CN106011458A - 高砷多金属复杂物料脱砷的方法及其设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高砷多金属复杂物料脱砷方法及其装置。本发明是以微波为热源对高砷多金属复杂物料进行脱砷，本发明对需要造块的物料能够同时完成脱砷和造块，对无需造块的物料能够在完成脱砷后保持散状，能减少物料处理过程的烟气量和烟尘量，环保效果明显，能使砷得到高效富集，能有效提高脱砷率。

Description

高砷多金属复杂物料脱砷的方法及其设备

技术领域

本发明属于有色冶金和环境保护两个技术领域，它涉及到一种对高砷多金属复杂物料进行脱砷的方法及其设备。

背景技术：

在铜、铅、锌、金、银等有色金属矿石中，砷是主要的伴生元素，据近年来不完全统计，在我国每年带入有色冶炼系统的砷可达数十万吨之多；在矿物开采和冶炼过程中随着主金属元素的提取分离，砷会发生不同程度的富集，并最终与贵金属及锑、铋、铅等元素形成高砷多金属复杂物料。随着优质资源的消耗，重金属和贵金属冶炼原料中砷的含量近年来显著提高，有的高达10%～20%左右，甚至更高；而贵金属金、银以及锑、铋、铜、碲等有价金属则通常在2%～15%左右。对这类高砷多金属复杂物料进行综合利用的根本前提就是要将砷与有价金属有效的分离、提炼。至上世纪七十年代开始，国外普遍采用火法焙烧来处理此类物料，通过氧化还原或真空过程使原料中的砷以As₂O₃的形式与有价金属分离。此类火法焙烧所选用的设备通常是回转窑，热源通常是用电或炭，其产品通常为散状不能结块因而不能直接进入熔池熔炼炉进行熔炼。从上世纪七十年代开始到如今，国内外普遍采用电热或炭热回转窑对此类物料进行火法焙烧，通过氧化还原或真空过程使原料中的砷以As₂O₃的形式与有价金属分离。回转窑作为目前的一种脱砷设备在对高砷多金属复杂物料焙烧时温度必须控制在700℃以下，尤其是对以氧化砷赋存的高砷多金属复杂物料进行焙烧脱砷时，温度高了就会结块形成窑结发生堵窑现象影响正常生产。因此目前回转窑对以氧化砷赋存的高砷多金属复杂物料进行焙烧脱砷后，即回转窑产出的产品还必须要再进行造块，才能进行后续的破碎筛分送熔炼。

此外，回转窑对物料加热焙烧时热源是通过热辐射由表及里的热传导方式进行的，这样就产生了一个“冷中心”的问题，物料表层很快被加热产生烟气和烟尘，而中心还是冷的，导致加热时间相对较长，烟气量和烟尘量相对增多。由此一方面加大了烟气和烟尘的处理量，另一方面收集的砷品位相对较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高砷多金属复杂物料脱砷方法及其装置，这种方法及其装置产出的产品能直接进入破碎筛分送熔炼的工序，以缩短整个工艺流程，有效减少烟气和烟尘量。

1、一种高砷多金属复杂物料脱砷方法，包括如下步骤：

（1）配料；

（2）将步骤（1）配好的物料用微波加热升温得到块状物料或散状物料,收集砷；

（3）抽风冷却；

（4）对步骤（3）冷却后的块状物料进行破碎筛分送熔炼或者对步骤（3）冷却后的散状物料进行磨矿送浸出。

2、根据权利要求1所述的高砷多金属复杂物料脱砷方法，其特征是在步骤2中将配好的物料用微波加热在3～9min内物料由常温温度升至520～580℃，保温6～9min后再继续升温到750～800℃，持续该继续升温时间5-8分中至物料结块；或者将配好的物料用微波加热，在3～9min内物料由常温温度升至520～580℃，保温12～15min，物料呈散状。

本发明提供的高砷多金属复杂物料脱砷装置包括微波发生器、可转动的盛料盘台、进料装置、抽风系统和专用收砷管，对应于盛料盘台的转动轨迹划段分为接料段、微波升温段，微波脱砷段，微波造块保温段，冷却段，出料段，所述进料装置安装在接料段，在盛料盘台上有一个静止的密封罩将所述微波升温段，微波脱砷段，微波造块段封盖形成微波腔并由微波发生器供能，专用收砷管安装在微波腔。

