CN103820587B - 一种含砷富铁渣中挥发脱砷的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种含砷富铁渣中挥发脱砷的方法，属于含砷铁渣矿的利用领域。富铁渣配入4%～8%的焦炭粉，温度750℃～950℃，在通入水蒸气与空气的混合气体的条件下，使铁矿中的砷挥发。可以将富铁渣中的砷由0.4%～1.4%降至0.08%以下，实现了铁矿石脱砷。气相中砷以三硫化二砷存在的气体，经过分段冷却、收尘，在450℃～750℃段收尘器收集得到的尘(成分与原含砷的富铁渣相近)返回配料，在低于450℃段收尘器收集可得到硫化砷半产品。该方法流程短，设备简单，节能环保，易操作，成本低，处理效率高，矿物中砷的挥发率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种含砷富铁渣中挥发脱砷的方法，具体涉及从湿法炼锌渣磁选得到的含砷富铁渣和火法炼铜的炉渣经磁选后所得的含砷富铁渣，属于含砷铁渣矿的利用领域。
背景技术
富铁渣指冶炼过程中产出的含铁高于50%、含硫1.0～9.0%的物料。富铁渣广泛来源于有色金属冶炼过程。例如，锌的湿法冶金过程和铜的火法冶金过程都大量产出富铁渣。在湿法炼锌过程中，浸出产出大量的含铁浸出渣。浸出渣经回转窑还原挥发回收Zn、Pb、Cd、In、Ge、Ga等有价金属后，铁因不挥发而留在烧渣中，得到了有效的富集，再经磁选后，含铁55%以上，得到富铁渣。在火法炼铜过程中，铜矿中的铁大部分进入炉渣，炉渣经磁选后得到铁含量较高的富铁渣。
我国的炼锌和炼铜厂每年要生产出2000万吨以上的含铁炼渣，以往产出堆积的含铁炼渣超过10亿吨。经过选矿可以产出含铁55%以上的富铁渣。就铁的品位而言已达到炼铁的要求，但由于其还含有较高的砷（0.4～1.4%），故不能作为直接炼铁的原料，如果长期堆放室外，不加以回收利用，既造成资源浪费，也造成环境污染。因此，从富铁渣中除去并回收砷，使富铁渣符合炼铁的要求，具有重要的经济效益和环境效益。
砷作为钢材中的有害元素，对钢材性能产生一系列不良影响。例如，含砷钢在正常轧制的工艺条件下，即氧化气氛中长时间的高温加热，会出现表面富集层，造成热加工表面龟裂。它在钢中偏析严重，促进钢材带状组织的发展，降低钢的冲击韧性，易使钢在热加工过程中开裂。此外，砷及其化合物大都为剧毒物质，对含砷矿物的处理会带来严重的环境问题。进行含砷矿物脱砷研究，对于降低砷在冶炼系统中的危害，实现含砷矿产资源的综合利用有着十分重要的意义。
目前对含砷富铁渣的处理，主要的方法有两类：一类是火法，即用氧化焙烧、还原焙烧和真空焙烧等进行处理，使得渣中的砷以三氧化二砷的形式回收；另一类是湿法，即采用酸浸、碱浸或盐浸等方法进行处理，先把砷从渣中分离出来，再进一步回收砷或进行无害化处理。
在这些处理方法中。氧化焙烧火法处理不能把砷含量降至0.1%以下，且三氧化二砷极易造成环境的二次污染和安全问题。火法处理过程中，成本低，处理量大，但三氧化二砷极易造成环境的二次污染和安全问题。湿法不产生粉尘，能满足环境要求，具有能耗低、污染少、效率高等优点，但流程较复杂，处理成本相对较高。
针对有色金属冶炼过程中普遍存在产出含砷的富铁渣的问题，本发明提出以水蒸气或“水蒸气+空气”为载气挥发脱砷的方法，实现从有色金属冶炼过程中产出含砷的富铁渣脱砷。
发明内容
基于以上背景，本申请提供了一种含砷富铁渣中挥发脱砷的方法，该方法流程短，设备简单，节能环保，易操作，成本低，处理效率高，矿物中砷的挥发率高。
本发明的技术方案是：富铁渣配入4%～8%的焦炭粉，温度750℃～950℃，在通水蒸气的条件下，使铁矿中的砷挥发。可以将富铁渣中的砷由0.4%～1.4%降至0.08%以下，实现了铁矿石脱砷。气相中砷以三硫化二砷存在的气体，经过分段冷却、收尘，在450℃～750℃段收尘器收集得到的尘(成分与原含砷的富铁渣相近)返回配料，在低于450℃段收尘器收集可得到硫化砷半产品。具体步骤包括：
