從高砷鉛陽(yáng)極泥中氧壓堿浸—水浸脫砷試驗(yàn)研究

張 劍，梁秀秀，鄧金亮

(江西銅業(yè)貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335400)

鉛電解陽(yáng)極泥中含有金、銀、鉛、砷、銅、銻等元素，是重要的二次資源[1-2]。在高砷鉛陽(yáng)極泥綜合處理中，砷易在中間物料和產(chǎn)品中賦存，在冶煉系統(tǒng)中循環(huán)積累，加大有價(jià)金屬回收難度[3]。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)高砷鉛陽(yáng)極泥脫砷主要采用濕法、火法和火法-濕法聯(lián)合工藝。火法主要有真空脫砷法和焙燒法，工藝較成熟，具有流程短、原料適應(yīng)性強(qiáng)、處理能力大等優(yōu)點(diǎn)，但脫砷率低、環(huán)境污染較重、作業(yè)環(huán)境惡劣[4-5]。濕法根據(jù)浸出體系分為水浸、酸浸和堿浸，具有脫砷率高、環(huán)境相對(duì)友好的優(yōu)勢(shì)，但廢液處理量大、綜合回收率低[6-8]?；鸱?濕法聯(lián)合工藝主要通過(guò)預(yù)處理將砷轉(zhuǎn)化為易浸出的鹽類(lèi)，再通過(guò)濕法浸出使砷進(jìn)入液相，兼具火法和濕法的優(yōu)點(diǎn)，原料適應(yīng)性強(qiáng)、脫砷率高，但試劑消耗量大、生產(chǎn)成本高[9]。

對(duì)于高砷鉛陽(yáng)極泥，氧壓堿浸的砷脫除率可達(dá)94%[10]，常壓、加壓堿浸的砷脫除率為99%[11]。但某高砷鉛陽(yáng)極泥的氧壓堿浸的砷脫除率僅為75.35%～84.71%，因此，針對(duì)此陽(yáng)極泥，研究了采用氧壓堿浸—水浸工藝脫除砷，以期為從此類(lèi)高砷鉛陽(yáng)極泥中脫除砷提供參考。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原料、試劑與設(shè)備

高砷鉛陽(yáng)極泥：取自某鉛電解廠，其主要化學(xué)成分見(jiàn)表1。

表1 高砷鉛陽(yáng)極泥主要化學(xué)成分 %

試驗(yàn)試劑：氫氧化鈉(98%)、氧氣(90%)，均為工業(yè)級(jí)。

試驗(yàn)設(shè)備：23 m3高壓反應(yīng)釜(不銹鋼),20 m3反應(yīng)釜(不銹鋼)，壓濾機(jī)，XAZF197/1250-U型，20 m3不銹鋼漿化槽。

1.2 試驗(yàn)原理與方法

氧壓堿浸條件下，高砷鉛陽(yáng)極泥中的砷化合物分別轉(zhuǎn)化為易溶解的砷酸鈉。主要反應(yīng)如下：

2xNa3AsO4+3xH2O+3Me2Ox↓；

2xNa3AsO4+3xH2O+3Me2Ox↓。

水浸條件下，氧壓堿浸渣中結(jié)晶的砷酸鈉被溶解。主要反應(yīng)如下：

氧壓堿浸試驗(yàn)在23 m3高壓釜中進(jìn)行，水浸試驗(yàn)在20 m3反應(yīng)釜中進(jìn)行。兩段浸出之后，分別采用板框壓濾機(jī)進(jìn)行液固分離。濾渣烘干后分析其中砷質(zhì)量分?jǐn)?shù)，計(jì)算砷浸出率。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 氧壓堿浸

2.1.1 反應(yīng)溫度對(duì)砷脫除率的影響

液固體積質(zhì)量比6/1，反應(yīng)時(shí)間6 h，氧壓1.0 MPa，氫氧化鈉質(zhì)量濃度130 g/L，攪拌速度500 r/min，反應(yīng)溫度對(duì)砷脫除率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 反應(yīng)溫度對(duì)砷脫除率的影響

由圖1看出：隨溫度升高，砷脫除率提高；溫度升至120 ℃，砷脫除率提高到82.34%，之后趨于穩(wěn)定。綜合考慮，確定反應(yīng)溫度以120 ℃為宜。

2.1.2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)砷脫除率的影響

液固體積質(zhì)量比6/1，溫度120 ℃，氧壓1.0 MPa，氫氧化鈉質(zhì)量濃度130 g/L,攪拌速度500 r/min，反應(yīng)時(shí)間對(duì)砷脫除率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)砷脫除率的影響

由圖2看出：隨反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)，砷脫除率提高；反應(yīng)4 h時(shí)，砷脫除率達(dá)83.13%，之后變化不大。綜合考慮，確定反應(yīng)時(shí)間以不低于4 h為宜。

