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(gè)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(gè)砷堿渣處理工藝的成功與否。從上世紀(jì)60年代開(kāi)始研究砷堿渣處理工藝以來(lái)，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(méi)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(gè)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(guò)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(jiàn)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(guò)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(wèn)題

（1）從上世紀(jì)80年代開(kāi)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(wèn)題：①砷堿渣在顎式破碎機(jī)破碎過(guò)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)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(kāi)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(shí)不能正常工作。③球磨機(jī)必須24小時(shí)連續(xù)作業(yè)。間斷作業(yè)或故障停車時(shí)必須將球磨機(jī)內(nèi)所有漿料清理干凈，否則時(shí)間稍長(zhǎng)，球磨機(jī)內(nèi)的漿料將發(fā)生膨脹而板結(jié)，再次開(kāi)車球磨機(jī)無(wú)法啟動(dòng)。④砷堿渣球磨漿料自流進(jìn)入暫存槽，再由暫存槽通過(guò)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(guò)程中造成管路堵塞而無(wú)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(guò)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(shí)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(wú)法正常工作。⑥因浸出工序工藝流程長(zhǎng)，勞動(dòng)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(guò)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(gè)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(wèn)題均未得到解決。同時(shí)又增加了以下幾個(gè)突出問(wèn)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(kāi)動(dòng)抓斗行車不停翻動(dòng)物料，否則整個(gè)浸泡池都會(huì)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(dòng)物料使得整個(gè)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(tái)，再由人工給鄂式破碎機(jī)喂料。放在平臺(tái)上的含水砷堿渣物料約15分鐘左右又會(huì)發(fā)生板結(jié)現(xiàn)象，導(dǎo)致人工喂料勞動(dòng)強(qiáng)度特別大，并且堿性物料對(duì)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(gè)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(shí)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(guò)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(guò)程的職業(yè)危害依然嚴(yán)重；流程過(guò)長(zhǎng)，勞動(dòng)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(guò)總結(jié)分析幾種砷堿渣浸出工序工藝存在的問(wèn)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(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)單，維護(hù)維修方便，故障率低，進(jìn)料自動(dòng)化；正轉(zhuǎn)攪拌，反轉(zhuǎn)出料，出料自動(dòng)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(duì)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(dòng)將所有物料都翻轉(zhuǎn)起來(lái)，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(shí)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(hào)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(shí)取消卷?yè)P(yáng)自動(dòng)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(chǔ)庫(kù)。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(cè)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(shí)間、固液二個(gè)參數(shù)。

總共完成了18個(gè)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(shí)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(shí)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(shí)，砷浸出率為98.64%以上，堿浸出率為98.67%以上；液固比3：1時(shí)，砷浸出率為93.02%～94.46%，堿浸出率為93.66%～95.38%；液固比2：1時(shí)，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(shí)，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(shí)，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(shí)，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(guò)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(shí)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(jiàn)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(shí)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(duì)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(dòng)。

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(jì)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(lái)，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(duì)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(dòng)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(wèn)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)。