所述微波发生器有三个，分别为微波升温段，微波脱砷段，微波造块段提供微波。

所述盛料盘台转动区域弧长2Rπ，其中接料段Rπ/4，微波升温段Rπ/3，微波脱砷段Rπ/3，微波造块段Rπ/3，冷却段Rπ/2，出料段Rπ/4。盛料盘台由环形转台带动缓慢回转，该环形转台由电机带动。盛料盘台由若干风箱沿盛料盘台转动轨迹排列而成，各风箱上径向布置了炉篦条，形成炉床。

所述抽风系统包括一主抽风管和若干抽风支管，其中主抽风管位于盛料盘台的中心区，该主抽风管包括可转动的中间节和两端的上固定节及下固定节，所述抽风支管一端与风箱连通，一端与主抽风管的中间节连通，能够随盛料盘台一起转动。

在主抽风管的下方设有水封式沉淀池，用于对散落的物料进行临时贮存。各抽风支管上均安装有电磁阀，用于调节风量或者开启或关闭风路。

所述密封罩内安装红外测温装置，测量并记录物料的温度；在各抽风抽风支管安装测温装置和流量装置测量并记录风温与风量；在进料装置安装计量装置测量并记录进入的物料量。

本发明方法及其装置与现有技术相比具有如下优点：

1、本发明方法以微波为热源对物料进行脱砷，微波是有选择性地通过物料内部原子和分子发生高速振动分子间产生剧烈摩擦来加热物料，基本不存在“冷中心”的问题，相对其它热源明显地减少工艺过程的烟气量和烟尘量，环保效果明显；

2、由于使用微波作为热源可明显减少高砷多金属复杂物料使用其它热源脱砷所产生的烟气量和烟尘量，所以从烟气中所收集的含砷物料的砷品位通常要高于其它形式所收集含砷物料的砷品位，使砷能得到高效富集；

3、本发明脱砷装置对需要造块的物料能够同时完成脱砷和造块，对无需造块的物料能够在完成脱砷后保持散状；

4、本发明通过试验研究的情况来看脱砷率基本可达80％左右，高于目前电热或煤热式回转窑脱砷率；

5、收尘分为专用收砷管和主抽风收尘两个系统有利于砷的富集和减少了砷的扩散范围。

附图说明

图1是本发明方法的一种实施方式的工艺流程图。

图2是本发明方法的另一种实施方式的工艺流程图。

图3是本发明的主剖视图。

图4是本发明的俯视图。

图5是针对图4沿A-A方向的剖视图。

图3至图5中的附图标记：

微波发生器1、波导11

盛料盘台2、风箱21、炉篦条22

密封罩3、

进料装置4、计量输送带41、布料器42

抽风系统5、主抽风管51、抽风支管52、中间节511、上固定节512、下固定节513

环形转台6、混凝土基础7、支承辊8、沉淀池9、专用收砷管10。

具体实施方式

实施方式一：这是一个对需要造块的物料送熔炼前脱砷处理的实施方式。对于以氧化砷为主的高砷多金属复杂物料，主要是烟灰、锌浸出渣等（砷通常以As₂O₃; As₂O₅存在），用本发明方法可将其在脱砷过程中同时使其松散、粒状、粉状形态的物料形成具有一定强度，结块的物料能满足直接进入熔池熔炼炉进行熔炼的要求，具体实施步骤如下：

（1）配料制粒：

将松散、粒状、粉状高砷多金属复杂物料与造块脱砷后的返料，加入1～5％的煤，按事先确定的成分进行配料；配好的物料经制粒机制粒得粒径≥5mm的粒料，再将物料送入微波腔内；

（2）微波加热升温分离砷及造块：

粒料进入微波仓后微波发生器对物料发射微波使物料快速升温；在3～9min内物料由常温温度升至520～580℃左右，保温6～9min后再继续升温到750～800℃左右，继续升温时间控制在6min左右，物料在继续升温的6min左右时间内结成块状。物料进入微波腔后一直对微波腔进行负压抽风收尘；

