一种有色冶炼急冷提取高纯三氧化二砷的装置和方法 |
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| 申请号 | CN202210000862.9 | 申请日 | 2022-01-04 | 公开(公告)号 | CN114349046B | 公开(公告)日 | 2024-05-03 |
| 申请人 | 国投金城冶金有限责任公司; | 发明人 | 苏江峰; 南君芳; 方项林; 张恩华; 陈儒稼; 申健; 史庆康; 李鲁鲁; 强振华; 周春虎; 岳龙; 侯晨茹; 邵志恒; 梁晓丽; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开一种有色 冶炼 急冷提取高纯三 氧 化二砷的装置和方法，熔炼炉产生的高温高含砷烟气经熔炼余热 锅炉 降温后，进入一级除害塔，对烟气通过 混合液 雾化喷淋降温除杂，同时吸收烟气中的有害气体，降温后的烟气进入高效电 除尘器 ，经过 电除尘器 收尘烟气进入二级急冷塔，对烟气进行雾化降温，使烟气中的三氧化二砷析出，含砷烟气进入布袋除尘器进行收集，经除砷后的洁净二氧化硫烟气送至 硫酸 系统进行回收处理。本发明脱砷选择性、 稳定性 好，砷脱除效率高达95.0％以上，提纯得到的三氧化二砷纯度达到98.0％以上。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种有色冶炼急冷提取高纯三氧化二砷的装置，其特征在于：包括熔炼炉，熔炼余热锅炉，一级除害塔，熔炼电除尘器，二级急冷塔，布袋收砷器，高温风机； |
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| 说明书全文 | 一种有色冶炼急冷提取高纯三氧化二砷的装置和方法技术领域[0001] 本发明涉及高温高含砷烟气处理领域，尤其是一种有色冶炼急冷提取高纯三氧化二砷的装置和方法。 背景技术[0002] 砷是地壳中广泛存在的元素，然而几乎对所有的矿产资源来说，砷都是一种有害的元素。通常把砷含量在0.1％以上的金矿石称为含砷金矿石，这是一类典型的难处理金矿，也是我国金矿资源的重要组成部分。砷的有害性主要表现在砷硫化物对金的包裹，这会阻碍金和氰化物的反应，导致浸出效率降低，经济效益变差。随着黄金工业和铜工业的快速发展，原料市场的竞争加剧，复杂难处理的原料越来越多，尤其以含砷的金精矿和铜精矿居多。经济、环保处理含砷的金精矿和铜精矿是行业发展的方向。目前行业处理含砷精矿的方法主要有氧化焙烧—氰化提金工艺、加压氧化—氰化提金工艺、细菌氧化—氰化提金工艺、富氧底吹造锍捕金工艺，其工艺都不可避免会产生高温含砷烟气，目前干法处理含砷烟气的工艺主要是对烟气进行一步骤冷，使烟气中三氧化二砷析出，同时杂质硫酸钠，硫酸钙，氟化钙和氯化钠等杂质物料与三氧化二砷一同经过布袋除尘器过滤收集。此方法首先是产出的三氧化二砷纯度低，三氧化二砷的纯度通常在70%‑80%，同时，原料含砷高时，易造成熔炼余热锅炉内结焦，导致锅炉的降温效果变差，制约系统产能，同时对后续电除尘器等设备易造成损坏。同时在铜富氧熔炼生产过程中，物料中含有的氟氯组分会在熔炼条件下发生化学反应，生成大量氟化物和氯化物气体进入熔炼烟气。