堿性氧壓體系下高砷鉛陽極泥預(yù)脫砷工藝研究

曲超，王永梅，李照剛

（山東恒邦冶煉股份有限公司，煙臺，264109）

1 前言

山東恒邦冶煉股份有限公司鉛陽極泥中砷、銻含量較高，由于采用火法工藝處理鉛陽極泥，鉛陽極泥中的砷、銻主要以砷、銻氧化物形式進入煙塵中。目前，公司鉛陽極泥冶煉煙灰在生產(chǎn)銻白過程中，仍需要進行濕法脫砷預(yù)處理，因此，對高砷鉛陽極泥進行預(yù)脫砷是十分必要的。

國內(nèi)外對高砷鉛陽極泥脫砷處理工藝主要火法工藝和濕法工藝，火法工藝主要有焙燒法[1]、真空脫砷法[2]，而濕法工藝根據(jù)浸出介質(zhì)不同可分為堿性脫砷浸出法[3]、酸性脫砷浸出法[4]、氯化脫砷浸出法[5-6]等。但是兩者工藝都有顯著缺點，火法工藝揮發(fā)出來的砷品位不高，現(xiàn)場操作環(huán)境惡劣，濕法工藝試劑消耗較大，產(chǎn)生廢液，流程較長。

山東恒邦冶煉股份有限公司根據(jù)公司現(xiàn)有情況，對高砷鉛陽極泥進行預(yù)脫砷工藝研究，實現(xiàn)As高效脫除，完成公司鉛陽極泥冶煉煙灰減持任務(wù)。

2 實驗

2.1 材料與試劑

實驗所用高砷鉛陽極泥來自山東恒邦冶煉股份有限公司精煉分公司，其主要化學(xué)成分如表1所示。

實驗所用試劑有氫氧化鈉（分析純，相對分子質(zhì)量40，純度98%，國藥集團化學(xué)試劑有限公司），氧氣（工業(yè)級，相對分子質(zhì)量32，純度90%，山東恒邦冶煉股份有限公司），實驗所用水均為去離子水。

2.2 實驗儀器

實驗所用儀器有DZF-6050型真空干燥箱（上海博訊實業(yè)有限公司）、高壓釜 （上海科靂儀器設(shè)備有限公司）、Master-Q超純水機（上海和泰儀器有限公司）、SHZ-ⅢA型循環(huán)水真空泵（鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司）

2.3 實驗方法

2.3.1 實驗原理

在堿性氧壓條件下高砷鉛陽極泥中砷、銻化合物分別被轉(zhuǎn)化為易溶解的砷酸鈉和溶解度較低的銻酸鈉。主要反應(yīng)如下：

2.3.2 實驗步驟

稱取高砷鉛陽極泥200g和一定量NaOH溶液加入到高壓釜內(nèi)，密閉高壓釜，開啟攪拌并維持其攪拌速率為500r/min，開啟升溫，待溫度達到預(yù)設(shè)值后，通入氧氣并開始計時，反應(yīng)一定時間后過濾，濾渣洗滌并烘干。濾液與洗水混合定容后采用磷酸鹽-碘量法[7]測定其砷含量、硫酸鈰容量法[7]測定其銻含量。

表1 高砷鉛陽極泥主要化學(xué)成分（%）

砷、銻浸出率計算公式如下式：

其中，Me為As、Sb。

3 實驗結(jié)果及討論

3.1 NaOH用量對As、Sb浸出的影響

在反應(yīng)溫度120℃、氧分壓為0.8MPa、液固比4:1、反應(yīng)時間120min、攪拌速率500r/min條件下，考察了NaOH用量對高砷鉛陽極泥浸出的影響，As、Sb浸出率隨NaOH用量變化關(guān)系如圖2所示。

由圖2可知，高砷鉛陽極泥中As的浸出率隨著NaOH用量的增加而提高，而銻的浸出率隨之相反，當(dāng)NaOH用量為理論量的1.3倍時，NaOH用量對高砷鉛陽極泥中As和Sb的浸出率的影響趨向平緩。NaOH用量由理論量的1倍增加至1.3倍時，As的浸出率由70.30%提高到94.52%，與此同時，Sb的浸出率由16.1%下降到0.6%。這是因為隨著NaOH用量的增加，高砷鉛陽極泥中的As（Ⅲ）和Sb（Ⅲ）逐步轉(zhuǎn)化為溶解度較高的砷酸鈉與溶解度較低的銻酸鈉，表明NaOH用量的增加有利于As的浸出，抑制Sb的浸出，從而實現(xiàn)As和Sb的有效分離。因此，選擇NaOH用量為理論量的1.3倍為較優(yōu)工藝條件。

3.2 反應(yīng)溫度對As、Sb浸出的影響

在NaOH用量為理論量的1.3倍、氧分壓為0.8MPa、液固比4:1、反應(yīng)時間120min、攪拌速率500r/min條件下，考察了反應(yīng)溫度對高砷鉛陽極泥浸出的影響，As、Sb浸出率隨反應(yīng)溫度變化關(guān)系如圖3所示。