（3）块料空气冷却及破碎筛分：

物料在微波腔内升温到750～800℃左右后，离开微波腔进行抽风冷却及破碎筛分，筛上物送熔池熔炼炉，筛下物返配料制粒工序；

（4）烟气收尘（砷富集）：

物料进入微波腔后一直对微波腔进行负压抽风收尘。在微波腔内抽出的烟气所沉降的烟尘是砷富集的主要物料，为了确保砷的有效富集采用对烟管淋水骤冷的形式，将烟气骤冷到120℃左右尽可能的将砷富集到烟尘中得以收集；

（5）烟气净化（尾气放空）；

在对烟气进行骤冷收尘沉砷后的烟气及对块料进行冷却的烟气进行采用常规的方法净化，烟气净化所得的渣是无害渣，可堆放或掩埋进行渣处理，也可外销给相关的企业化害为利。

实施方式二：这是一个对无需造块的物料送浸前脱砷处理的实施方式 。对于不是以氧化砷为主的高砷多金属复杂物料，主要是指黑铜粉、阳极泥、砷渣等（砷通常以砷酸盐、硫化砷或单质砷存在），可将其在脱砷后仍保持其松散、粒状、粉状的形态，以满足送浸要求。具体实施步骤如下：

（1）配料：

将松散、粒状、粉状高砷多金属复杂物料与造块脱砷后的返料，按事先确定的成分进行配料；将配好的物料送入微波腔内；

（2）微波加热升温分离砷：

粒料进入微波仓后微波发生器对物料发射微波使物料快速升温；在3～9min内物料由常温温度升至520～580℃左右，保温12～15min；

（3）物料空气冷却及磨矿：

在微波腔内520～580℃左右的物料经保温12～15min后，离开微波腔进行抽风冷却及磨矿，磨出的粉矿送浸出工序；

（4）烟气收尘（砷富集）：

与处理以氧化砷赋存的高砷多金属复杂物料的情况相同；

（5）烟气净化（尾气放空）；

与处理以氧化砷赋存的高砷多金属复杂物料的情况相同。

对于上述两种实施方式发明人都做了试验研究，试验情况如下：

对试验原料即高砷多金属复杂物料制取试样，将试样称重计量置于试验容器钵内，再将盛有试样的容器钵置于微波炉中，微波炉通电升温加热到设定的温度，保持这一温度一段时间后，进行再升温或继续保温，当再升温或继续保温一段时间后断电降温，待温度降至常温后取出试样称重、化验、进行强度试验。

试验所选用的以氧化砷赋存的高砷多金属复杂物料为铜冶炼烟灰（含砷形态为As₂O₃）；所选用的以非氧化砷赋存的高砷多金属复杂物料为黑铜粉（含砷形态为Cu₃As和Cu₂As形式）和阳极泥（含砷形态为As）。试验数据见表1

表1：

对于实施方式一其结块率在96%左右，结块率是比较高的，可以在破碎后直接送熔炼。对于这两种实施方式的脱砷率在80%左右，收尘砷含量在1.3左右，这些指标明显优于回转炉。

本专利实际上是提供出了一种利用微波作为热源处理高砷多金属复杂物料使砷与有价金属有效分离的新方法，用此方法处理高砷多金属复杂物料既能产出能满足湿法冶金的散状产品又能产出能满足火法冶金的块状产品。

实施方式三：这是一个适用于本发明方法，能用于工业化生产的装置， 图3到图5反映了该装置的结构。

从图可以看出本发明装置主要由微波发生器1、可转动的盛料盘台2、密封罩3、进料装置4、抽风系统5和专用收砷管10组成。

盛料盘台2的下面是环形转台6与盛料盘台2固定连接，盛料盘台2随着环形转台6缓慢回转成为可转动的盛料盘台2。环形转台6下方有混凝土基础7，该基础上有支承辊8支撑环形转台6。盛料盘台2主要由若干个扇形风箱21拼接而成，炉篦条22直接安装在风箱21上形成炉床，其回转的轨迹是环形，当对这个环形划段，有接料段、微波升温段，微波脱砷段，微波造块段，冷却段，出料段，在本实施方式中接料段占Rπ/4，微波升温段占Rπ/3，微波脱砷段占Rπ/3，微波造块段占Rπ/3，冷却段占Rπ/2，出料段占Rπ/4。

