贾特耶洛奈夫含砷金矿的焙烧方法

    贾特耶洛奈夫矿山有限公司是向化工部门提供三氧化二砷的北美最大公司之一。从1948年起它又成为较大的产金地。但是，在有毒的付产品三氧化二砷近期并末得以大量售销之前，在不同程度上是造成亏损的原因。
    该矿1958年起扩大到现有的生产能力，其基本工艺一直未改变。由于金价的提高；使得人们对一度被认为是不经济的废矿加以重新评价。五年前，选别金品位为0.36盎司/吨的矿石时，结果造成亏损1百万美元，今天，当原矿品位为0.19盎司/吨时，情况却有了很大的好转。本文就冶金和环保以及目前有关为回收含砷金矿的焙烧过程中所遇到的问题作了讨论。
    在贾特，浮选精矿是在两殴流态化燃烧室内进行自热焙烧，流态床和旋风收尘器的排料进行常规氰化回收金。废气通过一台热的静电收尘器除尘，然后使三氧化二砷烟尘冷凝。被捕收在布袋收尘器中的三氧化二砷烟尘直接销售或贮藏在地下室里。布袋收尘器的收尘效率达99.8%，而产品三氧化二砷的含量大于90%。现今，每年出售三氧化二砷4500短吨（1短吨=907.2公斤），静电收尘器捅收的烟尘被分批配料进行炭浆法处理回收金。
    前    言
    贾特耶洛奈夫矿山座落在耶洛奈夫城北约四公里处、西北地区大奴湖的北部。该矿1948年5月投产，当时处理矿石能力为250吨/8，后经流程改造并扩大，现今处理能力己达1250吨/日，目前原矿含金0.19盎司/吨。
    贾特矿石是由绢云母和含约30%石英的绿泥石片岩、不定量的碳酸钙和碳酸铁，以及约8~10%的金属硫化物所组成。细粒级的砷黄铁矿和黄铁矿含有大量硫化物。还含有不定量的辉锑矿、闪锌矿、磁黄铁矿、黄铜矿和方铅矿。铅、铁和铜的磺酸盐也少量存在。
    可见金极少。在石英中和晶粒界面周围以及砷黄铁矿和辉锑矿裂缝内发现有细粒的自然金包裹体，而且在黝铜矿中，作为小的包裹体出现。但是，以此作为表征矿石的矿物分析值是远远不够充分的。
    大多数的金被认为是在砷黄铁矿中以亚显微色体状态存在，或者甚至可与砷黄铁矿成固溶体出现。矿石矿物通常是在相当宽的范围内嵌布。
    十分明显，这种矿石是相当复杂的，用单一混汞和直接氰化处理显然有困难。实际上大多采用的处理方法是用混合浮选来富集硫化矿物，然后进行精矿的自发焙烧和焙砂氰化。大多数流态化固体焙烧炉产出的焙砂是适于氰化的。在贾特，焙烧的目的是为了使致密的硫化物颗粒转变为多孔结构，这样，使金粒暴露于氰化浸液中。焙烧的物理状态最为重要，为此必须严格控制焙烧炉的热力学条件，以便产出具有令人满意的孔隙度的焙砂。当焙烧炉的进料中有某些矿物存在时（如：辉锑矿和锑的磺酸盐）就会妨碍焙烧炉操作的控制。尽管这些矿物确切的行为还不完全清楚，但它们的存在的确对金的提取不利。
    从一开始焙烧起，就应当捕收焙烧炉气中含有的砷，以及回收与这种炉气相混合的细粒焙砂烟尘中的金。这种细粒焙砂烟尘是用一般的电收尘器来捕收，而金是采用活性炭从氰化溶液中提取金的。焙烧炉气通过静电收尘器靠引进的稀薄空气来冷却，使砷呈三氧化二砷冷凝，然后在布袋收尘器中被回收。尾气通过烟囱排出。
    目前，由布袋收尘器回收的三氧化二砷粉尘用风力输送至园筒贮仓，再用卡车运往美国市场。前几年三氧化二砷是贮藏在设立永冻层内的贮仓中。
    焙烧作业
    最初浮选精矿是在Allls Chalmers爱德华型焙烧炉内进行焙烧，其炉床的总面积约3800平方英尺处理精矿的能力为40吨/日。
