從高砷鉛陽極泥中氧壓堿浸—水浸脫砷試驗研究

張 劍，梁秀秀，鄧金亮

(江西銅業貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335400)

鉛電解陽極泥中含有金、銀、鉛、砷、銅、銻等元素，是重要的二次資源[1-2]。在高砷鉛陽極泥綜合處理中，砷易在中間物料和產品中賦存，在冶煉系統中循環積累，加大有價金屬回收難度[3]。目前，國內外對高砷鉛陽極泥脫砷主要采用濕法、火法和火法-濕法聯合工藝。火法主要有真空脫砷法和焙燒法，工藝較成熟，具有流程短、原料適應性強、處理能力大等優點，但脫砷率低、環境污染較重、作業環境惡劣[4-5]。濕法根據浸出體系分為水浸、酸浸和堿浸，具有脫砷率高、環境相對友好的優勢，但廢液處理量大、綜合回收率低[6-8]。火法-濕法聯合工藝主要通過預處理將砷轉化為易浸出的鹽類，再通過濕法浸出使砷進入液相，兼具火法和濕法的優點，原料適應性強、脫砷率高，但試劑消耗量大、生產成本高[9]。

對于高砷鉛陽極泥，氧壓堿浸的砷脫除率可達94%[10]，常壓、加壓堿浸的砷脫除率為99%[11]。但某高砷鉛陽極泥的氧壓堿浸的砷脫除率僅為75.35%～84.71%，因此，針對此陽極泥，研究了采用氧壓堿浸—水浸工藝脫除砷，以期為從此類高砷鉛陽極泥中脫除砷提供參考。

1 試驗部分

1.1 試驗原料、試劑與設備

高砷鉛陽極泥：取自某鉛電解廠，其主要化學成分見表1。

表1 高砷鉛陽極泥主要化學成分 %

試驗試劑：氫氧化鈉(98%)、氧氣(90%)，均為工業級。

試驗設備：23 m3高壓反應釜(不銹鋼),20 m3反應釜(不銹鋼)，壓濾機，XAZF197/1250-U型，20 m3不銹鋼漿化槽。

1.2 試驗原理與方法

氧壓堿浸條件下，高砷鉛陽極泥中的砷化合物分別轉化為易溶解的砷酸鈉。主要反應如下：

2xNa3AsO4+3xH2O+3Me2Ox↓；

2xNa3AsO4+3xH2O+3Me2Ox↓。

水浸條件下，氧壓堿浸渣中結晶的砷酸鈉被溶解。主要反應如下：

氧壓堿浸試驗在23 m3高壓釜中進行，水浸試驗在20 m3反應釜中進行。兩段浸出之后，分別采用板框壓濾機進行液固分離。濾渣烘干后分析其中砷質量分數，計算砷浸出率。

2 試驗結果與討論

2.1 氧壓堿浸

2.1.1 反應溫度對砷脫除率的影響

液固體積質量比6/1，反應時間6 h，氧壓1.0 MPa，氫氧化鈉質量濃度130 g/L，攪拌速度500 r/min，反應溫度對砷脫除率的影響試驗結果如圖1所示。

圖1 反應溫度對砷脫除率的影響

由圖1看出：隨溫度升高，砷脫除率提高；溫度升至120 ℃，砷脫除率提高到82.34%，之后趨于穩定。綜合考慮，確定反應溫度以120 ℃為宜。

2.1.2 反應時間對砷脫除率的影響

液固體積質量比6/1，溫度120 ℃，氧壓1.0 MPa，氫氧化鈉質量濃度130 g/L,攪拌速度500 r/min，反應時間對砷脫除率的影響試驗結果如圖2所示。

圖2 反應時間對砷脫除率的影響

由圖2看出：隨反應時間延長，砷脫除率提高；反應4 h時，砷脫除率達83.13%，之后變化不大。綜合考慮，確定反應時間以不低于4 h為宜。

2.1.3 液固體積質量比對砷脫除率的影響

溫度120 ℃，反應時間4 h，氧壓1.0 MPa，氫氧化鈉質量濃度130 g/L，攪拌速度500 r/min，液固體積質量比對砷脫除率的影響試驗結果如圖3所示。

