含砷煙塵提取白砷的試驗(yàn)研究

徐 靜

（長沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，長沙410011）

1 引言

砷為非金屬，砷和砷的化合物有劇毒，砷與金銀礦伴生，與重金屬如銅、鉛、鋅、鋁等共生。砷伴隨金屬精礦進(jìn)入冶煉廠的量每年相當(dāng)大，且主要以含砷煙塵的形式產(chǎn)生。含砷煙塵不僅給環(huán)境造成了嚴(yán)重污染，而且給企業(yè)帶來了嚴(yán)重壓力[1-3]。本文以某冶煉廠含砷煙塵為原料進(jìn)行試驗(yàn)，目的是找到最佳工藝流程及工藝條件來處理該廠煙塵，消除或降低煙塵中砷的危害，以得到優(yōu)質(zhì)白砷產(chǎn)品并改善環(huán)境。

2 試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)原料為某冶煉廠的轉(zhuǎn)爐吹煉煙塵，其含水達(dá)到6%左右，經(jīng)分析，煙塵的主要化學(xué)成分見表1，砷在煙塵中的物相分析結(jié)果見表2，煙塵的粒度分析見表3。

2.2 試驗(yàn)方法及原理

對于含砷煙塵的處理，早期一般處理方法是火法揮發(fā)脫砷或?qū)⑸檗D(zhuǎn)化為砷酸鹽沉淀物，但是該方法環(huán)境污染較嚴(yán)重，產(chǎn)生的砷煙氣需進(jìn)一步處理[4-5]。目前處理含砷煙塵多采用浸出的方法將砷與其它金屬進(jìn)入溶液，然后用沉淀法將砷富集于渣中或者制備成砷產(chǎn)品，如As2O2。長沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院曾經(jīng)與廣西來賓冶煉廠及廣西冶金研究院合作對含砷為24.3%，砷的理論浸出率為86.63%的高砷煙塵用熱出浸出，實(shí)際浸出率達(dá)85.57%[6]。本試驗(yàn)煙塵氧化物中的砷含量為21.17%，理論浸出率為83.84%。根據(jù)前人的研究可以對其進(jìn)行熱水浸出。

表1 煙塵的主要化學(xué)成分

表2 砷在煙塵中的物相分析/%

表3 煙塵粒度分析

3 結(jié)果與討論

3.1 一次熱水浸出

浸出條件為：浸出前試樣濕重為100 g，浸出時(shí)間設(shè)為60 min，液固比為12:1。煙塵一次熱水浸出試驗(yàn)結(jié)果見表4。可以看出，煙塵的一次熱水浸出效果較好，熱水浸出率接近理論浸出率83.84%，可見用熱水浸出煙塵在技術(shù)上是可行的。雖然當(dāng)浸出溫度為95℃時(shí)，砷的浸出率比75℃時(shí)稍高，但從生產(chǎn)實(shí)際和經(jīng)濟(jì)角度考慮，能源消耗較多，既不經(jīng)濟(jì)也不合算，故煙塵采用75℃熱出浸出為宜。

表4 熱水浸出試驗(yàn)結(jié)果

3.2 一次酸浸

煙塵中的砷除以氧化物形態(tài)存在外，還以砷酸鹽及硫化物的形式存在[7]。砷酸鹽及砷的硫化物都是不溶于水的化合物，為進(jìn)一步提高煙塵中砷的浸出率；工作人員又進(jìn)行了稀硫酸水溶液浸出煙塵的試驗(yàn)，浸出時(shí)間設(shè)為60 min，液固比為12:1，浸出前試樣濕重為100 g，浸出溫度95℃，煙塵浸出試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 一次酸浸試驗(yàn)結(jié)果

從表5的浸出結(jié)果可以看出，煙塵的酸浸效果最好，砷的浸出率隨酸的濃度增大而提高，渣含砷量明顯比水浸下降，從浸出渣質(zhì)量來看，其它元素的浸出率相應(yīng)提高了，砷產(chǎn)品的質(zhì)量受到了不良影響，故不采取酸浸方法。