    1952年初为了扩大焙烧炉的处理能力，安装了二段流态化固体焙烧炉。这种炉子曾作过多次修改（因为在安装使用时未经试验）。它包括一个园柱形焙烧室，其内由隔墙分隔成两个作用不同的室，风箱亦同样被分隔开，这样可以分别调节供给各室的风量。焙砂从第一室（即第1段）均匀流过隔墙内的三个转料口进入二段焙烧室，在此于氧化气氛中完成焙烧。一段焙烧的粉尘由三个串联的旋风除尘器捕收。旋风除尘器的后部管道延伸穿过焙烧室的顶部，并披埋放在二段焙烧室的流态床内。一段焙烧室的面积约105平方英尺，二段焙烧室的面积仅35平方英尺。风管的转运口有较大的转角，即使这样，由焙烧室筒体与隔墙形成的这些弯角也很难保持流态化。在此出现死角，渐而向外扩展使转运口和旋风除尘器后部管道物料的转移、受到阻碍。扩大转运口意味着因为气体的混合，使两段焙烧的气氛失去控制。
为进一步提高工广的处理能力，1958年安装了一座较大的；两段流态化固体焙烧炉。这座炉子也是由两座隔开的流态化焙烧炉组成。一段焙烧炉流态床内径为13英尺，且比第二段焙烧炉约高出5英尺。
    浮选精矿通过一台摩努型泵被计量（精矿浓度为76%卧体），物料经喷枪进入第一段焙烧炉。其流态床的水平保持在风。口上方的五英尺处。流态床溢出的焙砂进入fluoseal转送阀，这种阀是一种U形管，在其底部有一个小的流态化喷射器，而且在排料侧面上有一个小的辅助空气喷射器，以便使焙砂提升至二段焙烧炉的进料管。在两个喷射器中风压为20磅/平方英寸，此时空气流量14~20立方英尺/分。[next]
    通过一台3700立方英尺/分的Spencer透平压气机在4计示磅/平方英寸下将空气送入第一段焙烧室的风箱然后经风口进入流态床，10英寸风口中有193个风嘴，每一风口有6个3/16英寸的空气孔。含尘气体从第一段进入第二段游离板上。
    第一段焙烧炉的焙砂从流态化床面进入第二段焙烧炉。二段焙烧炉内径为9.5英尺，10英寸中心上有100个梅花头风嘴。
    通过二台2100立方英尺/分Spencer透平压气机在4计示磅/平方英寸下供入空气。流态床溢料管高于风口5英尺，并且流态床溢出的焙砂直接进入一个淬火槽。所有经过淬火的焙烧产品被泵送到焙砂洗涤系统，并送去氰化处理。
    第一段焙烧通常称为除砷段。在此，温度控制在925^oF，氧气供入量控制在最低值。为了保证以三价神的形态除去砷，通常在焙烧酌初期要保持还原状态，因为过剩氧的存在会助长三阶砷氧化为五价砷，这种五价砷就会以三价铁的砷酸盐表面膜形态留在焙砂上，从而推迟或妨碍砷的进一步挥发，以及影响焙砂中金的浸出。
    第二段焙烧称为氧化焙烧。在此流态床焙烧过的物料在活性氧化条件下进一步氧化，并使硫进一步除去，然而，这里不可能达到也不希望发生死焙烧，因为硫的完全除去，势必促进铁继续氧化成磁铁矿，并留在焙砂的微孔内，从而妨碍氰化液的渗透。

    气体净化作业简史
    贾特矿气体净化最初于1951年10月建起了一座低温柯特奈尔型静电除尘器，用以捕收焙砂粉尘及从爱德华型焙烧炉出口气体中冷凝下来的三氧化二砷。1952年初安装了第一台流态化、焙烧炉，一座直径为9英尺、高150英尺的砖烟囱，同时还增设了增压辅助扇风机和一个扩张的烟道系统。希望通过此较好的控制通风和空气温度以及改善静电牧尘器的操作。然而由于焙烧炉生产能力的扩大，这台电收尘器的收尘效率竟下降了10%。
    看来就金的提取而言，第一段流态化焙烧炉是严格控制空气，以保持在中等的还原性气氛下进行操作，从而使炉子出口气体含有高浓度的二氧化硫（基本上不是三氧化硫）。当电收尘器的温度在SO₂仍为气体，而SO₃接近于冷凝温度时，不导电的砷粉尘粒表面吸附SO₃，这就使得悬浮的粉尘变为导电的而得以回收。在焙烧炉出口气体中SO₃量不高可使被冷凝下来的砷的不导电尘粒穿过电除尘器从烟囱排出。[next]