從圖3可以得知，高砷鉛陽極泥中As的浸出率隨著反應(yīng)溫度的升高而增加，浸出率由85.42%增加到94.23%，這是因為反應(yīng)溫度對浸出過程有很大的影響，反應(yīng)溫度的升高有利于分子運動速度的增加，降低浸出反應(yīng)所需活化能，因此提高反應(yīng)溫度可以促進As的浸出。而隨著反應(yīng)溫度升高，銻的浸出率由1.71%降至0.8%左右，分析原因為，堿性條件下溫度的升高有利于Sb（Ⅲ）轉(zhuǎn)變?yōu)殇R酸鈉，從而進入渣相 。當(dāng)反應(yīng)溫度達到120℃時，進一步提高反應(yīng)溫度時，對As和Sb的浸出率影響不顯著。因此，選擇反應(yīng)溫度120℃為較優(yōu)工藝條件。

3.3 氧分壓對As、Sb浸出的影響

在NaOH用量為理論量的1.3倍、反應(yīng)溫度120℃、液固比4:1、反應(yīng)時間120min、攪拌速率500r/min條件下，考察了氧分壓對高砷鉛陽極泥浸出的影響，As、Sb浸出率隨氧分壓變化關(guān)系如圖4所示。

圖2 NaOH用量對As、Sb浸出率的影響

圖3 反應(yīng)溫度對As、Sb浸出率的影響

圖4 氧分壓對As、Sb浸出率的影響

由圖4可知，堿性條件下，氧分壓的增大有利于高砷鉛陽極泥中As與Sb的分離，隨著氧分壓的增大，砷浸出率由0.5MPa時的90.31%增加到0.8MPa時的94.33%，而Sb的浸出率由0.5MPa時的1.12%降低到0.8MPa時的0.75%，這表明氧分壓的增大有利于As（Ⅲ）與Sb（Ⅲ）向As（Ⅴ）和Sb（Ⅴ）的轉(zhuǎn)變，從而使得高砷鉛陽極泥中的As和Sb分離。因此，選擇氧分壓為0.8MPa為較優(yōu)工藝條件。

圖5 液固比對As、Sb浸出率的影響

圖6 反應(yīng)時間對As、Sb浸出率的影響

圖7 較優(yōu)條件下驗證試驗結(jié)果

3.4 液固比對As、Sb浸出的影響

在NaOH用量為理論量的1.3倍、反應(yīng)溫度120℃、氧分壓為0.8MPa、反應(yīng)時間120min、攪拌速率500r/min條件下，考察了液固比對高砷鉛陽極泥浸出的影響，As、Sb浸出率隨液固比變化關(guān)系如圖5所示。

由圖5可知，隨著液固比由2:1提高到4:1，高砷鉛陽極泥中As的浸出率由75.71%增加到94.55%，Sb浸出率受液固比影響不大，分析原因為液固比過小時，浸出體系的黏度過大，礦漿沉降分離困難，不利于溶液中離子的擴散，阻礙高砷鉛陽極泥中As與Sb浸出反應(yīng)的進行，當(dāng)液固比超過4:1后，繼續(xù)增加液固比，As與Sb的浸出率變化不大。因此，選擇液固比4:1為較優(yōu)工藝條件。

3.5 反應(yīng)時間對As、Sb浸出的影響

在NaOH用量為理論量的1.3倍、反應(yīng)溫度120℃、氧分壓為0.8MPa、液固比4:1、攪拌速率500r/min條件下，考察了反應(yīng)時間對高砷鉛陽極泥浸出的影響，As、Sb浸出率隨反應(yīng)時間變化關(guān)系如圖5所示。

由圖6可以看出，高砷鉛陽極泥中As的浸出率隨反應(yīng)時間的延長而增加，當(dāng)反應(yīng)時間超過120min后，繼續(xù)延長反應(yīng)時間對As的浸出率影響不大，說明高砷鉛陽極泥中的As基本被浸出，而高砷鉛陽極泥中Sb的浸出率隨著反應(yīng)時間的延長而降低，這是因為亞銻酸鈉可溶解于堿性溶液中，隨著反應(yīng)時間的延長，Sb（Ⅲ）逐步轉(zhuǎn)化為Sb（Ⅴ），生成的銻酸鈉進入渣相，從而使Sb的浸出率下降。因此，選擇反應(yīng)時間120min為較優(yōu)工藝條件。

3.6 驗證實驗

根據(jù)上述的單因素實驗結(jié)果，堿性氧壓體系下高砷鉛陽極泥中分離砷的較優(yōu)工藝條件為：NaOH用量為理論量的1.3倍、溫度120℃、氧分壓0.8MPa、液固比4:1、反應(yīng)時間120min、攪拌速率500r/min，在此條件下進行了五次驗證試驗，實驗結(jié)果如圖7所示，高砷鉛陽極泥中As的浸出率平均為94.54%，Sb的浸出率平均為0.71%。

4 結(jié)論

（1）山東恒邦冶煉股份有限公司高砷鉛陽極泥中，As與 Sb 主 要 以 As2O3、Sb2O3、Me3（AsO3）X、Me3（AsO4）X等氧化物形式存在。

（2）單因素試驗得到的較優(yōu)工藝條件為NaOH用量為理論量的1.3倍、溫度120℃、氧分壓0.8MPa、液固比4:1、反應(yīng)時間120min、攪拌速率500r/min。在此較優(yōu)條件下進行了五次實驗，As的平均浸出率為94.54%，Sb的平均浸出率0.71%。

（3）堿性氧壓體系下高砷鉛陽極泥中分離砷的工藝，實現(xiàn)了砷的高效脫除，工藝流程短，堿耗低，有價金屬可以得到回收。