硫酸銨溶液中重金屬離子及砷的分離工藝研究與生產實踐

李龍仙

(富民薪冶工貿有限公司五華分公司，云南 昆明 650000)

重金屬冶煉過程產生的煙氣治理是各冶煉廠均需面對的問題，其中煙氣中的SO2治理是氣體排放的關鍵。對高濃度SO2煙氣，一般采用制酸的方式進行治理，低濃度SO2煙氣多采用氨法、堿法、活性焦、有機氨吸收等方法進行治理。

在中銅下屬的某銅冶煉煙塵綜合回收利用企業采用濕法浸出+火法熔煉的工藝，火法熔煉采用了密閉鼓風爐，煙氣經除塵后所含的SO2采用氨法脫硫的工藝脫除。該工藝產出高濃度的亞硫酸銨溶液，此溶液經酸分解后產出硫酸銨溶液，溶液經蒸發濃縮結晶、過濾、干燥后得到硫酸銨產品。但在生產實踐中，該煙氣治理工藝存在重金屬塵未能做到100%脫除(除塵效率約98%)，部分粉塵在后段脫硫時被捕集到亞硫酸氨溶液中，導致產出的硫酸銨產品重金屬含量超標，成為不合格產品。

為改變這一狀況，確保產出的硫酸銨產品是合格品，需將硫酸銨溶液中的重金屬離子有效脫出。

通過工藝對比，并經小型實驗、中試、擴試驗證，確定了采用鐵鹽法工藝脫除硫酸銨溶液中的重金屬離子，得到了較好的效果，最終在生產中成功運用。

1 工藝原理

酸分解后的硫酸銨溶液中砷主要以三氧化二砷、正亞砷酸和偏亞砷酸及其他的鹽類形式存在：

4OH2-+As2O3→As2O52-+2H2O

3H++AsO33-=As(OH)3=As3++3OH-

5H++AsO43-=As5++3OH-+H2O

AsO43-+Fe(OH)3=FeAsO4+↓3OH-

AsO33-+Fe(OH)3=FeAsO3+↓3OH-

硫酸銨溶液中重金屬離子在加入氨水和鐵鹽后，經自吸式空氣氧化器攪拌、氧化，其重金屬離子形成氫氧化物沉淀，鐵離子形成氫氧化鐵以凝聚吸附砷離子達到共沉淀，其化學反應過程如下：

Men++nOH-=Me(OH)n↓

Fe(SO4)3+6OH-=2Fe(OH)3↓+3SO42-

2 工藝流程設計

鼓風爐煙氣經重力除塵、電收塵動力波除塵、兩級氨吸脫硫處理后得到亞硫酸銨溶液，該溶液處理工藝流程見圖1。

亞硫酸銨溶液經酸分解、中和、氧化除去砷及重金屬離子后，蒸發濃縮結晶得到合格硫酸銨產品。

3 工藝技術說明

氧化反應前溶液成分表。

鼓風爐煙氣治理得到的亞硫酸銨溶液，首先應將亞鹽轉化為正鹽，本工藝采用酸分解工藝，將亞硫酸銨分解成硫酸銨，同時釋放出高濃度SO2氣體，再經壓縮、冷卻后產出液體SO2。

由于需保持硫酸銨溶液的純凈性，不宜采用石灰等作為中和劑，本工藝采用氨水作為中和劑。

為得到較好的氧化、沉淀效果，溶液需保持一定的pH值，本工藝技術采用氨水做中和劑。溶液在不同pH條件下氧化反應速度如圖2所示。

表1 溶液成分表(g/L)

從圖2可以看出pH值與氧化速度之間的時間關系，pH>7氧化速度較快，但較高的pH值消耗氨水量較大，經濟性差，且會有氨味溢出，考慮到最終硫酸銨產品pH值需保持在7左右，綜合分析，確定溶液pH值保持7左右效果最佳。

本生產工藝須在氧化過程中加入硫酸亞鐵，硫酸亞鐵加入量直接影響到溶液反應終點As的含量，其關系如圖3。

從圖3可以看出，鐵∶砷值越大，除砷效果越好，但會造成生產成本上升，故選擇鐵∶砷為5∶1較為合適。

硫酸銨產品成分見表2。

表2 硫酸銨產品成分 (%)

4 結果與討論

硫酸銨溶液中重金屬離子及砷的分離溶液pH值的控制是工藝關鍵點之一，采用氨水作中和劑使溶液pH值保持在7左右，可得到較好的氧化分離效果。

對溶液進行加溫，保持反應溫度在80～85℃，可得到較快的反應速度。

采用硫酸亞鐵作強化沉淀劑，并按Fe∶As=5∶1(摩爾比)處理工藝投加，可確保溶液中砷下降到0.05g/L，產出的硫酸銨產品中含砷<0.05%，銅、鐵、鋅、鉛等重金屬含量達到硫酸銨產品標準。

該工藝成功應用于生產，解決了硫酸銨產品中重金屬和砷超標的問題，在保障主生產平穩運行的同時，產出了合格的硫酸銨產品，經實際運行證明，工藝操作簡單，而且費用低、效果好。