砷化氫氣體處理新工藝的研究及工業(yè)設(shè)計(jì)方案

謝文清

(韶關(guān)冶煉廠， 廣東 韶關(guān) 512024)

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綜合利用與環(huán)保

砷化氫氣體處理新工藝的研究及工業(yè)設(shè)計(jì)方案

謝文清

(韶關(guān)冶煉廠， 廣東 韶關(guān) 512024)

研究開發(fā)高錳酸鉀溶液吸收處理含砷化氫氣體新工藝，在優(yōu)化工藝條件下，提出工業(yè)設(shè)計(jì)方案。該工藝處理效率高，尾氣達(dá)標(biāo)排放，對有色冶煉環(huán)境保護(hù)具有重要意義。

砷化氫氣體； 活性高錳酸鉀； 吸收； 尾氣達(dá)標(biāo)； 工業(yè)設(shè)計(jì)方案

0 引言

砷是一種對人體及其他生物體有毒害作用的致癌物質(zhì),自然界中的砷多與有色金屬礦伴生,并隨精礦進(jìn)入有色冶煉廠。含砷物料在有色冶煉廠處理過程中,特別是濕法冶煉工藝浸出、凈化、電解過程中會產(chǎn)生毒性遠(yuǎn)大于砒霜的砷化氫氣體。砷的各種化合物中,砷化氫毒性最大,它是一種劇烈的溶血性毒物,中毒可導(dǎo)致過氧化氫的積累和細(xì)胞膜的破壞。因此，對于含砷物料的存放管理必須慎之又慎，嚴(yán)格杜絕其與水及潮濕空氣接觸。

目前，在國內(nèi)對砷化氫的治理尚未有合適的方法，砷化氫導(dǎo)致的環(huán)境問題一直困擾著冶金工作者，個別工廠僅通過廠房通風(fēng)以及簡單的吸收凈化處理，但由于處理設(shè)備簡陋、吸收效率低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到排放要求，對周邊環(huán)境造成嚴(yán)重污染。因此，研究開發(fā)砷化氫氣體治理新工藝，是當(dāng)前冶煉企業(yè)解決砷化氫污染問題的一項(xiàng)重要課題。

1 試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

(1)通過試驗(yàn)，探索不同氧化劑及組合配方對砷化氫去除效率的影響；

(2)研究吸收液濃度、吸收液用量、吸收液初始酸度對砷化氫去除效率的影響；

(3)優(yōu)化試驗(yàn)條件，為工業(yè)設(shè)計(jì)提供重要參數(shù)，使尾氣砷化氫濃度降至0.3 mg/m3以下達(dá)標(biāo)排放。

2 試驗(yàn)過程

2.1 試驗(yàn)原理

砷化氫是一種無色、有類似大蒜臭味的劇毒氣體，對人體危害極大。砷化氫溶于水，但在水中的溶解度不高，因此用一般的堿液吸收劑很難達(dá)到較好的吸收效果，而砷化氫本身具有還原性，因而可以使用強(qiáng)氧化性的吸收液對其進(jìn)行化學(xué)處理，被氧化后的砷化氫轉(zhuǎn)變?yōu)樯樗猁}或亞砷酸鹽溶解在水中，從而達(dá)到去除的目的。

2.2 吸收劑的篩選

砷化氫為酸性氣體，其中砷的價態(tài)為最低-3價，砷化氫具有較強(qiáng)的還原性，因此考慮利用較強(qiáng)氧化劑及堿性溶液對其吸收。通過試驗(yàn)篩選出對砷化氫氣體有較強(qiáng)吸收能力的吸收劑。在相同條件下，考察高錳酸鉀體系、重鉻酸鉀體系、次氯酸鈉體系、雙氧水體系對砷化氫氣體的吸收效率，選出最優(yōu)的吸收體系重點(diǎn)研究。

2.2.1 高錳酸鉀體系吸收砷化氫氣體

以不同體系、不同濃度的高錳酸鉀作為吸收液，在一定砷化氫濃度條件下吸收30 min，測定吸收后尾氣砷化氫的濃度，計(jì)算吸收效率。試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1高錳酸鉀體系吸收砷化氫的試驗(yàn)結(jié)果

體系KMnO4濃度/(mol·L-1)吸收前氣體砷化氫濃度/(mg·m-3)吸收后尾氣砷化氫濃度/(mg·m-3)吸收效率/%酸性體系(2mol/LH2SO4定容)0.112.050.00100.000.0112.051.1289.50中性體系0.00112.058.5034.460.112.050.1998.14堿性體系(2mol/LNaOH定容)0.0112.051.6986.940.0112.054.4145.13

