火法炼铜中砷的流向图
垣曲冶炼厂铜冶炼砷流向图如下图所示:
铜精矿中的砷
冰铜(铜砷化合物) 烟尘(As2O3)
炉渣(砷酸铁)
粗铜(铜砷化合物)
阳极铜(铜砷固溶体)
硫化砷渣
阴极铜(铜砷固溶体)
图1 砷的流向图
砷在黄铜矿中主要以毒砂(FeAsS2)或硫化砷(AS2S3)形态存在[1]。FeAsS2在850~900℃焙烧时受热迅速分解As4,As4在氧化气氛下发生如下反应:
硫化砷在氧化气氛下发生如下反应:
2As2S摇盘机3+9O2=2As2O3+6SO2 | (1-2) |
| |
砷在铜的造锍熔炼过程中,氧化砷会和炉内的部分氧化物发生如下反应:
As2O3+2SO3=As2O脱毛机胶棒5+2SO2 | (1-3) |
As2O3+2Fe2O3=2As2O5+2FeO | (1-4) |
As2O3+2Fe3O4盖形螺母=2As2O5+2SO2 | (1-5) |
| |
As2O5在火法炼铜过程中,部分可与金属氧化物Cu2O、CuO、ZnO、、PbO和CaO等结合成稳定的砷酸盐(Cu3(AsO4)Z、Pb3(AsO4)2)从而进入阳极铜中[2];部分As2O防盗机箱5与Fe2O3生成FeAsO4进入炉渣;绝大多数中的As以三氧化砷的形态挥发进入烟气中,由于其可能使硫酸系统催化转换阶段的催化剂中毒,因此在进入硫酸转化阶段前对其进行回收。 砷的氧化物在烟气和阳极板中的分配系数与矿石成分、送氧速率以及炉温有关,因此控制好炉温对砷的脱除有着至关重要的作用。
铜精矿经造锍熔炼—转炉吹炼—火法精炼后,As在阳极铜的形态主要以砷酸盐及砷锑铋混合物形式存在。电解液中As含量与阳极板中砷含量、电解液成分和电解工艺条件有关。 铜电解精炼过程中,游离态的As主要以三价阳离子的形式进入电解液,进入电解液的As(Ⅲ)容易发生水解,反应方程式如下:
As3++2H2O=HAsO2+3H+ | (1-3) |
卧式挤压机As3++H2O=AsO++2H+ | (1-4) |
| |
进入电解液中三价砷离子部分与Cu+离子生成Cu3As沉淀进入阳极泥中[3]。
以砷锑铋混合物形式存在的(Pb·Bi)2(As·Sb)4·O12随着阳极铜不断地溶解而逐渐显现与阳极表面,从而随着电解反应的继续进行,混合物中的大部分As被分解出来进入电解液中[4]。
进入电解液中的As(Ⅲ)在Cu2+催化条件下被溶解O2逐渐氧化成As(V),从而电解液中的砷主要以HAsO2、AsO+、H3AsO4的形态存在。当存在Sb(Ⅲ)、Bi(Ⅲ)时,As(V)与其可生成溶度积很小的化合物SbAsO4和BiAsO4形成漂浮性阳极泥。[5]漂浮性阳极泥对阴极铜的质量极大的危害,因此,铜电解液中这三种杂志的含量为As<3.5,Sb<0.6,和Bi<0.5g/L。