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        用氧化—酸浸法從銅冶煉煙灰中脫砷試驗(yàn)研究

        2022-10-19 12:36:10陳芳芳
        濕法冶金 2022年5期
        關(guān)鍵詞:煙灰三價(jià)雙氧水

        陳 輝,陳芳芳

        (江西科技學(xué)院 教務(wù)處,江西南昌 330098)

        銅冶煉過(guò)程中產(chǎn)生大量含砷煙塵,一般含砷5.0%~20.0%[1-2]。含砷煙灰顆粒小,毒性大,需進(jìn)行除砷處理。從含砷煙灰中選擇性脫砷有火法和濕法。高溫熔煉過(guò)程中,大多數(shù)含砷物質(zhì)容易揮發(fā)出來(lái)與其他有價(jià)值金屬分離,包括硫化砷和氧化砷,但砷酸鹽去除效果較差,制約砷去除率;另外,火法存在污染大、成本高等缺點(diǎn)。濕法主要有酸浸和堿浸。常用堿性浸出劑有氫氧化鈉、硫化鈉等,其對(duì)砷的浸出有選擇性,其他金屬(如Pb、Cu、Zn等)都留在渣中,但堿性浸出液中的砷難以回收、鈉鹽難以處理[3-6]。酸性浸出液中砷易回收、后續(xù)廢水易處理,但砷脫除率相對(duì)較低[7-9]。煙灰中砷主要以氧化物和砷酸鹽形式存在,三價(jià)砷含量遠(yuǎn)高于五價(jià)砷[10]。因五價(jià)砷在溶液中的溶解度比三價(jià)砷高,因此,酸浸過(guò)程中加入氧化劑將三價(jià)砷氧化為五價(jià)砷可有效提高砷浸出率[11-14],但目前針對(duì)該法的研究相對(duì)較少,還不成熟,砷脫除率尚有待進(jìn)一步提高。因此,試驗(yàn)研究采用氧化—酸浸法從某含砷煙塵中浸出砷,以期實(shí)現(xiàn)含砷煙灰的無(wú)害化處理。

        1 試驗(yàn)部分

        1.1 試驗(yàn)原料與試劑

        含砷煙灰:取自某銅冶煉公司熔煉車間,主要化學(xué)成分見(jiàn)表1,砷的存在形式見(jiàn)表2。砷主要以砷酸鹽、氧化物和硫化物形式存在。

        試驗(yàn)試劑:硫酸、雙氧水,均為分析純。

        表1 含砷煙灰的主要化學(xué)成分 %

        表2 含砷煙灰中砷的存在形式 %

        1.2 試驗(yàn)原理與方法

        根據(jù)溶液中五價(jià)砷溶解度大于三價(jià)砷溶解度的特點(diǎn),在電塵灰酸浸時(shí)加入氧化劑,將三價(jià)砷氧化成五價(jià)砷,可以提高砷浸出率。含砷煙灰與硫酸和雙氧水混合,其中小部分三氧化二砷在酸性條件下與雙氧水反應(yīng)生成砷酸,五氧化二砷在酸性條件下形成砷酸;大部分亞砷酸鹽(鉛鐵銅鋅砷酸鹽)和硫化砷難溶于水,但在酸性體系中易與雙氧水反應(yīng)生成砷酸,主要化學(xué)反應(yīng)如下:

        (1)

        (2)

        (3)

        (4)

        (5)

        (6)

        (7)

        (8)

        (9)

        (10)

        (11)

        取50 g煙灰加入到250 mL燒杯中,置于水浴鍋中加熱,按一定液固體積質(zhì)量比加入水和一定濃度硫酸,按一定n(H2O2)/n(As)加入雙氧水,反應(yīng)一定時(shí)間后過(guò)濾,濾渣烘干,測(cè)定其中砷質(zhì)量分?jǐn)?shù),計(jì)算砷去除率。

        2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

        2.1 H2O2用量對(duì)脫砷的影響

        含砷煙灰質(zhì)量50 g,液固體積質(zhì)量比2/1,體系酸度165 g/L,溫度70 ℃下反應(yīng)2 h,H2O2用量對(duì)砷脫除率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

