黄金和铜的需求日益增大,加速了全球金铜精矿资源的开发和利用,而优质金铜精矿越来越少,复杂金铜精矿资源倍受关注,其中高砷金铜精矿已成为许多国家黄金和铜生产的重要资源。高砷金铜精矿火法冶金处理技术主要有富氧底吹熔炼和富氧侧吹熔炼等,砷在冶炼过程不仅影响冶炼产品的质量,还会造成一系列的工艺问题（如:收尘、制酸、电解）和环保问题（如:烟尘处理、废渣堆放）。因此,高砷金铜精矿清洁冶炼控砷所采用工艺及装备的研究具有重要的意义。本研究基于富氧侧吹熔炼过程,在砷的来源、赋存状态、流向分布等工艺矿物学特性研究的基础上,提出源头控砷与调控—干法收砷与控砷—湿法收砷与控砷—终端产品安全控砷的新工艺,并对相应的装备进行了研究与优化,取得如下创新研究成果:解析了高砷金铜精矿富氧侧吹熔炼过程砷的赋存及流向行为,揭示两种高砷金铜精矿As含量分别为0.89%和1.72%,As主要以毒砂（Fe As S）、雄黄（As4S4）、雌黄（As2S3）、硫砷铜矿（Cu3As S4）、砷酸盐、臭葱石（Fe As O4·2H2O）、砷黝铜矿(Cu12As4S13)、砷铅矿（Pb5（As O4）3Cl）等物相存在。铜锍中As含量为0.17%,As主要以含砷铅锑合金形式存在。炉渣中As含量为0.34%,As以砷酸盐形式存在于玻璃相或以合金及硫化物形式存在于含砷铜锍相。锅炉灰中As含量为1.35%,电除尘灰中As含量为3.87%,环保尘中As含量为22.96%,烟尘中砷主要以砷酸盐和砷氧化物形式存在。富氧侧吹熔炼过程中砷主要来源为混合高砷金铜精矿,占比约96%,其余砷主要来自于返料渣精矿和冷料。熔炼过程中,砷主要富集于烟尘,约81%;铜锍中砷分配率约3%,其余约16%的砷分布于炉渣中。富氧浓度由82%降低至80%,铜锍品位控制在45%～50%,烟气中的残氧量控制在4%以下,经过统计本系统一个月的生产数据,发现烟尘中砷的分配率由81%提升到85.07%。创新建立了侧吹水模实验平台并开展实验研究,对侧吹炉进行装备优化。在侧吹气流喷吹搅动作用下,侧吹炉内熔池晃动液面比静止液面高度增加15%～45%。侧吹炉内熔池搅动状态主要分为紊态搅动和宏观不稳定搅动,其中宏观不稳定状态根据晃动类型主要可分为“左右晃动型”、“中心撕裂型”、“前后晃动型”三种,其中“前后晃动型”仅存在于喷吹初期。宏观不稳定现象的发生和宏观不稳定类型与液面高度、喷枪排布方式和数量有关。根据水力模型研究宏观不稳定现象,结合实际生产情况,对侧吹炉熔池防护措施、侧吹炉顶、扒渣口、风动送样装置等装备进行优化。为实际侧吹炉工业操作,有效防止漏炉、漏烟,消除安全隐患,提高开车率,降低生产成本提供了重要支撑依据。研究了侧吹炉氧气利用对冶炼烟气收砷的影响,并对侧吹熔池熔炼炉进风口装置进行优化。侧吹炉烟气中SO3主要来源于SO2的转化,转化率受温度影响最大,400～600℃是烟气SO2转化为SO3的适宜温度,氧化铁等氧化物催化影响次之。影响干法收砷关键是烟气中残氧量和骤冷塔吸收剂的控制,通过二次风和烟气压力的优化研究获得最优工艺参数,二次风量500～1500 Nm~3/h,烟气压力-50～50 Pa;通过理论计算及生产实践,选择骤冷塔吸收剂最佳用量为6.75 t/h。对进风口装置进行优化改造,使富氧侧吹熔炼熔池内富氧空气中氧气利用率显著提高,残氧量稳定控制在3%以下,冶炼烟气中砷得到高效回收。研究了侧吹熔炼电除尘灰（含As 4.65%）酸浸—氧化浸出工艺。获得浸出优化工艺参数:H2O2/As 2.8,反应时间2.4 h,反应温度67℃,酸度17%,实现脱砷率86.81%,渣含砷0.79%。浸出液硫化沉砷适宜条件:Na HS/As 1.3:1,反应时间30 min,搅拌速度110 r/min,实现沉砷率99.99%,后液含砷0.89 mg/L。除铁沉锌适宜条件:p H 4.0,反应时间2.0 h,反应温度60℃,实现除铁率99.64%,锌损失率2.58%;选择碳酸钠作为沉锌剂,p H 7.5,反应时间2.0 h,反应温度60℃,实现沉锌率99.72%。电除尘灰脱砷渣主要成分为Pb SO4、Pb S和Zn S,硫化砷渣主要成分为As2S3,呈无定形态;碱式碳酸锌含锌55.92%,纯度较高。研究开发了三氧化二砷纯化工艺装备,主要由加热炉、保温炉、水冷收集装置和真空系统组成。以侧吹熔炼烟气干法收集的粗三氧化二砷（As2O3含量89.74%）为原料,采用氧化焙烧工艺。粗三氧化二砷15g,焙烧温度338℃,焙烧时间80 min,石灰用量1.35 g;真空度为-0.08 MPa,实现砷回收率95.84%,三氧化二砷品位99.59%,符合国标GB 26721-2011中As2O3-1的要求。图131幅,表103个,参考文献156篇