砷煙灰浸出液的制備及用于砷鹽凈化除鈷試驗(yàn)研究

林文軍

(株洲冶煉集團(tuán)股份有限公司,湖南株洲 412004)

砷煙灰浸出液的制備及用于砷鹽凈化除鈷試驗(yàn)研究

林文軍

(株洲冶煉集團(tuán)股份有限公司,湖南株洲 412004)

以某廠砷煙灰為原料,開(kāi)展了砷煙灰浸出液的制備試驗(yàn),然后以制備得到的砷煙灰浸出液作砷鹽凈化除鈷的活化劑,開(kāi)展了凈化除鈷條件、凈化除鈷綜合條件及三氧化二砷作活化劑凈化除鈷對(duì)比和除鈷優(yōu)化條件等一系列試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明:采用砷煙灰制備砷煙灰浸出液及浸出液用于砷鹽凈化除鈷工藝是切實(shí)可行的,不僅砷煙灰中的砷得到利用,同時(shí),砷煙灰中鉛、銀、銻等有價(jià)金屬與砷得以有效分離。

砷煙灰;浸出液;制備;凈化除鈷;活化劑

某廠砷鹽凈化除鈷工序每年需250 t的三氧化二砷(As2O3)作凈化除鈷的活化劑。目前,該廠凈化所需的As2O3全部從外面購(gòu)買,As2O3屬于劇毒產(chǎn)品,購(gòu)買和管理相對(duì)比較困難。同時(shí),該廠金銀回收工序每年可產(chǎn)出含砷25%～30%的砷煙灰1 000 t左右。一直以來(lái)該砷煙灰要么低價(jià)外賣,要么堆放在砷煙灰倉(cāng)庫(kù),而砷煙灰中還含品位較高的Pb、Sb、Ag等有價(jià)金屬,目前均未能得到有效回收。本研究目的是利用砷煙灰中的砷,來(lái)替代As2O3作砷鹽凈化除鈷的活化劑,也為后續(xù)有價(jià)金屬Pb、Sb、Ag等有價(jià)金屬的綜合回收創(chuàng)造條件。這樣,不僅可以解決砷鹽凈化所需的活化劑,使系統(tǒng)中的砷開(kāi)路并得到循環(huán)利用,還可以降低或消除“砷害”,更能創(chuàng)造巨大的效益,也為砷煙灰的綜合回收開(kāi)辟了一個(gè)新途徑。具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益和社會(huì)效益。

1 原料成分分析

1.1 砷煙灰化學(xué)成分分析

從某廠金銀工段取得砷煙灰,該煙灰為灰白色細(xì)干粉,化學(xué)成分分析見(jiàn)表1。

表1 砷煙灰化學(xué)成分

1.2 除銅后液化學(xué)成分分析

從現(xiàn)場(chǎng)取除銅后液共三批,將其均勻混合,需考察的三種元素成分分析見(jiàn)表2。

表2 除銅后液三種元素成分

2 試驗(yàn)原理及工藝流程

2.1 試驗(yàn)原理

2.1.1 浸出原理

浸出是從固體物料中溶解一種或幾種組分進(jìn)入溶液的過(guò)程。砷煙灰的浸出是將原料中的砷及砷化合物盡可能地溶解轉(zhuǎn)入溶液中,而使Pb、Ag、Sb等有價(jià)金屬繼續(xù)保留在渣中。其反應(yīng)方程式如下:

2.1.2 砷鹽凈化原理

除鈷鎳原理:硫酸銅和Zn粉反應(yīng),在鋅粉表面沉積銅,形成Cu-Zn微電池,由于該微電池的電位差比Co-Zn微電池的電位差大,因而使鈷易于在Cu-Zn微電池陰極上放電還原,形成Zn-Cu-Co合金。而這時(shí)的鈷仍不穩(wěn)定,易復(fù)溶。加入砷鹽后, As3+也在Cu-Zn-Co微電池上還原,形成穩(wěn)定的As-Cu-Co(-Zn)合金,從而使Co2+降到電解新液合格的程度;在有大量銅沉淀的同時(shí),鈷和鎳能形成獨(dú)立的MeAs相,形成的沉淀物是砷化鈷和砷化鎳。反應(yīng)方程式如下:

2.2 工藝流程

砷煙灰浸出液的制備及用于砷鹽凈化除鈷工藝流程見(jiàn)圖1。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 砷煙灰浸出液的制備試驗(yàn)

3.1.1 常規(guī)浸出

每次取砷煙灰100 g,在液固比為(5～6)∶1,溫度80～85℃,控制浸出時(shí)間及不斷攪拌的條件下,進(jìn)行堿性浸出,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

