用碳酸鈉溶液從銅冶煉煙塵中脫除砷試驗研究

楊貴生

(南華茂森再生科技有限公司，云南 楚雄 675200)

銅冶煉煙塵是銅精礦氧化熔煉時易揮發組分氧化揮發形成的煙塵，呈灰色略帶白色。銅精礦中的砷以毒砂或砷黝銅礦形式存在，氧化熔煉時揮發進入煙塵[1-2]。煙塵含Cu、Pb、Zn、Sn、Bi等有價金屬，具有較大回收價值，但砷含量較高，影響其綜合回收效果，因此，必須對銅煙塵進行脫砷處理。

冶煉煙塵脫砷主要有火法和濕法[3-6]。火法有氧化焙燒和還原焙燒2種工藝：氧化焙燒主要是含砷硫化物氧化，砷轉化為易揮發的As2O3進入煙塵，通過收塵回收；還原焙燒的基礎是As2O3和As2S3的沸點較低，焙燒時砷酸鹽被還原成As2O3和As2S3，二者揮發進入煙塵[7-10]，通過收塵得以回收。還原揮發的砷進入煙氣，存在二次污染問題，砷的去除也不徹底。

濕法脫砷有酸法和堿法。酸法是用酸浸出,將砷轉化為砷酸或偏砷酸進入溶液實現脫除[11-14]，但金屬元素，如Cu、Zn等也會被酸浸出，引起一定損失。堿法是用NaOH溶解煙塵，使As2O3和部分砷酸鹽(如ZnAsO3)形成砷酸鹽和鋅酸鹽[15-20]進入溶液實現砷的脫除；也有采用NaOH+Na2S體系脫砷[21]和微波輔助下的堿浸出脫砷[22]，其原理是用Na2S分解砷酸鹽以提高砷脫除率。

銅煙塵中的砷主要以氧化砷(如As2O3及As2O5)和砷酸鹽(如Zn(H2O)(OH)(AsO3))形式存在。氧化砷水溶性較好，水浸即可實現脫砷；砷酸鹽則很難溶解在NaOH溶液中，體系中加少量Na2S可以促進砷酸鹽的溶解。但由于NaOH和Na2S都相對較貴，脫砷成本較高。

試驗采用NaCO3溶液從銅冶煉煙塵中脫砷，先用溶液中的水溶解煙塵中的砷氧化物As2O3和As2O5，同時，溶液中的Na2CO3將砷酸鹽轉化為碳酸鹽和砷酸鈉，以此實現脫砷。

1 試驗部分

1.1 試驗原料、試劑與設備

試驗所用銅冶煉煙塵取自云南某銅冶煉廠銅精礦Ausmelt熔煉過程，粒度較細，為-200目，主要元素化學成分見表1，XRD物相分析結果如圖1所示。

表1 銅冶煉煙塵化學成分 %

由表1看出：煙塵中主要含Cu、Pb、Zn、Sn、Bi，有一定回收價值；砷質量分數13.48%，需要預處理脫除。

圖1 銅煙塵的XRD圖譜

由圖1看出：銅煙塵的主要物相為PbSO4、SnO2、As2O3、ZnSO4·H2O、Zn(H2O)(OH)(AsO3)、Cu2O(SO4)、Pb2Bi6O11和Fe4(OH)10SO4，主要是氧化物和硫酸鹽的混合物；砷主要以氧化砷(As2O3)和砷酸鹽(Zn(H2O)(OH)(AsO3))形式存在。

試驗所用試劑為碳酸鈉(工業級)和自來水。

試驗所用設備有水浴鍋、玻璃漿攪拌器、燒杯、洗瓶和抽濾瓶(包括真空泵、漏斗和濾紙)。

1.2 試驗原理與方法

碳酸鈉溶液脫砷過程中發生的主要反應如下：

Na2CO3脫砷過程中還會發生一些副反應：

副反應的發生會導致碳酸鈉耗量增加，同時也形成Na2SO4，使脫砷后液綜合治理難度加大。

試驗方法：燒杯中加入一定量水，再加入一定量碳酸鈉并攪拌升溫，碳酸鈉完全溶解后加入一定量銅冶煉煙塵，繼續攪拌。攪拌強度以銅冶煉煙塵完全懸浮在溶液中為限。攪拌一定時間后，對料漿進行真空過濾，待完全液固分離后，用清水(清水用量為煙塵量的2倍)分2次洗滌固體。洗滌之后，在100 ℃下烘干12 h，然后稱重，分析砷質量分數，計算砷浸出率即砷脫除率。

2 試驗結果與討論

2.1 堿酸鈉質量濃度對銅冶煉煙塵脫砷的影響

在液固體積質量比4∶1、溫度80 ℃、浸出時間2 h條件下，碳酸鈉質量濃度對砷脫除率的影響試驗結果如圖2所示。

圖2 碳酸鈉質量濃度對砷脫除率的影響

由圖2看出：隨碳酸鈉質量濃度增大，砷脫除率提高；但碳酸鈉質量濃度增大到一定值后，砷脫除率逐漸降低。試驗確定適宜的碳酸鈉質量濃度為100～150 g/L，此條件下，砷脫除率在95%左右，脫砷渣中砷質量分數為0.5%～1.0%。

脫砷過程中，碳酸鈉用量不足時，浸出液中的砷不能完全形成砷酸鈉，部分砷以As2O3(或As2O5)形式被水直接浸出。

2.2 浸出溫度對銅冶煉煙塵脫砷的影響

在液固體積質量比4∶1、碳酸鈉質量濃度100 g/L、浸出時間2 h條件下，浸出溫度對砷脫除率的影響試驗結果如圖3所示。

圖3 浸出溫度對砷脫除率的影響

由圖3看出，隨浸出溫度升高，砷脫除率提高，浸出渣中砷質量分數降低。溫度升高有利于反應物與生成物的擴散，有利于反應進行。綜合考慮，確定適宜浸出溫度為40～60 ℃。

2.3 浸出時間對銅冶煉煙塵脫砷的影響

在液固體積質量比4∶1、碳酸鈉質量濃度100 g/L、溫度60 ℃條件下，浸出時間對砷脫除率的影響試驗結果如圖4所示。

圖4 浸出時間對砷脫除率的影響

由圖4看出，隨浸出時間延長，浸出渣中砷質量分數降低，砷脫除率僅略有提高。表明脫砷反應速度較快，在很短時間內就基本完成。綜合考慮，確定適宜的浸出時間為40～60 min。

2.4 液固體積質量比對銅冶煉煙塵脫砷的影響

碳酸鈉質量濃度100 g/L，溫度60 ℃，浸出時間60 min，液固體積質量比對脫砷的影響試驗結果如圖5所示。

圖5 液固體積質量比對砷脫除率的影響

由圖5看出，隨液固體積質量比增大，砷脫除率略有提高，浸出渣中砷質量分數逐漸降低。這是因為隨液固體積質量比增大，溶液黏度減小，有利于傳質擴散，從而提高反應速度；但液固體積質量比過大，會導致設備處理能力降低，生產成本提高：綜合考慮，確定適宜的液固體積質量比為(2.5～3)∶1。

3 結論

用碳酸鈉溶液浸出銅冶煉煙塵可有效脫除其中的砷，能耗低，成本低；在液固體積質量比(2.5～3)∶1、40～60 ℃、浸出40～60 min、碳酸鈉質量濃度100 g/L條件下，砷脫除率達95%。對于銅冶煉煙塵，根據砷的存在形態，可以采用水浸+碳酸鈉溶液浸出工藝進行脫砷處理，產出的含砷溶液進一步處理可回收砷。