（1）将含砷富铁渣和其质量百分比4～8%的焦炭研磨混合，然后将混合料在温度750～950℃的条件下反应2～5小时，反应过程中不断翻动混合料，并通入流动的载气用于驱赶产生的气体；以动态的形式驱赶富铁渣表面挥发出来的As4S6及元素硫蒸气分子。反应完全后，富铁渣中的砷可降至0.08%以下；
（2）将上述反应过程中产生的气体首先在过450℃～750℃的温度条件下收尘，得到的沉降物返回步骤（1）中作为含砷富铁渣使用，最后将剩余气体在低于450℃的温度条件下收尘即得到粗硫化砷产品。
所述含砷富铁渣的具体成分及百分比范围：Fe55～65wt%，Zn0.1～1.6wt%，As0.4～1.4wt%，S1.0～9.0wt%。
所述富铁渣和焦炭的磨矿粒度为160目以下。
所述载气为水蒸气与空气的体积比为1：0～1的混合气体，载气的流速为0.20～0.80m/s。气体流速低于0.20m/s，脱砷的反应时间超过5小时也难于使最终铁矿含砷降至0.08%以下；气体流速为高于0.80m/s，后续步骤(2)中两段收尘器难分隔，在低于450℃段收尘器收集得到的硫化砷产品质量低劣。
所述步骤（2）最终得到有水蒸气的尾气经过弱氧化室后气相组成达到国家GB9078-1996排放标准，可直接排空。气相中少量的H2S被氧化为元素硫，之后气相组成：As<0.1mg/M3，S<1.0mg/M3，可直接排空。弱氧化室所用氧化剂为空气、过氧化氢、赤铁矿或硫酸铁。
本发明的原理：含砷富铁渣中，主要存在的砷物相有：金属与砷的化合物，硫化砷及砷酸盐。硫化砷的沸点较低，极易挥发。砷与其它元素结合生成难挥发的金属间化合物。在有炭存在和有水蒸气的气流中，砷的金属间化合物分解，生成极易挥发的硫化砷。砷酸盐在氧化气氛中比较稳定，但在弱还原气氛中发生如下反应：
nMOAs2O5+C=nMO+As2O3↑+CO2↑
反应产出的As2O3在有炭和硫存在的条件下易被炭还原成硫化砷As2S3，以硫化砷挥发脱除。例如，砷酸铁是一种热稳定性很高的化合物，在空气中1000℃才开始分解，在有炭、硫和水蒸气存在的条件下700℃开始分解反应。
本发明的有益效果是：
（1）除砷效果好：富铁渣中游离的元素砷和硫化砷在高温下可直接挥发，其他形态的砷化合物在高温下分解，分解出来的砷与硫结合形成硫化砷，硫化砷同载气一起排出反应设备。本发明富铁渣中的砷可降至0.08%以下。砷挥发率能达到83~93%。使富铁渣符合炼铁配矿的要求。
（2）回收成本低：水蒸汽高温挥发除砷不需要消耗任何的化学试剂，水蒸气冷凝后，可直接返回水蒸气生成阶段循环使用，从原材料消耗上大幅度降低了回收成本。
（3）环境友好性：反应过程中砷以硫化砷产品开路，解决了含砷渣堆积难以利用的问题。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施方式一：本实施方式的含砷富铁渣中挥发脱砷的方法为：
（1）将含砷富铁渣（Fe55.57wt%，Zn1.0wt%，As1.03wt%，S9.0wt%）和其质量百分比6%的焦炭研磨至粒度为160目以下后混合，然后将混合料在温度850℃的条件下反应2小时，反应过程中每隔5min转动一次料面，并通入流动的水蒸气（流速为0.4m/s）用于驱赶产生的气体；
（2）将上述反应过程中产生的气体在两段收尘炉中收尘，首先在750℃的温度条件下收尘，得到的沉降物返回步骤（1）中作为含砷富铁渣使用，然后将剩余气体在300℃的温度条件下收尘即得到粗硫化砷产品。富铁渣中砷降至0.073%，砷脱除率为92.20%。
实施方式二：本实施方式的含砷富铁渣中挥发脱砷的方法为：
（1）将含砷富铁渣（Fe55wt%，Zn0.1wt%，As0.4wt%，S1.wt%）和其质量百分比4%的焦炭研磨至粒度为160目以下后混合，然后将混合料在温度950℃的条件下反应3小时，反应过程中不断翻动混合料，并通入流动的载气（水蒸气和空气的体积比为1:1，载气的流速为0.80m/s）用于驱赶产生的气体；
