高砷鉛陽極泥常壓堿浸脫砷試驗研究

喻小強，徐家聰，易 勤，溫盛匯，田 磊

(江西理工大學 綠色冶金與過程強化研究所，江西 贛州 341000)

鉛和砷的物理化學性質相似，大多數鉛礦石中都含有少量砷[1-3]。煉鉛過程中，絕大部分雜質成分會進入陽極泥，其中包含金、銀、砷、銻等[4-8]。鉛陽極泥中的砷難以富集分離，所以從鉛陽極泥中回收有價金屬時須預脫砷。

目前，從鉛陽極泥中脫除砷已有許多研究[9-22]。如采用水洗—脫砷—酸浸—蒸發結晶工藝[16]處理高砷高錫鉛陽極泥，砷脫除率可達96.49%；采用堿性焙燒—熱水浸出工藝[17]處理高砷高錫鉛陽極泥,適宜條件下，砷脫除率達97.48%，錫回收率98.58%，鉛、銅回收率均超過99.5%。

試驗研究了常壓下對高砷鉛陽極泥用NaOH浸出脫砷，確定了適宜浸出條件，以期對工業處理高砷鉛陽極泥提供參考。

1 試驗部分

1.1 試驗原料、試劑與設備

高砷鉛陽極泥：取自河南某鉛冶煉廠，主要成分見表1，XRD分析結果如圖1所示。

圖1 鉛陽極泥的XRD分析結果

表1 高砷鉛陽極泥元素分析結果 %

由表1、圖1看出：高砷鉛陽極泥的主要元素為Pb、As、Sb，其主要存在形式為Pb3O4、As2O3、Sb2O3和NaSbO3。SEM、EDS分析結果(圖2)表明，鉛陽極泥呈團聚狀，元素分布均勻。

圖2 高砷鉛陽極泥的SEM(a)、EDS(b)分析結果

試驗試劑：NaOH(≥96.0%，分析純)，H2O2(31.0%，高級純)。試驗用水皆為高純水(電阻率為18.25 MΩ·cm)。

試驗設備：DF-101F集熱式恒溫加熱磁力攪拌器(邦西儀器科技有限公司)。

1.2 試驗原理與方法

由于NaAs(OH)6較NaAs(OH)4更易于溶解于堿性溶液中，而NaSb(OH)6較NaSb(OH)4溶解度更低，所以先用氧化劑將As和Sb氧化成高價態。相比于O2等氧化劑，H2O2的氧化效果更好，且綠色環保。

陽極泥中，As以As2O3形式存在，Sb主要以氧化物形式存在，堿浸過程中發生如下反應：

(1)

(2)

NaAs(OH)6進入浸出液，而NaSb(OH)6不溶于NaOH溶液進入浸出渣；Pb3O4不溶于水，也幾乎不與NaOH反應留在渣中。

稱取一定質量高砷鉛陽極泥，加入到500 mL燒杯中，加入一定量NaOH溶液。用保鮮膜密封燒杯，放入DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器中水浴加熱，控制適當溫度并攪拌。反應一定時間后冷卻，抽濾。濾渣采用電感耦合等離子體發射光譜法測定砷、銻、鉛含量，按式(3)各元素計算浸出率：

(3)

式中：η—元素浸出率，%；ρ1—浸出液中As、Sb、Pb離子質量濃度，g/L；V1—浸出液體積，mL；m0—陽極泥質量，g；x0—As、Sb、Pb元素在陽極泥中的質量分數，%。

2 試驗結果與討論

2.1 浸出溫度對As、Pb、Sb浸出率的影響

高砷鉛陽極泥質量50 g，H2O2添加量10 mL，NaOH質量濃度80 g/L，液固體積質量比4 mL/1 g，浸出時間90 min，攪拌速度400 r/min，浸出溫度對As、Pb、Sb浸出率的影響試驗結果如圖3所示。

圖3 浸出溫度對As、Pb、Sb浸出率的影響

由圖3看出：As浸出率隨溫度升高而提高；90 ℃時，As浸出率提高到94.98%；隨溫度升高，Pb、Sb浸出率均很低且變化不明顯。綜合考慮，確定浸出溫度以90 ℃為宜。

