喻小強(qiáng)，徐家聰，易 勤，溫盛匯，田 磊

(江西理工大學(xué) 綠色冶金與過(guò)程強(qiáng)化研究所，江西 贛州 341000)

鉛和砷的物理化學(xué)性質(zhì)相似，大多數(shù)鉛礦石中都含有少量砷[1-3]。煉鉛過(guò)程中，絕大部分雜質(zhì)成分會(huì)進(jìn)入陽(yáng)極泥，其中包含金、銀、砷、銻等[4-8]。鉛陽(yáng)極泥中的砷難以富集分離，所以從鉛陽(yáng)極泥中回收有價(jià)金屬時(shí)須預(yù)脫砷。

目前，從鉛陽(yáng)極泥中脫除砷已有許多研究[9-22]。如采用水洗—脫砷—酸浸—蒸發(fā)結(jié)晶工藝[16]處理高砷高錫鉛陽(yáng)極泥，砷脫除率可達(dá)96.49%；采用堿性焙燒—熱水浸出工藝[17]處理高砷高錫鉛陽(yáng)極泥,適宜條件下，砷脫除率達(dá)97.48%，錫回收率98.58%，鉛、銅回收率均超過(guò)99.5%。

試驗(yàn)研究了常壓下對(duì)高砷鉛陽(yáng)極泥用NaOH浸出脫砷，確定了適宜浸出條件，以期對(duì)工業(yè)處理高砷鉛陽(yáng)極泥提供參考。

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：取自河南某鉛冶煉廠，主要成分見(jiàn)表1，XRD分析結(jié)果如圖1所示。

圖1 鉛陽(yáng)極泥的XRD分析結(jié)果

表1 高砷鉛陽(yáng)極泥元素分析結(jié)果 %

由表1、圖1看出：高砷鉛陽(yáng)極泥的主要元素為Pb、As、Sb，其主要存在形式為Pb3O4、As2O3、Sb2O3和NaSbO3。SEM、EDS分析結(jié)果(圖2)表明，鉛陽(yáng)極泥呈團(tuán)聚狀，元素分布均勻。

圖2 高砷鉛陽(yáng)極泥的SEM(a)、EDS(b)分析結(jié)果

試驗(yàn)試劑：NaOH(≥96.0%，分析純)，H2O2(31.0%，高級(jí)純)。試驗(yàn)用水皆為高純水(電阻率為18.25 MΩ·cm)。

試驗(yàn)設(shè)備：DF-101F集熱式恒溫加熱磁力攪拌器(邦西儀器科技有限公司)。

1.2 試驗(yàn)原理與方法

由于NaAs(OH)6較NaAs(OH)4更易于溶解于堿性溶液中，而NaSb(OH)6較NaSb(OH)4溶解度更低，所以先用氧化劑將As和Sb氧化成高價(jià)態(tài)。相比于O2等氧化劑，H2O2的氧化效果更好，且綠色環(huán)保。

陽(yáng)極泥中，As以As2O3形式存在，Sb主要以氧化物形式存在，堿浸過(guò)程中發(fā)生如下反應(yīng)：

(1)

(2)

NaAs(OH)6進(jìn)入浸出液，而NaSb(OH)6不溶于NaOH溶液進(jìn)入浸出渣；Pb3O4不溶于水，也幾乎不與NaOH反應(yīng)留在渣中。

稱(chēng)取一定質(zhì)量高砷鉛陽(yáng)極泥，加入到500 mL燒杯中，加入一定量NaOH溶液。用保鮮膜密封燒杯，放入DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器中水浴加熱，控制適當(dāng)溫度并攪拌。反應(yīng)一定時(shí)間后冷卻，抽濾。濾渣采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定砷、銻、鉛含量，按式(3)各元素計(jì)算浸出率：

(3)

式中：η—元素浸出率，%；ρ1—浸出液中As、Sb、Pb離子質(zhì)量濃度，g/L；V1—浸出液體積，mL；m0—陽(yáng)極泥質(zhì)量，g；x0—As、Sb、Pb元素在陽(yáng)極泥中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 浸出溫度對(duì)As、Pb、Sb浸出率的影響

高砷鉛陽(yáng)極泥質(zhì)量50 g，H2O2添加量10 mL，NaOH質(zhì)量濃度80 g/L，液固體積質(zhì)量比4 mL/1 g，浸出時(shí)間90 min，攪拌速度400 r/min，浸出溫度對(duì)As、Pb、Sb浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 浸出溫度對(duì)As、Pb、Sb浸出率的影響

由圖3看出：As浸出率隨溫度升高而提高；90 ℃時(shí)，As浸出率提高到94.98%；隨溫度升高，Pb、Sb浸出率均很低且變化不明顯。綜合考慮，確定浸出溫度以90 ℃為宜。

