[科普中国]-白烟尘

白烟尘是铜冶炼生产过程中产生的固体副产物, 其中含有Cu、Zn、Pb、Au、Ag、Bi等有价元素, 是潜在的资源。

同时白烟尘中还含有较高含量的砷, 砷主要以As2O3、As2S3的形式存在, 属于可溶性砷, 对周边环境存在潜在的威胁。1

来源
砷在铜精矿中一般以硫化物形态存在, 多数为砷黝铜矿 (3Cu2S·As2S3) 和硫砷铜矿 (Cu3As S4)。在熔炼制铜过程中, 铜精砂中的As绝大部分进入冶炼烟气中, 在收尘系统进行富集, 主要以As2O3的形态存在。

白烟尘是在生产过程中挥发性元素随烟气带走并经收尘冷凝后的产物, 其中含有一定量有价元素。2

化学组成其化学组分如下

XRD衍射, 分析白烟尘中物料的主要赋存状态

白烟尘主要化合物组成

白烟尘的处理现阶段, 综合利用白烟尘的工艺技术并不完备, 部分国内铜冶炼企业多将烟灰直接返回溶炼系统处理降低白烟尘中有价元素含量。白烟尘返回铜熔炼系统后, 不仅降低闪速炉处理能力、恶化炉况, 同时炉料中有害成分增多, 有害杂质的累积会直接影响产品 的质量。白烟尘需要进行单独处理, 对白烟尘单独处理的技术研究也比较多, 主要集中在火法和湿法, 缺乏工业应用。因为砷产品的市场应用量小, 现阶段只能应用于玻璃、农药、半导体等领域, 应用量小。大部分企业还是将白烟尘进行长期堆存。

白烟尘的脱硫方火法脱硫火法脱As是在高温下使As以As2O3的形态挥发, 从而实现有价金属分离的方法, 主要分为还原焙烧和真空焙烧。火法脱As基本方程式如下。

2As2O3+ 9O2 ═ 2As2O3+6SO2

常压焙烧脱As采用火法工艺使铜闪速炉烟灰中的As转变成易挥发的As2O3, 加入适量的焦炭进行还原焙烧。对铜冶炼烟灰在还原气氛下进行焙烧脱As的工艺研究, 改变温度、焦炭配入量及焙烧时间, 得出最佳脱砷条件为:焦炭配入量12%, 焙烧温度为1 100℃, 焙烧1 h, 此时铜烟灰的脱砷率达80%。

水浸脱As白烟尘的水浸与酸浸、碱浸相比, 操作简便, 节省试剂, 温度低, 成本低。根据As2O3易溶于热水的特性, 将含As物料在沸水中浸出, 得到亚砷酸溶液, 加入添加剂和活性炭净化以除去其他重金属杂质和进行脱色处理, 真空蒸发至含As 120g/L, 降温至35℃时, 离心过滤, 生成As2O3结晶, 将晶体采用湿式包装, 将包装后的布袋与晶体一起低温干燥24 h至含水1%以下。1

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所