烟气中氟化物和氯化物气体的存在不仅对系统设备及烟道造成腐蚀，而且在烟气进行洗涤、净化过程中会消耗大量碱液，大幅度增大了冶炼污酸产生量，同时废水氟氯脱除处理成本较高。 发明内容[0003] 本发明所要解决的技术问题是：一是通过分级除害＋急冷提取烟气中的高纯度三氧化二砷；二是通过在除害塔喷淋混合吸收剂，吸收烟气中三氧化硫、氟化氢、氯化氢等杂质，延长电除尘器设备及烟气管道的使用寿命，电除尘器收尘效率由95%提高至99%；三是解决熔炼系统冶炼含砷物料时引起的余热锅炉系统结焦，导致降温变差，制约其系统生产能力问题。 [0004] 为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种有色冶炼急冷提取高纯三氧化二砷的装置和方法。 [0006] 优选的，熔炼炉与熔炼余热锅炉通过上升烟道连接，熔炼余热锅炉与一级除害塔通过碳钢制作的烟道连接，一级除害塔与熔炼电除尘器通过碳钢制作的烟道连接，熔炼电除尘器与二级急冷塔通过碳钢制作的烟道连接，二级急冷塔与通过烟道连接，布袋收砷器与高温风机通过烟道连接。 [0007] 优选的，上升烟道口设置于熔炼炉，埋刮板机一通过螺栓连接于熔炼余热锅炉；埋刮板机二与一级除害塔通过刚性膨胀节连接。 [0008] 优选的，石灰储罐与称重螺旋连接，称重螺旋与A药剂槽通过下灰管道连接，A药剂槽与PLC控制泵站连接，B药剂槽与PLC控制泵站连接，搅拌机安装在A药剂槽和B药剂槽上，PLC控制泵站与雾化喷枪连接，卧式泵A与B药剂槽连接，卧式泵B与B药剂槽连接，卧式泵C与A药剂槽连接。 [0009] 优选的，熔炼电除尘器与溢流螺旋输送机通过刚性膨胀节连接，溢流螺旋输送机与埋刮板机三通过下灰管连接；二级急冷塔与埋刮板机四通过刚性膨胀节连接，水槽与PLC控制泵站二通过管道连接，PLC控制泵站二与雾化喷枪通过管道连接；布袋收砷器与溢流螺旋输送机通过刚性膨胀节连接，溢流螺旋输送机与埋刮板机五通过下灰管道连接。 [0011] 一种有色冶炼急冷提取高纯三氧化二砷的方法，包括如下步骤： [0012] （1）一级除害； [0013] （2）电除尘； [0014] （3）二级急冷； [0015] （4）过滤收砷。 [0016] 优选的，在（1），经过余热锅炉降温烟气温度达380℃‑400℃后，高温烟气进入一级除害塔，开启一级除害塔喷淋装置，通过PLC控制泵站将A药剂或B药剂打入除害塔喷枪，经过喷枪使药剂雾化，对烟气进行降温，控制除害塔出口温度在260℃‑265℃。 [0017] 优选的，当烟气中三氧化硫含量在0‑0.3%时选用A药剂，A药剂按照氢氧化钙:硅酸钠5:1配置，A药剂混合浓度5%‑10%；当烟气中三氧化硫含量在0.3%‑1%时选用B药剂，B药剂按照氢氧化钠:硅酸钠10:1配置，B药剂控制混合浓度10%‑20%。 [0018] 优选的，在（2），经过除尘后的烟气温度在电除尘器出口230℃‑235℃；在（3），烟气进入二级急冷塔，在二级急冷塔进口温度,230℃‑235℃时，二级急冷塔出口温度降低至140℃‑145℃；烟气进入布袋收砷器，固态三氧化二砷被过滤在滤袋外表面，经喷吹装置喷吹，固态三氧化二砷落入除尘器灰斗，经过溢流螺旋输送机、刮板机进行输送。 [0019] 与现有技术相比，本发明的上述装置及方法具有如下优点： [0020] （1）设置一级除害塔，在余热锅炉出口和电除尘器前喷淋高浓度碱性混合吸收剂进行除杂降温，相较于现有技术在电除尘器后设置骤冷塔喷淋降温，优势在于：有效控制去除烟气杂质元素，减少对设备的危害，提高设备的使用寿命，稳定生产，同时可解决熔炼炉因冶炼高含砷含铅物料造成的锅炉结焦问题导致的锅炉出口温度过高，降低其收尘效率，影响后续收砷工段产出三氧化二砷品质、制约企业生产能力等一系列问题。 [0021] （2）同时，在余热锅炉出口和电除尘器前喷淋高浓度碱性混合吸收剂进行降温，其高浓度碱性吸收剂与烟气中三氧化硫反应所形成的硫酸钠、氯化钠、氟化钙及硫酸钙等产物，在电除尘器前就经过重力收集，小部分进入电除尘器内进行收集，较现有技术，多了一道重力收集及电除尘收集，彻底消除了硫酸钠及硫酸钙等产物进入后续三氧化二砷布袋除尘器的情况，进而提高和保障后续布袋除尘器所收集的三氧化二砷的纯度＞98%。 [0022] （3）在余热锅炉出口和电除尘器前喷淋高浓度混合碱性吸收剂进行除杂，吸收烟气中90%以上的三氧化硫，70%以上的氟化氢、及70%以上的氯化氢，减少有害酸性气体对电除尘器设备及烟气管道的腐蚀，同时可以保障实现将二级急冷塔的出口温度控制在140℃的较低温度，使进口烟气中的气态在5‑15g/Nm³含量的砷尽可能的析出成固态砷，出口烟气气态含砷浓度低于0.25g/Nm³，进而保障烟气中的砷的脱除率达95%以上。 [0023] （4）在一级除害塔内已经通过喷淋混合吸收药剂将烟气中三氧化硫、氟化氢、氯化氢除去，在二级急冷塔内，通过喷淋液态水来进行降温，使烟气中的三氧化二砷形成固态析出，相较于现有技术，可消除在三氧化二砷析出阶段形成的其他杂质，类如硫酸钙或硫酸钠、亚硫酸钠等。进而保障在最终三氧化二砷收集阶段的产品纯度，使其产出的三氧化二砷纯度可达98%以上。附图说明 [0024] 图1为本发明的流程示意图 [0025] 图2为本发明的设备配置图 [0026] 图3为收砷器喷吹装置结构图 [0027] 图4为药剂配置设备图。 具体实施方式[0028] 如图1‑4，一种有色冶炼急冷提取高纯三氧化二砷的装置，包括熔炼炉1，熔炼余热锅炉2，一级除害塔3，熔炼电除尘器4，二级急冷塔5，布袋收砷器6，高温风机7。 [0029] 熔炼炉1与熔炼余热锅炉2通过上升烟道连接，熔炼余热锅炉2与一级除害塔3通过碳钢制作的烟道连接，一级除害塔3与熔炼电除尘器4之间通过碳钢制作的烟道连接，熔炼电除尘器4与二级急冷塔5通过碳钢制作的烟道连接，二级急冷塔5与6之间采用碳钢制作的烟道进行连接，布袋收砷器6与高温风机7通过碳钢制作的烟道连接；上升烟道口设置于熔炼炉1，排出熔炼炉1内熔炼产生的烟气经上升烟道进入熔炼余热锅炉2，埋刮板机一201采用螺栓连接于熔炼余热锅炉2；埋刮板机二301与一级除害塔3通过刚性膨胀节连接，石灰储罐307与称重螺旋306通过插板阀、碳钢制作的下灰管道连接，称重螺旋306与A药剂槽303通过碳钢制作的下灰管道连接，A药剂槽303与PLC控制泵站302通过不锈钢制作的管道连接，B药剂槽304与PLC控制泵站302通过不锈钢制作的管道连接，搅拌机305安装在A药剂槽303、B药剂槽304上，PLC控制泵站302与雾化喷枪308通过不锈钢制作的管道连接，卧式泵A 