密封罩3是静止的它位于盛料盘台2的上方，对盛料盘台进行密封，但不随盛料盘台转动，密封罩3一方面用于形成微波腔，另一方面避免烟气和烟尘逸出密封罩3安装红外测温装置，测量并记录物料的温度。

进料装置4位于接料段处，该进料装置4主要由计量输送带41、布料器42组成。经过配料高砷多金属复杂物料,经制粒将粒度控制在≥5mm左右，由计量输送带41到送到布料器42中，盛料盘台2在接料段接收布料器42送至的物料，盛料盘台2继续转动，依次将到达微波升温段、微波脱砷段、微波造块段。

微波发生器1有3套分别装在微波升温段、微波脱砷段、微波造块段处，微波通过波导11分别送入微波升温段、微波脱砷段、微波造块段，微波升温段，微波脱砷段，微波造块段与密封盖之间形成微波腔。盛料盘台2在接料段接收物料后由接料段匀速进入微波腔内，微波升温段的微波发生器1启动，对进入微波升温段的物料发射微波使物料逐步升温，当升温段的物料达到或接近550℃时，盛料盘台2进入微波脱砷段。 盛料盘台进入微波脱砷段后，在微波脱砷段微波发生器根据物料的温度情况来发射微波，物料温度在达到550℃情况下微波发生器减少微波发射量，当物料温度低于550℃时微波发生器增加微波发射量使物料升温，此段的温度控制范围为520～580℃，即将物料控制在脱砷温度范围内。随着盛料盘台继续转动，物料进入微波造块段，对于需要造块的物料，在微波造块段微波发生器对盛料盘台中物料发射微波，使物料温度升到780℃即停止发射微波，物料在780℃时基本结块；形成块状的物料随着盛料盘台的转动进入冷却段。对于不需要造块的物料，微波造块段的作用是保温，微波发生器1对盛料盘台中物料发射微波保持750～800℃即可。

抽风系统5包括一主抽风管51和若干抽风支管52，其中主抽风管51位于盛料盘台中心区，该主抽风管包括可转动的中间节511和两端的上固定节512及下固定节513，各抽风支管52一端从风箱21底部与风箱连通，另一端与主抽风管的中间节511连通，中间节511与各抽风支管焊结成刚性体，并能够随盛料盘台2一起转动，对盛料盘台上的物料进行抽风焙烧或抽风冷却。在接料段主抽风管系51抽风的目的是在于保证操作现场的环境卫生，其风量和风压控制为保证盛料盘台无烟气逸出即可。每个抽风支管上均安装有电磁阀，根据风量需要调节或分别开启或关闭。上固定节512与烟囱固定连接，下固定节513固定在混凝基础上并插入水封式沉淀池9。

专用收砷管10与微波腔连通。随着环形转台继续转动，盛料盘台2逐渐离开微波腔。在微波腔内砷呈As2O3进入烟气，脱离物料，此时为了收集砷和保证操作环境的保护，专用收砷管10呈微负压抽风，在物料进入微波腔时即开始进行收砷，专用收砷管10上可以安装电动阀门以控制专用收砷管10的开度、开启或关闭。

离开微波腔的盛料盘台进入到冷却段，此时主要是将脱砷后的物料冷却下来，冷却的幅度为750℃左右降到250℃左右，所以此时的主抽风管系51抽风量要加大，为了确保冷却效果其风压也要增加，风量和风压的操作数据根据结块物料的数量和料层厚度来确定，其控制方式通过抽风抽风支管上的电动阀门来实现。

盛料盘台2经过冷却段冷却后，250℃左右的进入出料段，此时仍要仍保持冷却段抽风的风量和风压，使物料冷却到150℃左右，风量和风压的控制方式通过各抽风支管上的电动阀门来实现。物料到出料段，已经完成了脱砷和造块，再经破碎筛分，便可直接投入熔炼炉熔炼了。