2.2 H2O2添加量對As、Pb、Sb浸出率的影響

高砷鉛陽極泥質量50 g，浸出溫度90 ℃，NaOH質量濃度80 g/L，液固體積質量比4 mL/1 g，浸出時間90 min，攪拌速度400 r/min，H2O2添加量對As、Pb、Sb浸出率的影響試驗結果如圖4所示。可以看出:As浸出率隨H2O2添加量增加而提高；H2O2添加量為10 mL時，As浸出率達94.98%，之后趨于穩定；隨H2O2添加量增加，Pb浸出率有所提高，Sb浸出率有所降低，但總體上Pb、Sb浸出率均變化不大。綜合考慮，H2O2添加量以10 mL為宜。

圖4 H2O2添加量對As、Pb、Sb浸出率的影響

2.3 NaOH質量濃度對As、Pb、Sb浸出率的影響

高砷鉛陽極泥質量50 g，浸出溫度90 ℃，H2O2添加量10 mL，液固體積質量比4 mL/1 g，浸出時間90 min，攪拌速度400 r/min，NaOH質量濃度對As、Pb、Sb浸出率的影響結果如圖5所示。

圖5 NaOH質量濃度對As、Pb、Sb浸出率的影響

由圖5看出：隨NaOH質量濃度升高，As浸出率提高，NaOH質量濃度為80 g/L時，As浸出率達最大，之后趨于穩定；隨NaOH質量濃度升高，Pb、Sb浸出率也略有提高，但總體提高幅度不大，僅為2.91%和2.85%。綜合考慮，確定NaOH質量濃度以80 g/L為宜。

2.4 液固體積質量比對As、Pb、Sb浸出率的影響

高砷鉛陽極泥質量50 g，溫度90 ℃，H2O2添加量10 mL，NaOH質量濃度80 g/L，浸出時間90 min，攪拌速度400 r/min，液固體積質量比對As、Pb、Sb浸出率的影響試驗結果如圖6所示。可以看出：隨液固體積質量比增大，As浸出率提高效果明顯，液固體積質量比為4 mL/1 g時，As浸出率在94%以上且相對穩定；Pb、Sb浸出率總體維持在3%以下。綜合考慮，確定液固體積質量比以4 mL/1 g為宜。

圖6 液固體積質量比對As、Pb、Sb浸出率的影響

2.5 浸出時間對As、Pb、Sb浸出率的影響

高砷鉛陽極泥質量50 g，浸出溫度90 ℃，H2O2添加量10 mL，NaOH質量濃度80 g/L，液固體積質量比4 mL/1 g，攪拌速度400 r/min，浸出時間對As、Pb、Sb浸出率的影響試驗結果如圖7所示。

圖7 浸出時間對As、Pb、Sb浸出率的影響

由圖7看出：As浸出率隨浸出時間延長而提高，反應90 min時，As浸出率為94.98%，Pb、Sb浸出率分別為2.91%和2.85%，之后都趨于穩定。綜合考慮，確定浸出時間以90 min為宜。

2.6 浸出渣的物相分析

高砷鉛陽極泥中的砷經堿浸后進入浸出液，而絕大部分鉛、銻相則進入浸出渣。浸出不同時間后堿浸渣的XRD圖譜如圖8所示。

圖8 浸出不同時間后堿浸渣的XRD圖譜

由圖8看出：浸出20 min，As2O3轉化為Na3AsO4·10H2O；隨浸出進行，Na3AsO4·10H2O逐漸消失，最終留下的是NaSb(OH)6和Pb3O4。Sb主要以NaSb(OH)6形式存在于渣中，Pb依然以Pb3O4存在，未參與反應。

堿浸渣的SEM、EDS分析結果如圖9所示。

圖9 堿浸渣的SEM(a)、EDS(b)分析結果

由圖9看出：堿浸渣顆粒部分呈無規則狀蓬松團聚，主要元素為Na、Sb和O，As的峰值很弱，表明通過堿浸，大部分As已被分離。

3 結論

采用氫氧化鈉溶液氧化浸出法從高砷鉛陽極泥中脫除砷是可行的，砷在堿浸的過程中以可溶性Na3AsO4形式進入浸出液，而鉛、銻基本留在浸出渣中。適宜條件下，砷脫除率達94.98%，脫砷效果較好。