309与B药剂槽304通过不锈钢制作的管道连接，卧式泵B 310与B药剂槽304通过不锈钢制作的管道进行连接，卧式泵C 311与A药剂槽303通过不锈钢制作的管道连接；熔炼电除尘器4与溢流螺旋输送机401通过刚性膨胀节连接，溢流螺旋输送机401与埋刮板机三402通过碳钢制作的下灰管连接；二级急冷塔5与埋刮板机四501通过刚性膨胀节连接，水槽502与PLC控制泵站二503通过碳钢制作的管道连接，PLC控制泵站二503与雾化喷枪504通过不锈钢制作的管道连接；布袋收砷器6与溢流螺旋输送机601通过刚性膨胀节连接，溢流螺旋输送机 601与埋刮板机五602通过下灰管道连接，喷吹电磁阀603与喷吹气缸604通过螺栓固定连接，喷吹气缸604与喷吹管605通过不锈钢管道连接，喷吹气缸604、喷吹管605焊接固定在布袋收砷器6上，喷吹嘴606安装在喷吹管605。 [0030] 如图1‑4，一种有色冶炼急冷提取高纯三氧化二砷的方法，熔炼产生的高温含砷烟气，进入熔炼余热锅炉进行降温，经过余热锅炉降温烟气温度达380℃‑400℃后，高温烟气随后进入一级除害塔。在生产时，除害塔进口温度达260℃‑265℃以上时，开启一级除害塔喷淋装置，将已经配置好的A药剂或B药剂通过PLC人工控制的泵站系统打入除害塔喷枪，对除害塔内烟气进行除害降温，根据烟气温度情况，调节泵站流量大小，控制除害塔出口温度在260℃‑265℃。 [0031] 药剂配置方法如下：当烟气中三氧化硫含量在0‑0.3%时选用A药剂，A药剂按照氢氧化钙:硅酸钠按照5:1配置，A药剂控制混合浓度在5%‑10%；当烟气中三氧化硫含量在0.3%‑1%时选用B药剂，B药剂按照氢氧化钠:硅酸钠按照10:1配置，B药剂控制混合浓度在 10%‑20%。其中AB药剂的配置过程中，氢氧化钙的添加量采用双螺旋称重，硅酸钠及氢氧化钠的添加采用离心泵添加，泵出口增加电磁流量计精准计量。除害塔所产出的硫酸钙和硫酸钠等物料，经过重力作用落入除害塔灰斗，经过除害塔底部溢流螺旋输送至埋刮板输送机，经过埋刮板机输送至包装区域进行包装。经由一级除害塔降温后的烟气进入电除尘器进行收尘，在电除尘器内将金、银、铜、铅等金属烟尘收集，电除尘器内产生白烟尘经过溢流螺旋输送机、埋刮板输送机、仓式泵送至白烟尘包装岗位进行包装。经过除尘后的烟气温度在电除尘器出口达230℃‑235℃，烟气进入二级急冷塔，在二级急冷塔进口温度达230℃‑ 235℃时，开启PLC人工控制泵站系统，喷淋液态水，通过调整喷淋流量，将二级急冷塔出口温度降低至140℃‑145℃，使烟气中的三氧化二砷由气态转化为固态析出，部分固态三氧化二砷在重力作用下落入二级急冷塔底部灰斗，经过溢流螺旋输送至埋刮板输送机，再经过埋刮板机输送至包装区域进行包装。 [0032] 降温后140℃‑145℃的烟气进入布袋收砷器，烟气中的含有的固态三氧化二砷经过滤袋过滤，粘附在布袋收砷器的滤袋上，再通过布袋喷吹装置，将经过电加热器加热后的氮气或压缩空气，通过气管输送至喷吹气缸内，将喷吹气缸内氮气或压缩空气的压力提高至0.3‑0.5MPa。喷吹电磁阀经过电脑PLC控制，喷吹时，电信号到达喷吹电磁阀，喷吹电磁阀打开，喷吹气缸内0.3‑0.5MPa压力的氮气或压缩空气快速进入喷吹管，经过喷吹管由喷吹嘴喷吹。