物料在盛料盘台上脱砷，无论是出于操作现场环保还是工艺过程的需要都离不开主抽风管系的抽风，抽风都是通过控制各抽风抽风支管上的电动阀门来实现的，由附图可知抽风抽风支管抽风是由盛料盘台底连接到中心抽风管的，由于中心抽风管管径很大，其风速会比抽风抽风支管512的风速小很多，因此，由抽风抽风支管带入的小颗粒物料无法随中心抽风管511进入与其配套的收尘系统而坠落到中心抽风管底部。对此，在主抽风管底部设置水封式沉淀池来收集部分散落的小颗粒物料，使这部分物料可以在池内临时贮存和及时转运，比如安装螺旋运输机或捞渣机来转运。

本发明还需要设置自动控制系统，对各电磁阀、测温装置、计量装置进行控制，所有测量数据均进入自动控制系统进行实时调节。

Claims (10)

1.一种高砷多金属复杂物料脱砷方法，包括如下步骤：

（1）配料；

（2）将步骤（1）配好的物料用微波加热升温得到块状物料或散状物料,收集砷；

（3）抽风冷却；

（4）对步骤（3）冷却后的块状物料进行破碎筛分送熔炼或者对步骤（3）冷却后的散状物料进行磨矿送浸出。

2.根据权利要求1所述的高砷多金属复杂物料脱砷方法，其特征是在步骤2中将配好的物料用微波加热在3～9min内物料由常温温度升至520～580℃，保温6～9min后再继续升温到750～800℃，持续该继续升温时间5-8分中至物料结块；或者将配好的物料用微波加热，在3～9min内物料由常温温度升至520～580℃，保温12～15min，物料呈散状。

3.一种适用于权利要求1或2所述高砷多金属复杂物料脱砷方法的脱砷装置，其特征在于该装置包括微波发生器（1）、可转动的盛料盘台（2）、进料装置(4)、抽风系统(5)和专用收砷管（10），对应于盛料盘台的转动轨迹划段分为接料段、微波升温段，微波脱砷段，微波造块保温段，冷却段，出料段，所述进料装置安装在接料段，在盛料盘台上有一个静止的密封罩(3)将所述微波升温段，微波脱砷段，微波造块段封盖形成微波腔并由微波发生器供能，专用收砷管安装在微波腔。

4.根据权利要求3所述的脱砷装置，其特征在于所述微波发生器（1）有三个，分别为微波升温段，微波脱砷段，微波造块段提供微波。

5.根据权利要求3或4所述的脱砷装置，其特征在于：盛料盘台转动区域弧长2Rπ，其中接料段Rπ/4，微波升温段Rπ/3，微波脱砷段Rπ/3，微波造块段Rπ/3，冷却段Rπ/2，出料段Rπ/4。

6.根据权利要求3或4所述的脱砷装置，其特征在于：盛料盘台由环形转台（6）带动缓慢回转，该环形转台由电机带动。

7.根据权利要求3或4所述的脱砷装置，其特征在于：所述盛料盘台（2）由若干风箱（21）沿盛料盘台转动轨迹排列而成，各风箱上径向布置了炉篦条（22），形成炉床。

8.根据权利要求3或4所述的脱砷装置，其特征在于：所述抽风系统（5）包括一主抽风管（51）和若干抽风支管（512），其中主抽风管（51）位于盛料盘台（2）的中心区，该主抽风管包括可转动的中间节（511）和两端的上固定节（512）及下固定节（513），所述抽风支管（512）一端与风箱（21）连通，一端与主抽风管的中间节（511）连通，能够随盛料盘台一起转动。

9.根据权利要求8所述的高砷多金属复杂物料脱砷装置，其特征在于：在主抽风管（51）的下方设有水封式沉淀池（9），用于对散落的物料进行临时贮存或运转。

10.根据权利要求8所述的高砷多金属复杂物料脱砷装置，其特征在于：各抽风支管（512）上均安装有电磁阀，用于调节风量或者开启或关闭风路；密封罩（3）内安装红外测温装置，测量并记录物料的温度；在抽风支管（512）安装测温装置和流量装置测量并记录风温与风量；在进料装置（4）安装计量装置测量并记录进入的物料量。