    1955年建起了第二座柯特奈尔型高温静电除尘器，在原来的低温电收尘器中冷凝下来的砷被捕收以前，用它来选择性地回收焙砂尘中所含的金。这两台（热的和冷的）电除尘器串联作业，使收尘效率得到了提高，但冷凝下来的砷粒，对于能在低温电除尘器中回收而言，其导电性是不够的。曾试图提高焙烧炉出口气体中三氧化硫的含量未能获得成功。最后As₂O₃和焙砂尘的混合回收率下降到60%，这就必须使这两台电除尘器在低温下操作。
    1957年一台小型的布袋收尘器就一部分焙烧炉气作了试验。结果表明，这种装置砷的捕收效率高达99%，且布袋使用寿命令人满意。
    1958年安装了一座扩大的两段流态化固体焙烧炉。与此同时一座有8个隔室的标准30-德拉科型袋式收尘器投入作业中。当时用它来捕收炉气中的焙砂尘和冷凝下来的三氧化二神。在这座新建的流态化固体焙烧炉运行情况良好后，这种科特奈尔型静电收尘器就作为一台高温电除尘器那样推动烟气流动。从此选择性地捕收含金的焙砂尘和冷凝下来的三氧化二砷才付诸实践。1962年春天，原有的低温柯特奈尔型静电除尘器进行了改造，目前它是与高温电除尘器并联进行作业。
    气体净化与焙砂粉尘的回收
    从第二段焙烧炉逸出的混合炉气，穿过两台串联安装的杜康旋风收尘器，每台旋风收尘器将捕收得的焙砂尘全部卸入单独的淬火槽内。淬火后的焙烧产物用泵送至焙砂洗涤系统。留下来的焙烧尘和旋风收尘器排出的气体为880^oF，在进入电收尘器之前，用空气调节到700^oF。
    这两台静电收尘器是一种K型带有棒条风障的柯特奈尔收尘装置，每台收尘器是由两组平行排列的设备组成，而这种设备都使气流分支进入到两个串联排列的区间内。每一区间含有882~1/8英寸（直径）的捅收电极和272根3/16英寸方形的绕线放电电极。这种捕收电极排列成18个风障（8英尺长、12英尺高），风障间有一根8英寸的导管。这种放电电极形成17个风障并位于8英寸导管中。这种收尘器外壳是软钢结构而且是充分绝缘的。
    为了从电极上震打下烟尘，须控制顶锤敲打捕收电极和放电电极框架的次数。焙砂粉尘被震打下来落入V形仓内，然后送往淬火槽。通过电收尘器的气体流量及其分布，系由安装在各收尘器出入口中的多向叶片式气闸来调节。现今只有四组设备中的两组在工作，而其余的两组作为备用。当一组设备出现严重的短路或其他故障时，就停止其工作，而将另一组设备投入使用直到设备修好为止。
    高压直流电是依靠变压器来产生，由低压500伏升高至高压500伏。通过使用机械整流器使高电位交流电转变为高压直流电。负电荷放电电极使周围的气体电离，从而使导电的焙砂粉尘带上电荷，这种荷电的粉尘颗粒就被吸引和沉积在接地的捕收电极上。留在捕收电极上的粉尘直到通过顶锤震打使其卸下为止。
    不产生电弧的最大电压能使电收尘器获得最高的捕收率。工作电压与气体成分，气温和粉尘浓度有关，而所有这些因素又是焙烧炉作业参数的函数。
    变压器初级线圈-边上的电压和电流可起监视作用，用以显示捕收电极放电的中断，以及由于绝缘子受污染或风障之间因粉尘增多而造成的短路。为克服安装这类设备时出现事故，必须根据一个详细的项目对照表按计划进行安装和检查。看起来不太重要的项目，如：风道和外壳绝缘的损坏能引起冷点，冷点的出现促进了坚硬的锑和焙砂粉尘集料的生成。这些集料就会使得给料斗螺旋运输机受到损害或造成短路。入口附近漏风足以使三氧化二砷脱离气体而冷凝下来，并污染被捕收的焙烧尘。
    这种静电收尘器金的捕收率平均为94.5%（按旋风收尘器尾气中金的含量而言）。

    气体冷却
    静电收尘器的尾气通过加入由炉外的混合式扇风机牵引的调节空气，使之冷却到220^oF。气相中所含的As₂O₃在位于混合式扇风机下方的扩大室内冷凝成一种细粒的粉尘。利用安装在混合式扇风机调节风入口的气动控制调节风门，使布袋收尘室的温度保持在220^oF。调节风门是由热电偶和温度控制器来自动定位。