此过程可根据进口粉尘浓度高低，调解控制为5‑60秒，调解喷吹脉冲宽度100‑500ms。经喷吹后，粘附在布袋收砷器滤袋上的高纯度三氧化二砷脱落，经重力作用掉落至布袋收砷器灰斗，再经过溢流螺旋输送机、刮板机等输送装置，将高纯度的三氧化二砷送至包装间进行自动打包。净化后的烟气经高温风机输送至制酸系统。 [0033] 在余热锅炉出口与电除尘器之间设置一级除害塔，在电除尘器后设置二级急冷塔，通过分别喷淋不同的吸收剂和控制不同温差，来提取高纯度的三氧化二砷。熔炼炉所产生的高温含砷烟气（烟气成分如表1）经熔炼余热锅炉降温后，锅炉出口温度在380℃‑400℃，进入一级除害塔，除害塔内配置双流体雾化喷枪，用于喷淋高浓度混合吸收剂，如氢氧化钠与氢氧化钙、氢氧化钾、硅酸钠等按比例混合配置药剂，对烟气进行雾化喷淋降温，同时高效吸收烟气中的三氧化硫、氟化氢、氯化氢等杂质气体，将烟气温度由380℃‑400℃降低至260℃‑265℃。经过雾化喷淋，高浓度的混合碱性吸收剂与烟气中的三氧化硫、氟化氢、氯化氢等杂质气体反应形成的硫酸钠、硫酸钙、氟化钙和氯化钠等混合物料，在重力作用下，落入灰仓，通过灰仓底部的溢流螺旋输送机及刮板机，将物料送至包装间包装返回配料系统。此处需注意用于喷淋的高浓度混合碱性吸收剂的浓度根据二级急冷塔产出的物料所测PH值而定，需保证二级急冷塔产出的产物按1：10加水搅拌后所测PH值大于7，或按1：5加水搅拌后所测PH值大于6，以此确保一级除害塔三氧化硫脱除率达到90%以上，防止因三氧化硫与水蒸气结合形成稀酸堵塞收砷器滤袋，达到保障二级急冷塔后布袋收砷器的稳定运行。 [0034] 表1 [0035] [0036] （2）降温后的烟气进入电除尘器，经过电除尘器收集99%有价金属粉尘，过滤后的含砷烟气进入二级急冷塔，在二级急冷塔内配置雾化喷枪，用于喷淋液态水，对烟气进行雾化降温，将烟气温度由230℃‑235℃降低至140℃‑145℃，使烟气中的三氧化二砷由气态转化为固态析出，含固态三氧化二砷的烟气进入布袋除尘器进行过滤，高纯度的三氧化二砷粘附在滤袋上。再通过脉冲喷吹装置将高纯度的三氧化二砷吹落进入灰斗，喷吹装置气源使用经40Kw电加热器加热后的氮气或压缩空气，控制喷吹压力0.3‑0.5MPa，喷吹时间间隔根据进口粉尘浓度高低，调解控制5‑60秒，，经过电加热器加热后的氮气或压缩空气，通过气管输送至喷吹气缸内，将喷吹气缸内氮气或压缩空气的压力提高至0.3‑0.5MPa。喷吹电磁阀经过电脑PLC控制，喷吹时，电信号到达喷吹电磁阀，喷吹电磁阀打开，喷吹气缸内0.3‑0.5MPa压力的氮气或压缩空气快速进入喷吹管，经过喷吹管由喷吹嘴喷吹。此过程可根据进口粉尘浓度高低，调解控制为5‑60秒，调解喷吹脉冲宽度100‑500ms。经喷吹后，粘附在布袋收砷器滤袋上的高纯度三氧化二砷脱落，经重力作用掉落至布袋收砷器灰斗，再经过溢流螺旋输送机、刮板机等输送装置，将高纯度的三氧化二砷送至包装间进行自动打包。 [0037] 以某铜冶炼生产企业为例，其熔炼炉所产生的烟气温度在900‑1100℃，成分主要有二氧化硫，三氧化硫，氟化氢，氯化氢，氮气，水蒸气，三氧化二砷气体及其他杂质气体，三氧化二砷在此温度烟气中主要以气态三氧化二砷的形式存在。