從表1可以看出，高錳酸鉀濃度為0.01 mol/L時，其對砷化氫的吸收酸性體系下優(yōu)于中性及堿性體系；此外，在其他條件相同的情況下，高錳酸鉀濃度越高，吸收效果越好，0.1 mol/L酸性高錳酸鉀溶液能夠完全去除氣體中的砷化氫。

2.2.2 次氯酸體系吸收砷化氫氣體

理論上，氯氣制備得到的次氯酸鈉溶液具有強(qiáng)氧化性，其可與強(qiáng)還原性的砷化氫氣體發(fā)生反應(yīng)，達(dá)到吸收去除砷化氫的效果。本試驗(yàn)考察不同濃度的次氯酸鈉溶液吸收砷化氫氣體的效果，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2NaClO溶液吸收砷化氫的試驗(yàn)結(jié)果

NaClO溶液濃度/(mol·L-1)吸收前氣體砷化氫濃度/(mg·m-3)吸收后尾氣砷化氫濃度/(mg·m-3)吸收效率/%0.0115.5013.2916.670.115.5012.5921.06115.5012.2423.21

從表2看出，次氯酸鈉濃度升高，其吸收砷化氫的能力提升，但提升效果不明顯，并且次氯酸鈉溶液對砷化氫的吸收能力弱，達(dá)不到深度凈化的要求。

2.2.3 重鉻酸鉀體系吸收砷化氫氣體

第四，海納天下英才，創(chuàng)造條件使各類人才能沉得下心、凝得住神、屏得住氣地進(jìn)行科學(xué)研究和技術(shù)創(chuàng)新，保證合理的利益分配，給予人才價值實(shí)現(xiàn)的充分自由。

重鉻酸鉀是一種強(qiáng)氧化劑，在堿性條件下會與堿直接反應(yīng)，因此只考察酸性及中性條件下重鉻酸鉀吸收砷化氫的效果，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

從表3可以看出，重鉻酸鉀溶液吸收砷化氫氣體的能力很弱，0.01 mol/L重鉻酸鉀溶液吸收的砷化氫不到30%。因此，重鉻酸鉀溶液不適宜用作砷化氫氣體的吸收劑。

表3重鉻酸鉀體系吸收砷化氫的試驗(yàn)結(jié)果

體系吸收前氣體砷化氫濃度/(mg·m-3)吸收后尾氣砷化氫濃度/(mg·m-3)吸收效率/%0.01mol/LK2Cr2O7(2mol/LH2SO4定容)15.5012.6020.900.01mol/LK2Cr2O7(中性)15.5012.1124.010.01mo/LK2Cr2O7(2mol/LHNO3定容)15.5012.5621.24

2.2.4 雙氧水體系吸收砷化氫氣體

雙氧水在某些特定情況下能夠產(chǎn)生羥基自由基，羥基自由基具有極強(qiáng)的得電子能力也就是氧化能力。若體系中能持續(xù)產(chǎn)生羥基自由基，并能迅速氧化砷化氫，則其吸收效率將不亞于高錳酸鉀體系。本組試驗(yàn)研究了添加不同催化劑的雙氧水溶液對砷化氫氣體的吸收效果，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4雙氧水體系吸收砷化氫的試驗(yàn)結(jié)果

體系吸收前氣體砷化氫濃度/(mg·m-3)吸收后尾氣砷化氫濃度/(mg·m-3)吸收效率/%30%H2O214.1112.5313.6030%H2O2+磷鎢酸14.1111.5020.693%H2O2+5%AgNO3+3%HNO314.110.00100.0030%H2O2+FeCl2·4H2O14.1110.8625.10

從表4可以看出，單純的雙氧水對砷化氫的吸收并不理想。添加催化劑后雙氧水體系的吸收能力有一定提高，特別是添加硝酸銀的體系，吸收效率達(dá)到了100%。

2.2.5 吸收劑篩選

對比以上幾組體系，高錳酸鉀體系和硝酸銀- 雙氧水體系對砷化氫的吸收效果較為理想。但是，每處理1g砷化氫氣體，高錳酸鉀體系的成本為0.28元，而硝酸銀- 雙氧水體系的成本為2.77元，是高錳酸鉀體系的10倍，實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中難以承受。

2.3 高錳酸鉀體系單因素試驗(yàn)

圖1 砷化氫氣體處理工藝工業(yè)設(shè)計(jì)方案配置圖

初始的砷化氫氣體濃度為700 mg/m3，本組試驗(yàn)考察酸堿度、濃度以及溶液體積對高錳酸鉀溶液吸收砷化氫氣體效果的影響，試驗(yàn)結(jié)果如表5～表7所示。