2.1.3 液固體積質(zhì)量比對(duì)砷脫除率的影響

溫度120 ℃，反應(yīng)時(shí)間4 h，氧壓1.0 MPa，氫氧化鈉質(zhì)量濃度130 g/L，攪拌速度500 r/min，液固體積質(zhì)量比對(duì)砷脫除率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 液固體積質(zhì)量比對(duì)砷脫除率的影響

由圖3看出：隨液固體積質(zhì)量比增大，砷脫除率提高；液固體積質(zhì)量比增大至4/1時(shí)，砷脫除率達(dá)82.47%，之后趨于穩(wěn)定。綜合考慮，確定液固體積質(zhì)量比為4/1為宜。

2.1.4 氫氧化鈉質(zhì)量濃度對(duì)砷脫除率的影響

溫度120 ℃，反應(yīng)時(shí)間4 h，氧壓1.0 MPa，液固體積質(zhì)量比4/1，攪拌速度500 r/min，氫氧化鈉質(zhì)量濃度對(duì)砷脫除率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 氫氧化鈉質(zhì)量濃度對(duì)砷脫除率的影響

由圖4看出：隨氫氧化鈉質(zhì)量濃度增大，砷脫除率提高；氫氧化鈉質(zhì)量濃度增至110 g/L時(shí)，砷脫除率為83.15%；氫氧化鈉質(zhì)量濃度繼續(xù)增大，砷脫除率變化不大。綜合考慮，確定適宜的氫氧化鈉質(zhì)量濃度為110 g/L。

2.1.5 氧壓對(duì)砷脫除率的影響

溫度120 ℃，反應(yīng)時(shí)間4 h，氫氧化鈉質(zhì)量濃度110 g/L，液固體積質(zhì)量比4/1，攪拌速度500 r/min，氧壓對(duì)砷脫除率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 氧壓對(duì)砷脫除率的影響

由圖5看出：隨氧壓增大，砷脫除率提高；氧壓達(dá)到0.8 MPa時(shí)，砷脫除率提高至82.56%；氧壓繼續(xù)增大，砷脫除率趨于穩(wěn)定。綜合考慮，氧壓以0.8 MPa為宜。

2.2 水浸

氧壓堿浸后，鉛陽(yáng)極泥中砷脫除率在85%左右，仍有一部分砷留在渣中。對(duì)此氧壓堿浸渣用水再次浸出，以脫除剩余的砷。

2.2.1 水浸溫度對(duì)砷脫除率的影響

液固體積質(zhì)量比4/1，反應(yīng)時(shí)間4 h，攪拌速度500 r/min，水浸溫度對(duì)砷脫除率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

圖6 水浸溫度對(duì)砷脫除率的影響

由圖6看出：隨溫度升高，砷脫除率提高；水溫為75 ℃時(shí)，砷脫除率達(dá)94.35%；溫度繼續(xù)升高，砷脫除率變化不大。綜合考慮，確定水浸溫度以75 ℃為宜。

2.2.2 水浸時(shí)間對(duì)砷脫除率的影響

液固體積質(zhì)量比4/1，水溫75 ℃，攪拌速度500 r/min，水浸時(shí)間對(duì)砷脫除率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。

圖7 水浸時(shí)間對(duì)砷脫除率的影響

由圖7看出：隨水浸時(shí)間延長(zhǎng)，砷脫除率提高；水浸1 h時(shí)，砷脫除率達(dá)93.67%，之后再繼續(xù)浸出，砷脫除率變化不大。綜合考慮，確定適宜水浸時(shí)間為1 h。

2.2.3 液固體積質(zhì)量比對(duì)砷脫除率的影響

水溫75 ℃，反應(yīng)時(shí)間1 h，攪拌速度500 r/min，液固體積質(zhì)量比對(duì)砷脫除率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖8所示。

圖8 液固體積質(zhì)量比對(duì)砷脫除率的影響

由圖8看出：隨液固體積質(zhì)量比增大，砷脫除率提高；液固體積質(zhì)量比增大至3/1時(shí)，砷脫除率提高到94.71%；液固體積質(zhì)量比繼續(xù)增大，砷脫除率變化不大。綜合考慮，確定液固體積質(zhì)量比以3/1為最佳。

2.3 氧壓堿浸—水浸脫砷綜合試驗(yàn)

高砷鉛陽(yáng)極泥經(jīng)氧壓堿浸、水浸兩段處理后，砷脫除率可達(dá)較高水平；但水耗量和廢水處理量都較大。綜合考慮成本等因素，研究了氧壓堿浸—水浸兩段逆流脫砷工藝，將水浸后液作為氧壓堿浸劑，適當(dāng)調(diào)整堿質(zhì)量濃度后繼續(xù)用于浸出脫砷。

經(jīng)堿浸及水浸兩段處理，砷脫除率達(dá)94.31%，浸出效果較好，廢水循環(huán)使用零排放。

3 結(jié)論

采用氧壓堿浸—水浸兩段逆流工藝處理高砷鉛陽(yáng)極泥可將94%的砷脫除，除砷效果較好且指標(biāo)穩(wěn)定，廢水循環(huán)使用不外排，工藝可靠。