2.2 H2O2添加量對(duì)As、Pb、Sb浸出率的影響

高砷鉛陽(yáng)極泥質(zhì)量50 g，浸出溫度90 ℃，NaOH質(zhì)量濃度80 g/L，液固體積質(zhì)量比4 mL/1 g，浸出時(shí)間90 min，攪拌速度400 r/min，H2O2添加量對(duì)As、Pb、Sb浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示?？梢钥闯?As浸出率隨H2O2添加量增加而提高；H2O2添加量為10 mL時(shí)，As浸出率達(dá)94.98%，之后趨于穩(wěn)定；隨H2O2添加量增加，Pb浸出率有所提高，Sb浸出率有所降低，但總體上Pb、Sb浸出率均變化不大。綜合考慮，H2O2添加量以10 mL為宜。

圖4 H2O2添加量對(duì)As、Pb、Sb浸出率的影響

2.3 NaOH質(zhì)量濃度對(duì)As、Pb、Sb浸出率的影響

高砷鉛陽(yáng)極泥質(zhì)量50 g，浸出溫度90 ℃，H2O2添加量10 mL，液固體積質(zhì)量比4 mL/1 g，浸出時(shí)間90 min，攪拌速度400 r/min，NaOH質(zhì)量濃度對(duì)As、Pb、Sb浸出率的影響結(jié)果如圖5所示。

圖5 NaOH質(zhì)量濃度對(duì)As、Pb、Sb浸出率的影響

由圖5看出：隨NaOH質(zhì)量濃度升高，As浸出率提高，NaOH質(zhì)量濃度為80 g/L時(shí)，As浸出率達(dá)最大，之后趨于穩(wěn)定；隨NaOH質(zhì)量濃度升高，Pb、Sb浸出率也略有提高，但總體提高幅度不大，僅為2.91%和2.85%。綜合考慮，確定NaOH質(zhì)量濃度以80 g/L為宜。

2.4 液固體積質(zhì)量比對(duì)As、Pb、Sb浸出率的影響

高砷鉛陽(yáng)極泥質(zhì)量50 g，溫度90 ℃，H2O2添加量10 mL，NaOH質(zhì)量濃度80 g/L，浸出時(shí)間90 min，攪拌速度400 r/min，液固體積質(zhì)量比對(duì)As、Pb、Sb浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。可以看出：隨液固體積質(zhì)量比增大，As浸出率提高效果明顯，液固體積質(zhì)量比為4 mL/1 g時(shí)，As浸出率在94%以上且相對(duì)穩(wěn)定；Pb、Sb浸出率總體維持在3%以下。綜合考慮，確定液固體積質(zhì)量比以4 mL/1 g為宜。

圖6 液固體積質(zhì)量比對(duì)As、Pb、Sb浸出率的影響

2.5 浸出時(shí)間對(duì)As、Pb、Sb浸出率的影響

高砷鉛陽(yáng)極泥質(zhì)量50 g，浸出溫度90 ℃，H2O2添加量10 mL，NaOH質(zhì)量濃度80 g/L，液固體積質(zhì)量比4 mL/1 g，攪拌速度400 r/min，浸出時(shí)間對(duì)As、Pb、Sb浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。

圖7 浸出時(shí)間對(duì)As、Pb、Sb浸出率的影響

由圖7看出：As浸出率隨浸出時(shí)間延長(zhǎng)而提高，反應(yīng)90 min時(shí)，As浸出率為94.98%，Pb、Sb浸出率分別為2.91%和2.85%，之后都趨于穩(wěn)定。綜合考慮，確定浸出時(shí)間以90 min為宜。

2.6 浸出渣的物相分析

高砷鉛陽(yáng)極泥中的砷經(jīng)堿浸后進(jìn)入浸出液，而絕大部分鉛、銻相則進(jìn)入浸出渣。浸出不同時(shí)間后堿浸渣的XRD圖譜如圖8所示。

圖8 浸出不同時(shí)間后堿浸渣的XRD圖譜

由圖8看出：浸出20 min，As2O3轉(zhuǎn)化為Na3AsO4·10H2O；隨浸出進(jìn)行，Na3AsO4·10H2O逐漸消失，最終留下的是NaSb(OH)6和Pb3O4。Sb主要以NaSb(OH)6形式存在于渣中，Pb依然以Pb3O4存在，未參與反應(yīng)。

堿浸渣的SEM、EDS分析結(jié)果如圖9所示。

圖9 堿浸渣的SEM(a)、EDS(b)分析結(jié)果

由圖9看出：堿浸渣顆粒部分呈無(wú)規(guī)則狀蓬松團(tuán)聚，主要元素為Na、Sb和O，As的峰值很弱，表明通過(guò)堿浸，大部分As已被分離。

3 結(jié)論

采用氫氧化鈉溶液氧化浸出法從高砷鉛陽(yáng)極泥中脫除砷是可行的，砷在堿浸的過(guò)程中以可溶性Na3AsO4形式進(jìn)入浸出液，而鉛、銻基本留在浸出渣中。適宜條件下，砷脫除率達(dá)94.98%，脫砷效果較好。