    静电收尘器析出的气体量约为6500标准立方英尺/分，温度为600^oF，这种气体被空气调节到流量约为3500标准立方英尺/分，温度220^oF。在8个隔室的300型德拉柯式布袋收尘室内，从已冷却的焙烧炉排出的气体中回收冷凝下来的三氧化二砷。每一隔室装有300个直径5英寸、长10英尺德垒尤（Draylon）32作成的口袋，其额定容量为60000立方英尺/分，230^oF。设计出的这种设备，空气对滤布之比为1.9立方英尺/分平方英尺，捕收率最低为99.8%。最初，这种设备装有记时震打装置以便从布袋上取下烟尘。每两个隔室配有一个V形料仓和螺旋运输机，为的是收集和输送三氧化二砷。一台横向运输机将三氧化二砷粉尘送入富勒尔-金尤型风动输料泵内。
    1978年联邦政府公布了一个金焙烧炉烟囱神的排放标准，规定为15毫克/Scm。在此期间，通过改进主要的布袋收尘室的操作条件，使其牧尘效率得到了改善。
    布袋收尘室温度
    为了提高三氧化二砷由气相冷凝成固相的百分率，布袋收尘器的工作温度由230^oF降为220^oF。进一步降低温度被认为是不现实的，因为必须使气温保持在SO₂的露点以上。
    布袋的震动周期
    布袋收尘器最初是通过一台记时的震打装置从布袋上震下粉尘。在贾特矿山，震动周期为每45分钟震打一周。每天总共进行32周。研究表明，当布袋在进行震动作业时，其捕收效率最低。这想必是由于布袋的震动作用，造成某些细粒级的三氧化二砷粉尘穿过滤布的微孔，而使得从烟囱中排出的As₂O₃量增加。

    布袋收尘器空气对滤布的比为1.9立方英尺/分•平方英尺认为比较低。现今布袋的震动机构是在布袋收尘室两端的压力降达到2英寸水柱时进行工作，其直接的结果是震动频率由每天的32周降为4周。目前三氧化二砷烟尘在布袋作用的一边上，可作为过滤介质而聚集起来，这种粉尘的过滤作用与震动频率的相互结合，使布袋收尘器的捕收效率有了明显的改善。
    过滤介质
    布袋收尘器最初采用奥尔尤（一种由丙烯腈聚合物制成的合成纤维）作过滤介质，但用各种不同材料制成的过滤布袋进行了广泛的研究后，选用了泼里特斯（porrltts）和斯本塞（speneer）的德垒龙32过滤介质，这种袋子已证明其使用是很可靠的。
    一台变速的气动排风机将已净化的布袋收尘器的尾气送入直径9英尺，高150英尺的烟囱。烟囱气体的标准分析结果如下：
    1.25% SO₂、19.9% O₂、78.5% N₂和0.1% C0₂。
    被回收的三氧化二砷之处理：
    布袋收尘器每一个工作日平均回收15吨烟尘，这种布袋尘的典型分析结果是（重量%）：85~95As₂0₃、0.3~0.7Sb和0.1~0.15Au（盎司/吨）。
    过去几年中，布袋尘被气动运输机送到处在永冻层内的专门地下仓库内，这类仓库是用来贮存As₂O₃粉尘。在贮仓挖掘完工以后，安装了混凝土隔板以防止任何被贮物料从贮仓中移出。在将布袋尘放入贮仓以前，可能会有一部分粉尘透过地层返回到地面。使用气动运输机压风将地下逸出的布袋尘带入收尘器入口风道。
    现今北美三氧化二砷市场情况有所好转，因而三氧化二砷产品已由亏损变为盈利。
    目前布袋尘被风力输送至15,000立方英尺的园筒贮仓内，这种不纯的三氧化二砷粉尘然后用1500立方英尺的汽车散装载运至美国东南部的精炼厂。为了防止在往园筒贮仓和往汽车上装料时漏尘，贮仓和汽车的装料是在带式收尘器人口风管后面在负压下进行操作（装料）。   
    结语
    由于黄金生产的不断发展，为了满足冶金和环保要求，多年来贾特耶洛奈夫矿山有限公司在组合使用硫化矿精矿焙烧和烟气净化系统方面已有所进展。通过改造现有设备，气体净化系统的效率已获得了改善。当前，北美三氧化二砷市场扩大，使得布袋尘的处理已由亏损变为盈利。