圖3 液固體積質量比對砷脫除率的影響

由圖3看出：隨液固體積質量比增大，砷脫除率提高；液固體積質量比增大至4/1時，砷脫除率達82.47%，之后趨于穩定。綜合考慮，確定液固體積質量比為4/1為宜。

2.1.4 氫氧化鈉質量濃度對砷脫除率的影響

溫度120 ℃，反應時間4 h，氧壓1.0 MPa，液固體積質量比4/1，攪拌速度500 r/min，氫氧化鈉質量濃度對砷脫除率的影響試驗結果如圖4所示。

圖4 氫氧化鈉質量濃度對砷脫除率的影響

由圖4看出：隨氫氧化鈉質量濃度增大，砷脫除率提高；氫氧化鈉質量濃度增至110 g/L時，砷脫除率為83.15%；氫氧化鈉質量濃度繼續增大，砷脫除率變化不大。綜合考慮，確定適宜的氫氧化鈉質量濃度為110 g/L。

2.1.5 氧壓對砷脫除率的影響

溫度120 ℃，反應時間4 h，氫氧化鈉質量濃度110 g/L，液固體積質量比4/1，攪拌速度500 r/min，氧壓對砷脫除率的影響試驗結果如圖5所示。

圖5 氧壓對砷脫除率的影響

由圖5看出：隨氧壓增大，砷脫除率提高；氧壓達到0.8 MPa時，砷脫除率提高至82.56%；氧壓繼續增大，砷脫除率趨于穩定。綜合考慮，氧壓以0.8 MPa為宜。

2.2 水浸

氧壓堿浸后，鉛陽極泥中砷脫除率在85%左右，仍有一部分砷留在渣中。對此氧壓堿浸渣用水再次浸出，以脫除剩余的砷。

2.2.1 水浸溫度對砷脫除率的影響

液固體積質量比4/1，反應時間4 h，攪拌速度500 r/min，水浸溫度對砷脫除率的影響試驗結果如圖6所示。

圖6 水浸溫度對砷脫除率的影響

由圖6看出：隨溫度升高，砷脫除率提高；水溫為75 ℃時，砷脫除率達94.35%；溫度繼續升高，砷脫除率變化不大。綜合考慮，確定水浸溫度以75 ℃為宜。

2.2.2 水浸時間對砷脫除率的影響

液固體積質量比4/1，水溫75 ℃，攪拌速度500 r/min，水浸時間對砷脫除率的影響試驗結果如圖7所示。

圖7 水浸時間對砷脫除率的影響

由圖7看出：隨水浸時間延長，砷脫除率提高；水浸1 h時，砷脫除率達93.67%，之后再繼續浸出，砷脫除率變化不大。綜合考慮，確定適宜水浸時間為1 h。

2.2.3 液固體積質量比對砷脫除率的影響

水溫75 ℃，反應時間1 h，攪拌速度500 r/min，液固體積質量比對砷脫除率的影響試驗結果如圖8所示。

圖8 液固體積質量比對砷脫除率的影響

由圖8看出：隨液固體積質量比增大，砷脫除率提高；液固體積質量比增大至3/1時，砷脫除率提高到94.71%；液固體積質量比繼續增大，砷脫除率變化不大。綜合考慮，確定液固體積質量比以3/1為最佳。

2.3 氧壓堿浸—水浸脫砷綜合試驗

高砷鉛陽極泥經氧壓堿浸、水浸兩段處理后，砷脫除率可達較高水平；但水耗量和廢水處理量都較大。綜合考慮成本等因素，研究了氧壓堿浸—水浸兩段逆流脫砷工藝，將水浸后液作為氧壓堿浸劑，適當調整堿質量濃度后繼續用于浸出脫砷。

經堿浸及水浸兩段處理，砷脫除率達94.31%，浸出效果較好，廢水循環使用零排放。

3 結論

采用氧壓堿浸—水浸兩段逆流工藝處理高砷鉛陽極泥可將94%的砷脫除，除砷效果較好且指標穩定，廢水循環使用不外排，工藝可靠。