雙氧水選擇性氧化高砷銻煙灰的工藝研究

王 雷

(山東恒邦冶煉股份有限公司，山東 煙臺(tái) 264109)

砷和銻對(duì)人體具有毒性和致癌性[1]。隨著環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的提高，含砷銻物質(zhì)必須作為危險(xiǎn)物質(zhì)處理。高砷銻電塵灰是在高溫冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的，通常含有大量的貴重金屬，如鉛、銻、鋅、銦等。高砷銻電塵灰具有潛在的污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，但同時(shí)也是一種二次資源，應(yīng)妥善處理和綜合利用，以獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益[2,3]。高砷銻電塵灰直接送回冶煉廠回收有價(jià)金屬，會(huì)降低設(shè)備的處理效率，提高冶煉過(guò)程所需的能源消耗[4,5]。因此，有必要對(duì)高砷銻電塵灰進(jìn)行單獨(dú)處理，回收有價(jià)金屬。

傳統(tǒng)的含砷銻礦物處理方法可分為兩種：火法處理和濕法處理?；鸱ㄌ幚磉^(guò)程一般采用缺氧焙燒或300～600 ℃還原焙燒，其中砷銻以氧化物的形式揮發(fā)，然后利用電收塵或布袋收塵器收集起來(lái)[6]。然而，收集的氧化砷和氧化銻粉塵需要進(jìn)一步處理，因?yàn)楹殇R的電塵灰容易揮發(fā)出氧化砷和氧化銻，是二次污染的來(lái)源[7]?；鸱ㄓ猩睙捫袠I(yè)產(chǎn)生的煙灰中含有大量的氧化砷和氧化銻等，不僅危害周圍的環(huán)境，還浪費(fèi)現(xiàn)有資源金屬砷和銻[8,9]。常見(jiàn)的砷銻分離方法有焙燒法、浸出-沉淀法和氯化法等[10]。焙燒法砷銻同時(shí)氧化和選擇性分離不完全；浸出-沉淀法雖然砷銻分離較為徹底，但設(shè)備要求高，需要耐腐蝕或耐高壓，操作過(guò)程繁瑣；氯化法試劑用量大，產(chǎn)生大量高氯廢水。因此，如何高效分離并提取出煙灰中的有價(jià)金屬，不僅有利于保護(hù)環(huán)境，并且能夠增加公司收入，這成為當(dāng)前冶煉行業(yè)研究的熱點(diǎn)。

本文介紹了一種選擇性氧化高砷銻煙灰的一種工藝。以山東恒邦冶煉股份有限公司精煉車間高砷銻煙灰為原料，深入研究反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、雙氧水用量及液固比對(duì)砷銻分離的影響，這對(duì)工業(yè)處理高砷銻煙灰具有重要的理論指導(dǎo)意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

梅特勒-托利多PL602E型電子天平、JJ-1電動(dòng)攪拌器、SHZ-D(Ⅲ)循環(huán)水真空泵、6300型電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)、101A-1B型電熱鼓風(fēng)干燥箱。

1.2 研究對(duì)象

高砷銻煙灰取自公司精煉車間，分析結(jié)果如表1所示。

表1 高砷銻煙灰樣品組分分析結(jié)果

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

稱取100 g高砷銻煙灰樣品，按照實(shí)驗(yàn)條件加入適量的雙氧水，在一定溫度下反應(yīng)0.5～3小時(shí)，抽濾，濾液通入二氧化硫氣體，過(guò)濾，分析濾液、濾渣。

1.4 檢測(cè)方法

濾渣與濾液中As、Sb的測(cè)定采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀法。ICP-AES(atomic emission spectrometer) 電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀主要用于無(wú)機(jī)元素的定性及定量分析，作為一種大型精密的無(wú)機(jī)分析儀器，廣泛地應(yīng)用于稀土分析、貴金屬分析、合金材料、電子產(chǎn)品、醫(yī)藥衛(wèi)生、冶金、地質(zhì)、石油、化工、商檢以及環(huán)保等部門(mén)。

2 結(jié)果與討論

2.1 雙氧水的用量對(duì)砷銻分離的影響

稱取100 g樣品加入500 mL自來(lái)水，分別按照H2O2/As摩爾比為0.4倍、0.5倍、0.6倍、0.7倍、0.8倍和0.9倍加入雙氧水，在60 ℃下反應(yīng)2 h，抽濾，濾渣烘干，濾渣采用ICP法分析砷和銻。分析結(jié)果如圖1所示。