由于其处理的原料较为复杂，含铅、锌、砷等熔点较低的物质，易在余热锅炉的上升烟道及锅炉内管束区形成结焦，随着运行时间的增长，结焦加剧，导致余热锅炉的换热效果变差，锅炉出口温度由设计的350℃逐渐升高至380℃以上，长时间维持在400℃左右，远超电除尘器设计温度的330℃‑350℃，导致电除尘器内阳极板弯曲变形，造成电场内极间距由380mm‑400mm局部变为250‑300mm，二次电压由70‑75Kv降低至30‑35Kv，电除尘器收尘效率由99%下降至95%，频繁出现二次短路送不上电的情况。电除尘器收尘效率降低至95%后，烟气中含金银铜等有价元素的烟尘大量后移，在其收砷器内产出，造成产出三氧化二砷品位下降，其中有价贵金属流失每天约2吨，且对滤袋的使用寿命造成影响。 [0038] 以某铜冶炼生产企业为例，在电除尘器前设置的一级除害塔，通过调整控制喷淋流量50‑100L/min，将锅炉出口温度由380℃‑400℃降低至260℃‑265℃，当烟气中三氧化硫含量小于0.3%时，使用A药剂，A药剂按照氢氧化钙:硅酸钠按照5:1配置，A药剂控制混合浓度在5%‑10%；当烟气中三氧化硫含量在0.3%‑1%时选用B药剂，B药剂按照氢氧化钠:硅酸钠按照10:1配置，B药剂控制混合浓度在10%‑20%。其中AB药剂的配置过程中，氢氧化钙的添加量采用双螺旋称重，硅酸钠及氢氧化钠的添加采用离心泵添加，泵出口增加电磁流量计精准计量，在一级除害塔产出主要以含硫酸钙和硫酸钠产物的烟尘，返回原料系统处理。 [0039] 经过一级除害塔降温后的烟气进入电除尘器，在电除尘器内将金、银、铜、铅等金属烟尘收集。在校正电场阳极板间距控制在380‑400mm，控制进口烟气温度260℃‑265℃，同时去除烟气杂质后，电场送电情况及收尘效率明显改善，二次电压由之前的30KV‑35KV，升高至70‑75KV，收尘效率由95%升高至99%，在熔炼炉进料量及工艺未调整的情况下，白烟尘产量增加4%约2.0吨/天。后续在二级急冷塔内产出的三氧化二砷物料金含量下降95.35%、银含量下降85.76%、铜含量下降74.76%，进一步保障了产出三氧化二砷的纯度。 [0040] 表2.三氧化二砷产品金、银、铜含量表 [0041] [0042] 经电除尘器后，烟气进入二级急冷塔，在二级急冷塔通过PLC人工控制泵站系统，喷淋液态水，通过调整喷淋流量，将温度由230℃‑235℃降低至140℃‑145℃，使烟气中的三氧化二砷由气态转化为固态析出，其二级急冷塔所产出的三氧化二砷样品经氢氧化钠溶液溶解，加乙酸铅消除硫的干扰，调整pH≈8，以碳酸氢钠为缓冲剂，淀粉溶液为指示剂，用碘标准溶液滴定测定三氧化二砷，测定纯度达到95%。 [0043] 降温后的含大量固态三氧化二砷的烟气进入布袋收砷器进行过滤收集，其布袋收砷器所收集的三氧化二砷样品经氢氧化钠溶液溶解，加乙酸铅消除硫的干扰，调整pH≈8，以碳酸氢钠为缓冲剂，淀粉溶液为指示剂，用碘标准溶液滴定测定三氧化二砷，测定纯度由改进前的75%，提高至98%以上。 [0044] 经过上述实例，经过一级除害塔降温及吸收三氧化硫，氟化氢，氯化氢有害杂质气体，二级急冷塔将烟气温度大幅降低析出固态三氧化二砷，再通过布袋收砷器收集，得到纯度在98%以上的固态三氧化二砷。 |
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