圖1 砷煙灰浸出液的制備及用于砷鹽凈化除鈷工藝流程

從表3可以看出,銀轉(zhuǎn)爐砷煙灰As的浸出率較高,液計(jì)浸出率可達(dá)90%以上,同時(shí)也有少部分的Sb被浸出,而渣中Sb、Ag分別得到不同程度的富集,較好地實(shí)現(xiàn)了砷浸出液的制備,也達(dá)到富集有價(jià)金屬的目的,但Sb的浸出率太高,不利于后續(xù)砷鹽凈化工藝和有價(jià)元素的綜合回收。

3.1.2 反堿浸出

每次取砷煙灰100 g,在液固比為(5～6)∶1,溫度75～80℃,控制浸出時(shí)間及不斷攪拌的條件下,將堿緩慢加入進(jìn)行浸出,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表3 砷煙灰常規(guī)浸出試驗(yàn)結(jié)果

表4 銀轉(zhuǎn)爐砷煙灰反堿浸出試驗(yàn)結(jié)果

從表4可以看出,通過(guò)改進(jìn)浸出方式即常規(guī)浸出法改為反堿浸出,As的浸出率仍在90%以上,在液固比為(5～6)∶1時(shí),浸出液中的Sb可控制在2～3 g/L,Sb的浸出率可控制在6%以下,這樣不僅有利于As、Sb分離和Sb的富集,更利于后續(xù)砷鹽凈化工藝。

3.1.3 小 結(jié)

1.改變浸出方式,適當(dāng)調(diào)整浸出條件,可提高As的浸出率,降低Sb的浸出率,盡量將銀轉(zhuǎn)爐砷煙灰中As轉(zhuǎn)入溶液,達(dá)到最大效率的利用。

2.該工藝將砷煙灰中的As浸出后得到的浸出渣,可以進(jìn)反射爐用于綜合回收Ag、Sb、Pb等有價(jià)金屬。

3.2 砷煙灰浸出液用于砷鹽凈化試驗(yàn)

3.2.1 凈化條件試驗(yàn)

模擬現(xiàn)場(chǎng)砷鹽凈化工藝條件,在實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展了凈化條件試驗(yàn),每次試驗(yàn)所取除銅后液體積為1 L,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。凈化120 min過(guò)濾,對(duì)編號(hào)為5-2～5-5試驗(yàn)取樣做了全分析,對(duì)應(yīng)編號(hào)為6-2～6 -5,結(jié)果見(jiàn)表6。

表5 除銅后液砷鹽凈化除鈷條件試驗(yàn)結(jié)果

從表5可以看出,盡管株冶硫酸鋅溶液中鈷含量偏高,但只要適當(dāng)調(diào)整凈化條件,采用砷煙灰浸出液做活化劑照樣可以將鈷除掉,使除鈷后液中Co、Ni含量達(dá)到電積前新液的標(biāo)準(zhǔn)。

表6 凈化試驗(yàn)全分析結(jié)果

從表6全分析結(jié)果可以看出,砷煙灰浸出液做活化劑除鈷效果比較好,除鈷后液中Cu、Co、Ni、As和Sb均達(dá)到新液的標(biāo)準(zhǔn)。

3.2.2 凈化除鈷綜合條件試驗(yàn)及與As2O3除鈷對(duì)比試驗(yàn)

開(kāi)展砷鹽凈化除鈷綜合條件試驗(yàn),同時(shí)進(jìn)行砷煙灰浸出液作活化劑與As2O3作活化劑除鈷對(duì)比試驗(yàn)。每次試驗(yàn)所取除銅后液體積為1 L,在溫度75℃,時(shí)間60～90 min,鋅粉用量為3～4 g/L的條件下開(kāi)展凈化除鈷試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。除鈷后液含As、Sb量及凈化渣Co、As含量結(jié)果見(jiàn)表8。

從表7可以看出,砷煙灰浸出液用量少就能達(dá)到除鈷要求時(shí),等量的As2O3很難達(dá)到除鈷的要求;而As2O3的量達(dá)到除鈷要求時(shí),等量的砷煙灰浸出液也能達(dá)到除鈷的要求;并且凈化加砷煙灰浸出液前溶液的pH值只需調(diào)到4.5～4.8,而用As2O3時(shí)溶液pH值須調(diào)于4.0以下。

從表8可以看出,采用砷煙灰浸出液做活化劑除鈷后液中的As、Sb均好于電積前新液的標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)對(duì)試驗(yàn)得到的凈化渣化驗(yàn),渣含Co 0.4%左右;若除鈷砷渣循環(huán)后,一方面可以降低鋅粉用量,另一方面可較大幅度地提高渣中的鈷含量。3.2.3 砷煙灰浸出液用于砷鹽凈化除鈷優(yōu)化試驗(yàn)