圖1 雙氧水用量對(duì)砷銻分離的影響

從圖1中可以看出雙氧水對(duì)砷銻浸出率影響較大。在加入H2O2/As摩爾比為0.4倍～0.7倍雙氧水量時(shí)，隨著加入雙氧水量的增加，砷的浸出率隨之增大，而銻的浸出率幾乎無(wú)明顯變化，且浸出率始終小于5.00%。當(dāng)加入H2O2/As摩爾比為0.7倍～0.9倍雙氧水量時(shí)，隨著加入雙氧水量的增加銻的浸出率隨之增大，而砷的浸出率保持在90%～95%之間。因此，選擇H2O2/As摩爾比為0.7倍量的雙氧水為最佳。

2.2 溫度對(duì)砷銻分離的影響

稱取100 g樣品加入500 mL自來(lái)水，加入H2O2/As摩爾比為0.7倍的雙氧水量，分別在20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃和80 ℃下反應(yīng)2 h，抽濾，濾渣烘干，濾渣采用ICP法分析砷和銻。分析結(jié)果如圖2所示。

圖2 溫度對(duì)砷銻分離的影響

由圖2可以看出，溫度對(duì)砷銻分離影響較大。在反應(yīng)溫度為20～60 ℃范圍內(nèi)，隨溫度的升高，砷的浸出率也隨之增加，而銻的浸出率較低，說(shuō)明增加溫度有利于砷的浸出。繼續(xù)升高溫度，砷的浸出率較高且無(wú)明顯變化，銻的浸出率隨之增大，說(shuō)明較高的溫度有利于砷和銻的浸出。因此，選擇反應(yīng)溫度60 ℃有利于砷銻的分離。

2.3 時(shí)間對(duì)砷銻分離的影響

稱取100 g樣品加入500 mL自來(lái)水，加入H2O2/As摩爾比為0.7倍的雙氧水量，在60 ℃下分別反應(yīng)0.5 h、1.0 h、2 h、3 h和4 h，抽濾，濾渣烘干，濾渣采用ICP法分析砷和銻。分析結(jié)果如圖3所示。

圖3 時(shí)間砷銻分離的影響

從圖3中可以得出，反應(yīng)時(shí)間對(duì)砷的浸出影響較大。在反應(yīng)時(shí)間0.5～2 h范圍內(nèi)，砷的浸出率隨著反應(yīng)時(shí)間的增加而增大，而銻的浸出率幾乎不變，說(shuō)明在反應(yīng)時(shí)間0.5～2 h范圍內(nèi)，延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間有利于砷的浸出。在反應(yīng)時(shí)間2～4 h內(nèi)，砷和銻的轉(zhuǎn)化率都無(wú)明顯變化，說(shuō)明砷銻分離的最佳反應(yīng)時(shí)間為2 h。

2.4 液固比對(duì)砷銻分離的影響

稱取100 g樣品分別加入200 mL、300 mL、500 mL和700 mL純水，加入H2O2/As摩爾比為0.7倍的雙氧水量，在60 ℃下分別反應(yīng)2 h，抽濾，濾渣烘干，濾渣采用ICP法分析砷和銻。分析結(jié)果如圖4所示。

圖4 液固比對(duì)砷銻分離的影響

圖4中可以得出，液固比對(duì)砷銻分離影響較小。在液固比為2～5范圍內(nèi)，砷的浸出率隨液固比的增大而增加，銻的浸出率無(wú)明顯變化，說(shuō)明增大液固比有利于砷的浸出。當(dāng)液固比增大到5以上時(shí)，砷和銻的浸出率都無(wú)明顯變化，說(shuō)明液固比為5:1比較適合砷銻的分離。

3 結(jié)論

雙氧水選擇性氧化高砷銻煙灰實(shí)驗(yàn)表明，高砷銻煙灰中砷和銻的分離主要影響因素是雙氧水的加入量，其次為反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間和液固比。選擇H2O2/As摩爾比為0.7倍的雙氧水量為最佳，在液固質(zhì)量比為5:1、反應(yīng)溫度60 ℃、反應(yīng)時(shí)間2 h條件下，煙灰中砷銻浸出率分別為94.80%和4.98%。