù)處理含砷物料屬行業(yè)首創(chuàng)，該技術(shù)具有工藝流程短、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點，同等體積的臥式反應(yīng)釜較立式反應(yīng)釜生產(chǎn)效率提高了1倍，洗凈殘渣砷含量指標(biāo)控制平穩(wěn)，有利于實現(xiàn)全過程自動化控制。該技術(shù)的成功應(yīng)用，提高了企業(yè)的競爭力。該技術(shù)解決了長期困擾我國冶煉加工企業(yè)含砷物料無害化處理難題，實現(xiàn)了有價金屬的回收利用，具有良好的推廣和應(yīng)用前景。