表5酸堿度對高錳酸鉀溶液吸收砷化氫的影響

體系尾氣濃度/(mg·m-3)吸收效率/%0.1mol/LKMnO4(2mol/LH2SO4定容)7.2798.970.1mol/LKMnO4(0.2mol/LH2SO4定容)1.8999.730.1mol/LKMnO4(0.02mol/LH2SO4定容)2.1299.700.1mol/LKMnO4(0.002mol/LH2SO4定容)0.3499.950.1mol/LKMnO4(2×10-5mol/LH2SO4定容)0.4498.940.1mol/LKMnO4(中性)0.5199.930.1mol/LKMnO4(2×10-5mol/LNaOH定容)0.1399.980.1mol/LKMnO4(0.002mo/LNaOH定容)0.0799.990.1mol/LKMnO4(0.02mol/LNaOH定容)0.3099.960.1mol/LKMnO4(0.2mol/LNaOH定容)0.4499.940.1mol/LKMnO4(2mol/LNaOH定容)299.657.20

根據(jù)以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并從工業(yè)實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，選擇高錳酸鉀濃度0.2 mol/L、中性體系，可獲得理想、

表6濃度對高錳酸鉀溶液吸收砷化氫的影響

高錳酸鉀濃度/(mol·L-1)尾氣濃度/(mg·m-3)吸收效率/%0.0148.2593.110.051.6299.760.10.5199.930.20.0799.99

表7體積對高錳酸鉀溶液吸收砷化氫的影響

吸收液體積/mL尾氣濃度/(mg·m-3)吸收效率/%2546.2293.40501.6299.76750.0399.99

經(jīng)濟(jì)的吸收效果。另外，高錳酸鉀吸收液的體積影響也很大，吸收液越多，氣液接觸時間更長，反應(yīng)更充分，更有利于砷化氫氣體的吸收。

3 高錳酸鉀吸收處理砷化氫氣體的工業(yè)設(shè)計(jì)方案

基于以上試驗(yàn)研究，在優(yōu)化工藝條件下，采用高錳酸鉀吸收處理砷化氫氣體新工藝，解決砷化氫廢氣在有色冶煉行業(yè)造成的安全環(huán)保問題。該過程的反應(yīng)如下：

MnO2↓+4H2O+ K2SO4

(1)

以煙氣量17 000 m3/h、500 mg/m3砷化氫氣體為例，設(shè)計(jì)出高錳酸鉀四效雙塔吸收處理工藝方案配置圖，見圖1。

為避免產(chǎn)生的砷酸鉀、硫酸鉀和二氧化錳造成二次污染，可增設(shè)廢液過濾工序，濾液循環(huán)配液，并定期開路深度處理；濾渣(即MnO2)可用于精礦氧化配料或直接外賣。

4 結(jié)語

當(dāng)前，在國內(nèi)有色冶煉行業(yè)砷化氫處理技術(shù)尚屬空白階段，高錳酸鉀高效吸收砷化氫新工藝的開發(fā)，對有色冶煉行業(yè)砷化氫廢氣的治理和環(huán)境保護(hù)具有重大意義。本文在新工藝研究開發(fā)的基礎(chǔ)上，優(yōu)化工藝條件，提出了工業(yè)設(shè)計(jì)方案，為砷化氫廢氣處理工藝工業(yè)應(yīng)用提供參考。

[1] 砷化氫氣體處理新工藝試驗(yàn)研究報告[Z]. 2013.

[2] 仇勇海等.砷化氫的毒性及在銅凈液中的防治[J].有色冶煉，2001，(2)：36-38.

[3] 田文增等.有色冶金工業(yè)含砷物料的處理及利用現(xiàn)狀[J].湖南有色冶金，2004，20(6)：11-15.

Study on new arsenic hydride gas treatment process and industrial design

XIE Wen-qing

The paper studies the new process of adoption of activated potassium permanganate solution for absorption and treatment arsenic hydride gas. Based on the optimized process conditions, industrial design is put forward. This process is high efficiency, the exhaust emission can meet the standards, and it is of great significance for environmental protection in non-ferrous smelting.

arsenic hydride gas; activated potassium permanganate; absorption; tail gas reaching standard; industrial design

謝文清(1984—)，男，海南澄邁人，有色冶金中級工程師，從事有色冶金研究設(shè)計(jì)工作。

2015-07-29

2016-04-08

TF805.3

B

1672-6103(2016)03-0060-04