        圖1 H2O2用量對(duì)砷脫除率的影響

        由圖1看出:隨H2O2用量增加,砷脫除率升高;n(H2O2)/n(As)為1.1時(shí),砷脫除率達(dá)最大且無(wú)明顯變化。隨H2O2的加入,煙灰中的三價(jià)砷被快速氧化為五價(jià)砷并溶于稀硫酸中,使得砷脫除率提高;H2O2用量達(dá)到一定后,煙灰中三價(jià)砷氧化完全,使得砷脫除率趨于穩(wěn)定。綜合考慮,確定n(H2O2)/n(As)=1.1為宜。

        2.2 體系酸度對(duì)脫砷的影響

        含砷煙灰質(zhì)量50 g,液固體積質(zhì)量比2/1,n(H2O2)/n(As)=1.1,溫度70 ℃下反應(yīng)2 h,體系酸度對(duì)砷脫除率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

        圖2 體系酸度對(duì)砷脫除率的影響

        由圖2看出:隨體系酸度增大,砷脫除率提高;酸度增至165 g/L時(shí),脫砷率為95.25%,且變化不大。硫酸用量過(guò)多,會(huì)影響砷溶解度,硫酸濃度過(guò)高,溶液中氫離子濃度較高,會(huì)抑制砷酸在溶液中的電離,使砷在溶液中的溶解度降低[15-16],進(jìn)而影響砷脫除率。綜合考慮,確定體系酸度以165 g/L為宜。

        2.3 液固體積質(zhì)量比對(duì)脫砷的影響

        含砷煙灰質(zhì)量50 g,體系酸度165 g/L,n(H2O2)/n(As)=1.1,溫度70 ℃下反應(yīng)2 h,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2/1時(shí),砷脫除率為95.25%且并趨于穩(wěn)定。液固體積質(zhì)量比越大,砷在溶液中的濃度越低,有利于平衡向浸出方向移動(dòng),提高砷浸出率。綜合考慮,確定液固體積質(zhì)量比以2/1為宜。

        2.4 溫度對(duì)脫砷的影響

        含砷煙灰質(zhì)量50 g,體系酸度165 g/L,液固體積質(zhì)量比2/1,n(H2O2)/n(As)=1.1,反應(yīng)時(shí)間2 h,溫度對(duì)砷脫除率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

        圖4 溫度對(duì)砷脫除率的影響

        由圖4看出:隨溫度升高,砷脫除率提高;溫度升至70 ℃后,砷脫除率達(dá)95.25%且趨于穩(wěn)定。隨溫度升高,反應(yīng)速度加快,砷脫除率提高,但溫度過(guò)高,雙氧水在溶液中易分解,反而會(huì)影響砷的浸出。綜合考慮,確定溫度以70 ℃為宜。

        2.5 反應(yīng)時(shí)間對(duì)砷脫除率的影響

        含砷煙灰質(zhì)量50 g,體系酸度165 g/L,液固體積質(zhì)量比2/1,n(H2O2)/n(As)=1.1,溫度70 ℃, 反應(yīng)時(shí)間對(duì)砷脫除率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

        圖5 反應(yīng)時(shí)間對(duì)砷脫除率的影響

        由圖5看出,砷脫除率隨反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)而提高,反應(yīng)2.0 h,砷脫除率為95.25%;繼續(xù)延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間,砷脫除率變化不大。反應(yīng)時(shí)間較短時(shí),雙氧水與三價(jià)砷反應(yīng)不完全,砷脫除率較低;延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間,有利于雙氧水與三價(jià)砷反應(yīng)更充分。綜合考慮,確定反應(yīng)時(shí)間以2.0 h為宜。

        2.6 穩(wěn)定性驗(yàn)證測(cè)試

        根據(jù)單因素試驗(yàn)確定的適宜條件(含砷煙灰50 g,液固體積質(zhì)量比2/1,n(H2O2)/n(As)=1.1, 體系酸度165 g/L,70 ℃下反應(yīng)2.0 h),進(jìn)行擴(kuò)大試驗(yàn)。含砷煙灰質(zhì)量500 g,其他條件不變,試驗(yàn)重復(fù)5次,結(jié)果砷脫除率分別為95.17%、95.08%、95.89%、95.25%和95.28%,平均95.33%, 脫除效果較好且穩(wěn)定。

        3 結(jié)論

        采用氧化—酸浸法從含砷煙灰中脫除砷是可行的。適宜條件下,含砷煙灰砷脫除率在95%以上。相較于傳統(tǒng)的堿浸、酸浸法,此法砷脫除率更高,且簡(jiǎn)單易操作,可實(shí)現(xiàn)銅冶煉含砷煙灰的脫砷無(wú)害化處理。

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