3.3 二次逆流熱水浸出

為提高煙塵的熱水浸出率，將煙塵進(jìn)行了二次熱水逆流浸出，二次逆流浸出流程見圖1。即以第二次的水浸濾液返回作第一次浸出的始液，第一次浸出的濾液，經(jīng)過除雜質(zhì)后濃縮結(jié)晶得到白砷產(chǎn)品As2O3。試驗(yàn)條件：浸出前試樣濕重為100 g，浸出時(shí)間60 min，液固比12:1。

圖1 二次逆流浸出流程圖

試驗(yàn)結(jié)果顯示，75℃時(shí)二次逆流浸出砷的浸出率為85.12%，比一次熱水浸出砷的浸出率提高了1.88%。95℃時(shí)二次逆流浸出砷的浸出率為85.96%，比一次熱水浸出砷的浸出率僅提高1.46%。二次逆流砷的浸出率提高不多，成本確相應(yīng)提高了，故煙塵無需再二次逆流浸出。

3.4 浸出時(shí)間對浸出率的影響

為驗(yàn)證不同浸出時(shí)間對煙塵中砷熱水浸出率的影響，工作人員進(jìn)行了不同浸出時(shí)間試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表6。浸出前試料濕重100 g，溫度75℃，液固比12:1，試驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著浸出時(shí)間的延長，砷的浸出率略有提高，從經(jīng)濟(jì)效益方面綜合分析，浸出時(shí)間以6 min為宜。

表6 不同浸出時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)過對以上不同條件下的試驗(yàn)及結(jié)果分析，該冶煉廠含砷煙塵采用熱水浸出回收白砷的工藝流程見圖2，工藝條件為：浸出時(shí)間60 min，浸出溫度75℃，液固比12:1，然后對浸出液進(jìn)行脫色、濃縮結(jié)晶、洗滌及干燥得到白砷產(chǎn)品。

圖2 熱水浸出回收白砷工藝流程圖

4 結(jié)論

經(jīng)對含砷煙塵不同條件下的試驗(yàn)結(jié)果分析，采用熱水一次浸出此煙塵提取白砷的工藝流程及工藝條件簡單可行，能有效地提取優(yōu)質(zhì)白砷，降低砷對環(huán)境的危害，同時(shí)對設(shè)備的要求簡單，投資少收益高，整個(gè)過程產(chǎn)生的廢水可循環(huán)利用，為處理該廠的含砷煙塵提供了行之有效的方法。該冶煉廠日產(chǎn)煙塵2.1 t/d，年運(yùn)行時(shí)間300 d，砷的浸出率按80%計(jì)算，采用此工藝?yán)碚撋弦荒昕缮a(chǎn)優(yōu)質(zhì)白砷102 t左右，即創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟(jì)效益，也有效地降低了砷對環(huán)境的污染。

[1]張青蓮.無機(jī)化學(xué)叢書[M].北京:科學(xué)出版社，1984：380.

[2]趙思佳.有色冶金工業(yè)含砷煙塵處理及利用研究進(jìn)展[J].湖南有色金屬，2012，28（3）：20-24.

[3]湯啟榮.錫冶煉過程砷的危害與砒霜生產(chǎn)實(shí)踐[J].有色金屬（冶煉部分），1975（9）：15-16.

[4]朱興華.高砷煙塵濕法提取優(yōu)質(zhì)白砷的研究[J].有色金屬（冶煉部分），1984（6）：23-25.

[5]李紋.云錫電熱回轉(zhuǎn)窯焙燒法生產(chǎn)白砷[J].云錫科技，1996，23（2）：26－30.

[6]黃干生，全昌榮.濕法提砷新工藝探索[J].有色金屬（冶煉部分），1994（3）：3-4.

[7]李清湘，彭容秋.高砷含鍺氧化鋅煙塵處理工藝的研究[J].有色金屬（冶煉部分），1990（6）:27－29.