表7 凈化除鈷綜合條件及As2O3除鈷對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

表8 除鈷后液含As、Sb量及凈化渣含Co、As量

采用現(xiàn)場(chǎng)凈化用鋅粉和砷煙灰反堿浸出液模擬現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了5～6 h分別加鋅粉并取樣分析的凈化砷鹽,并最后考察了除鈷后液中有害元素As、Sb、Tl、Ge等含量。每次試驗(yàn)所取除銅后液體積為2 L,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表9。

從表9優(yōu)化條件試驗(yàn)結(jié)果可以看出,利用砷煙灰浸出液作活化劑能很好地將硫酸鋅溶液中Co、Ni等除去,得到的新液質(zhì)量非常高。

3.2.4 小 結(jié)

從砷煙灰浸出液作活化劑用于凈化除鈷的條件試驗(yàn)、綜合條件試驗(yàn)、與As2O3除鈷對(duì)比試驗(yàn)及優(yōu)化條件試驗(yàn)結(jié)果可以得出,砷煙灰浸出液作活化劑能很好地將硫酸鋅溶液中Co、Ni等雜質(zhì)除去,得到的新液質(zhì)量非常高。

4 結(jié) 論

1.試驗(yàn)結(jié)果表明,采用反堿浸出制備砷煙灰浸出液及砷煙灰浸出液作活化劑凈化除鈷工藝是完全可行的。

表9 現(xiàn)場(chǎng)用鋅粉+砷煙灰浸出液凈化除鈷試驗(yàn)結(jié)果

2.砷煙灰經(jīng)反堿浸出后,有價(jià)金屬Ag、Sb和Pb得到富集,有利于Ag、Sb和Pb等有價(jià)金屬的綜合回收。砷煙灰浸出液制取工藝簡(jiǎn)單且易于管理,浸出渣可進(jìn)一步供回收Ag、Sb、Pb等有價(jià)金屬使用?？山鉀QAs2O3需從外面采購(gòu)所帶來(lái)的運(yùn)輸、管理等問(wèn)題,同時(shí)可使系統(tǒng)中的砷得到開(kāi)路并循環(huán)利用。

3.由于砷煙灰浸出液含有少量的銻鹽,由于砷、銻的協(xié)同效應(yīng),因此,在除鈷效率相同的條件下其用量要比As2O3用量少。并且用砷煙灰浸出液做活化劑的凈化前液pH值只需調(diào)到4.5～4.8,而用As2O3時(shí)溶液pH值須調(diào)得更低,可節(jié)約補(bǔ)酸的用量。

4.采用砷煙灰浸出液作凈化除鈷的活化劑,凈化后液含鈷為0.3～0.5 mg/L,好于鋅電積對(duì)新液含鈷1 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)。

[1] 楊顯萬(wàn),邱定蕃.濕法冶金[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1981.

[2] 趙天從.重金屬冶金學(xué)(下冊(cè))[M].北京:冶金工業(yè)出版社, 1981.

[3] 《鉛鋅冶金學(xué)》編委會(huì).鉛鋅冶金學(xué)[M].北京:科學(xué)技術(shù)出版社,2003.

[4] 梅光貴,鐘竹前.濕法冶金新工藝[M].長(zhǎng)沙:中南工業(yè)大學(xué)出版社,1994.

[5] 張樂(lè)如.鉛鋅冶煉鋅技術(shù)[M].長(zhǎng)沙:湖南科學(xué)技術(shù)出版社, 2006.

[6] 梅光貴,王德潤(rùn),周敬元,等.濕法煉鋅學(xué)[M].長(zhǎng)沙:中南大學(xué)出版社,2001.

[7] 彭容秋.鋅冶金[M].長(zhǎng)沙:中南大學(xué)出版社,2005.

Abstract:It used the arsenic flue of one plant as materials to do the experiment of arsenic flue leaching,and then took the leaching solution as the activator in experiment of cobalt-removing by arsenic salts.It has made a series of experimental studies about the conditions of cobalt removal,the general conditions of cobalt removal and its comparison to using the arsenic trioxide as the substitute activator,as well as the optimum conditions to the cobalt removal and so on.The study show that it is practicable to use the arsenic flue to prepare the leaching solution which can be used in the process of cobalt removal by arsenic salts,and not only the arsenic is utilized,but also the valuable elements in the flue such as lead,silver and antimony can be set apart effectively from the arsenic in this experimental process.

Key words:arsenic flue;leaching solution;production;cobalt removal;activator

Research for Production of Arsenic flue Leaching Solution and Its Use for Experiment of Cobalt Removal by Arsenic Salts

LIN Wen-jun
(Zhuzhou S melter Group Co.Ltd.,Zhuzhou412004,China)

TF816

A

1003-5540(2012)04-0027-04

2012-03-16

林文軍(1978-),男,工程師,碩士,主要從事有色金屬選冶工藝、新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、資源綜合利用和科研管理工作。