（2）将上述反应过程中产生的气体首先在过450℃的温度条件下收尘，得到的沉降物返回步骤（1）中作为含砷富铁渣使用，然后将剩余气体在200℃的温度条件下收尘即得到粗硫化砷产品。富铁渣中砷降至0.061%，砷脱除率为83.92%。
实施方式三：本实施方式的含砷富铁渣中挥发脱砷的方法为：
（1）将含砷富铁渣（Fe65wt%，As1.6wt%，S2.47wt%）和其质量百分比8%的焦炭研磨至粒度为160目以下后混合，然后将混合料在温度750℃的条件下反应5小时，反应过程中不断翻动混合料，并通入流动的载气（水蒸气和空气体积比为1：0.6，载气的流速为0.20m/s）用于驱赶产生的气体；
（2）将上述反应过程中产生的气体首先在过680℃的温度条件下收尘，得到的沉降物返回步骤（1）中作为含砷富铁渣使用，然后将剩余气体在420℃的温度条件下收尘即得到粗硫化砷产品。富铁渣中砷降至0.078%，砷脱除率为94.13%。
实施方式四：本实施方式所处理的物料为实施例1成分的富铁渣。为了得到一定量的收集尘，进行了不同焙烧技术条件下的三次试验：
(1)将富铁渣和焦炭分别磨细至–200目，称取50g富铁渣和2.0g焦炭粉混合均匀后放入管式炉内，接通电源升温，当温度升到750℃时调节电压使温度恒定在750℃恒温反应5小时。反应过程中向体系中通入流速为0.20m/s的水蒸气，料管转速0.1r/min，反应后得烧渣53.5g。富铁渣中砷降至0.064%，砷脱除率为93.35%。
(2)将富铁渣和焦炭分别磨细至–160目，称取50g富铁渣和4.0g焦炭粉混合均匀后放入微型回转窑内，接通电源升温，当温度升到850℃时调节电压使温度恒定在850℃反应2小时。向反应体系中通入流速为0.80m/s的水蒸气，料管转速0.2r/min，反应后得烧渣53g。富铁渣中砷降至0.065%，砷脱除率为93.31%。
(3)将富铁渣和焦炭分别磨细至–160目，称取50g富铁渣和5g焦炭粉混合均匀后放入微型回转窑内，接通电源升温，当温度升到950℃时调节电压使温度恒定在950℃反应2小时。向反应体系中通入流速为0.60m/s的水蒸气，料管转速0.4r/min，反应后得烧渣52.3g。富铁渣中砷降至0.062%，砷脱除率为93.37%。
这三次试验的烟气在低于450℃段收尘器收集，得到5.5g集尘，为含砷23.8%的硫化砷半产品。从收尘器收集出来的尾气通入硫酸铁的氧化室，之后气相组成：As<0.1mg/M3，S<1.0mg/M3，按照GB9078-1996标准可直接排空。
以上对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (3)
1.一种含砷富铁渣中挥发脱砷的方法，其特征在于具体步骤包括：
（1）将含砷富铁渣和其质量百分比4～8%的焦炭研磨混合，然后将混合料在温度750～950℃的条件下反应2～5小时，反应过程中不断翻动混合料，并通入流动的载气用于驱赶产生的气体；
（2）将上述反应过程中产生的气体首先在450℃～750℃的温度条件下收尘，得到的沉降物返回步骤（1）中作为含砷富铁渣使用，最后将剩余气体在低于450℃的温度条件下收尘即得到粗硫化砷产品；
所述含砷富铁渣的具体成分及百分比范围：Fe55～65wt%，Zn0.1～1.6wt%，As0.4～1.4wt%，S1.0～9.0wt%。
2.根据权利要求1所述的含砷富铁渣中挥发脱砷的方法，其特征在于：所述富铁渣和焦炭的磨矿粒度为160目以下。
3.根据权利要求1所述的含砷富铁渣中挥发脱砷的方法，其特征在于：所述载气为水蒸气和空气的体积比为1：0～1，载气的流速为0.20～0.80m/s。
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