有色冶金含砷煙塵中砷的脫除與固化.pdf

1、由于砷及其化合物的揮發(fā)性，其通常富集于各類冶煉煙塵中。除了含有大量的砷，冶煉煙塵中還含有數(shù)量可觀的有價(jià)金屬。因此，有色冶金高砷煙塵中砷的脫除與固化，是消除“砷害”，實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用的重要途徑。本文研究了ISP煉鋅工藝中最具代表性的含砷煙塵—高砷次氧化鋅中砷的脫除與固化，其研究結(jié)果對(duì)其它含砷煙塵的處理也具有一定的指導(dǎo)意義。
　　 本論文的主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果撮要介紹如下。
　　 1、系統(tǒng)研究了ISP次氧化鋅中砷的物相。根據(jù)次

2、氧化鋅中砷的物相形態(tài)，次氧化鋅可分為三種類型:Ⅰ型成分為鋅高鉛低，砷主要物相為A(s)2O3;Ⅱ型成分也是鋅高鉛低，但砷的主要物相為亞砷酸鋅;Ⅲ型鉛含量偏高，鋅含量相對(duì)較低，砷主要以砷酸鉛物相存在。造成次氧化鋅多樣性的原因是生產(chǎn)氣氛的波動(dòng)，而引起生產(chǎn)氣氛波動(dòng)的原因除了工藝技術(shù)以外，原料成分的波動(dòng)不容忽視。
　　 2、提出了堿性體系選擇性浸出脫砷—催化作用下As(Ⅲ)空氣氧化—石灰沉砷—砷酸鈣渣水泥固化的原則工藝，并從熱力學(xué)及溶液

3、平衡的角度，對(duì)各步工序進(jìn)行了理論分析。由主要物相的溶解組分log C-pH圖判斷，利用堿性浸出體系均可實(shí)現(xiàn)三種類型次氧化鋅中砷的選擇性浸出，并且S2-的引入將有助于強(qiáng)化浸出體系的選擇性，促進(jìn)砷的浸出。從熱力學(xué)上判斷，空氣氧化As(Ⅲ)是可行的，而可用于As(Ⅲ)氧化的錳化合物有:MnO4-、MnO2、MnOOH、Mn3O4。對(duì)As(Ⅲ)氧化過(guò)程吉布自由能影響最大的是反應(yīng)體系的pH。石灰沉砷的產(chǎn)物主要取決于反應(yīng)體系的終點(diǎn)pH，隨著pH的增

4、加，沉砷產(chǎn)物主要由CaHAsO4·H2O向Ca3(AsO4)2和Ca5(AsO4)3OH轉(zhuǎn)變。就含砷溶液的凈化深度及砷酸鈣渣的穩(wěn)定性而言，Ca5(AsO4)3OH均是最佳的選擇。
　　 3、開展了三種類型次氧化鋅中選擇性浸出脫砷研究。對(duì)于Ⅰ型、Ⅱ型次氧化鋅采用NaOH-H2O浸出體系可達(dá)到較好的脫砷效果，其砷浸出率可分別達(dá)84％、68％以上，而鉛、鋅的浸出率均小于1％;而對(duì)于Ⅲ型次氧化鋅采用NaOH-Na2S-H2O浸出體系較為

5、合適，在最優(yōu)條件下，砷浸出率可達(dá)73％，同時(shí)，鉛、鋅的浸出率分別為0.4％和0.8％。
　　 4、分別開展了雙氧水、空氣及催化空氣氧化As(Ⅲ)的工藝研究。對(duì)于本文所得浸出含砷浸出液，采用理論耗量1.2倍的雙氧水，可實(shí)現(xiàn)As(Ⅲ)的完全氧化，但成本相對(duì)較高。空氣氧化效率較低，氧化8 h，僅有22.3％As(Ⅲ)氧化成五價(jià)砷。高錳酸鉀對(duì)溶液中的As(Ⅲ)具有超計(jì)量氧化的特性，該特性源于其還原產(chǎn)物(MnxOy)對(duì)As(Ⅲ)的空氣催化

6、氧化效應(yīng)。利用這一催化效應(yīng)，可有效改善空氣氧化As(Ⅲ)效率?？刂品磻?yīng)體系在pH為13、砷錳摩爾比為21∶1、空氣流量0.2m3/h條件下反應(yīng)5h可使溶液中的As(Ⅲ)完全氧化。
　　 5、石灰沉砷效果受溫度、pH和Ca/As摩爾比的影響十分顯著。含砷溶液未經(jīng)氧化而直接采用石灰沉砷工藝時(shí)，在最佳條件下，沉砷率僅為67％左右;在pH為12，溫度95℃，Ca/As摩爾比3∶1條件下反應(yīng)2h，氧化后液沉砷率可達(dá)99.5％，所得砷鈣渣中

7、的砷主要以晶態(tài)的Ca5(AsO4)3OH形式存在。沉砷過(guò)程中，浸出液中的鉛、鋅離子也會(huì)發(fā)生沉淀。對(duì)高鉛、鋅浸出液采用酸化-石灰沉砷工藝，利用浸出液中殘余的硫離子選擇性沉淀鉛、鋅離子，可避免浸出液中鉛、鋅離子在石灰沉砷過(guò)程中發(fā)生沉淀。
　　 6、砷酸鈣渣熱處理工藝不僅可使非晶或低晶含砷物相轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)的砷酸鈣，還可促使砷酸鈣顆粒長(zhǎng)大、致密化，從而提升砷酸鈣渣的穩(wěn)定性。高鉛、鋅砷酸鈣渣在熱處理過(guò)程后，Ca5(AsO4)3(OH)成為唯

8、一的含砷物相，而含鉛物相由Pb5(AsO4)3(OH)轉(zhuǎn)化為以Ca2PbO4、PbO2。砷酸鈣渣水泥固化效果除了與水泥配比有密切關(guān)系外，還與砷酸鈣渣自身狀況有較大影響。砷酸鈣渣中殘余的游離砷和堿對(duì)固砷效果有負(fù)面作用，因此，沉砷結(jié)束后需對(duì)其進(jìn)行洗滌。將沉砷渣洗滌、干燥后，800℃下煅燒1h，在水泥/砷酸鈣渣配比為3∶1條件下固化，所得固化塊穩(wěn)定性采用HJ/T300-2007的方法評(píng)價(jià)，其浸出液中砷含量?jī)H為1.5mg/L，可完全滿足GB50