铜矿含砷处理

    一、焙烧     为了获得适合于冶炼深加工所需成份的冰铜，熔炼前有时需要通过焙烧脱除精矿中含有的硫和挥发性杂质（比如砷）。焙烧通常在多膛炉中进行（El Indio矿即是如此），有的则在沸腾炉中进行（Lepanto冶炼厂即是如此）。研究人员已对焙烧进行了大量研究，发现挥发法脱砷主要取决于温度、停留时间及焙烧装置中的气氛类型。如果在硫化物氧化时提供的空气有限，挥发就很容易进行。在这样的条件下，当温度达到218℃砷完成升华后，可以通过过滤装置从烟尘中分离出三氧化二砷（As₂O₃）： As₂S₃＋4_1/2O₂→As₂O₃＋3SO₂             （1）     不过，在有过量空气存在的情况下，砷就会形成不会挥发，且容易在315℃时熔化的五氧化二砷（As₂O₅）： As₂S₃＋5_1/2O₂→As₂O₅＋3SO₂             （2）     这种砷的氧化物通常与矿石中的氧化铁结合在一起、形成砷酸铁： Fe₂O₃＋As₂O₅→2FeAsO₄             （3）     最终结果，在空气供给有限的情况下砷黄铁矿通常会氧化，挥发形成三氧化二砷（As₂O₃）。在这样的条件下，焙烧料中剩下的将主要是铁的氧化物－磁铁矿： 3FeS₂＋8O₂→Fe₃O₄＋6SO₂             （4）     二、熔炼     熔炼的目的是为了将铜精矿或焙砂中的金属硫化物与脉石分离，在有熔剂存在的情况下熔炼一般在1250℃时进行。熔炼时，加入炉内的原料将分离成两层液体－即浮在上面由脉石和造渣物料形成的炉渣层及沉在下面由金属硫化物组成的冰铜层。     由于砷能以氧化物的形式挥发，原料中的砷将被部分脱除。高温时形成的冰铜由最稳定的硫化物组成。比如，Cu₂S和FeS分别是铜和铁的最稳定的硫化物，它们是冰铜的主要成份。 据1986年的铜企业报告，当冰铜品位接近80%时，砷的脱除就会发生逆转。据分析主要原因为：（一）高品位冰铜中金属铜的存在，影响了砷的分离；（二）砷易于在金属铜中溶解。在智利现有5种不同的熔炼系统中，熔炼和吹炼时砷的分布和脱除情况，见表1和图1。 表1  各种火法工艺中的砷的分布（%）

输入时的分布	反射炉＋PSC	特尼恩特反应炉＋PSC	诺兰达反应炉＋PSC	奥托昆普炉＋PSC	三菱炉
粗铜	6.7	3.3	3.5	11.4	4.6
炉渣	27.0	7.2	9.0	21.5	43.0
转炉渣	6.1	0.2	2.0	2.5	6.6
350℃收集的烟尘	31.8	1.9	2.0	34.7	9.2
250℃收集的烟尘	－	85.1	83.5	13.3	36.6
进入烟囱的烟尘	28.4	2.3	－	16.6	－
总  计	100.0	100.0	100.0	100.0	100.0

                                      图1  不同工艺熔炼和吹炼时的脱砷情况     从上述的表图中可以看到，不同的铜冶炼工艺脱砷率差异很大。脱砷工艺（熔炼/吹炼）的差别可以用各家冶炼厂操作条件不同来解释。比如，物料成份、熔炼温度、吹炼速度、富氧浓度、烟气成份、产品成份不同和产品相对量有差异等，导致砷的脱除率不同。在熔炼阶段砷主要通过挥发和造渣的方式脱除：     反射炉，砷主要通过挥发和造渣的方式脱除。因为反射炉内的气氛属于弱还原性质，并且炉子具有较大的容量，砷易于通过焙烧挥发的方式脱除。在P－S转炉中，更多的砷则是通过焙烧挥发和造渣的方式脱除。     特尼恩特和诺兰达反应炉，挥发方式脱砷率较高，造渣方式脱砷率则较低。P－S转炉的脱砷率随着鼓入空气量的增多而增加，这样，处理低品位冰铜时，砷的脱除率就较高。这两种反应炉的冰铜品位大致相同（70%左右）。     特尼恩特和诺兰达反应炉的富氧浓度，分别为38%和33%。而P－S转炉则采用非富氧空气。     奥托昆普型闪速炉和P－S转炉。这类设备通过挥发途径脱除的砷量更少，因为炉内气氛属于强氧化性，有利于As₂O₅的形成，从而在渣中可以脱除更多的砷。可以看出，由于有大量的烟尘循环，这类设备砷的脱除率比特尼恩特炉和诺兰达炉低。     三菱熔炼炉。熔炼阶段，砷在炉渣和烟尘中的分布明显不同。吹炼过程中，砷在炉渣、烟尘和粗铜的分布率则大致相同。通过加强氧化处理，可以将粗铜中的砷更多地转移到炉渣中。熔炼和吹炼作业中富氧浓度分别为48%和33%。