CN110157914A - 一种砷碱渣搭配含砷物料协同脱砷的方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种砷碱渣搭配含砷物料协同脱砷的方法及应用。按(0.5～8)：1的质量比例称取砷碱渣与含砷物料，混合后焙烧，焙烧料经溶浸后得到浸出渣和浸出液，其中浸出渣主要成分为脱砷产物，浸出液主要成分为砷酸钠及碳酸钠，实现了砷碱渣搭配含砷物料的协同脱砷。本发明将砷碱渣搭配含砷物料进行协同脱砷，代替原来碱的使用，以废治废，大幅降低了治理成本和回收成本，且工艺过程简单，对冶金和资源循环领域具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及含砷物料脱砷及资源综合回收领域，具体涉及一种砷碱渣搭配含砷物料协同脱砷的方法及应用。
背景技术
在有色冶金过程中，精矿中砷的价态或物相会发生变化，进而发生迁移，分布于冶炼产物中，从而产生含砷物料，包括含砷烟尘、含砷阳极泥和黑铜泥等。由于含砷物料的成分复杂且砷含量较高，随着现有环保要求越来越严格，对其进行安全处理变得越来越困难，传统堆存方式暂缓处理易造成二次污染，对人类健康构成严重危害，已不能满足现有要求，开展含砷物料的综合处理成为资源综合利用领域的研究热点。
目前，针对含砷物料的脱砷处理方法主要有火法、湿法、火法湿法联合三类。火法处理主要利用硫化或氧化焙烧挥发，使砷进入烟气收集从而实现砷的脱除；湿法处理主要有碱性氧化-浸出法和酸浸-还原氯化法两种方法进行砷的脱除；火法-湿法联合处理主要采用碱性焙烧-浸出，使得砷进入浸出液与渣中的其它金属分离。
砷碱渣是火法精炼金属过程中加入碱(碳酸钠或氢氧化钠)进行脱砷而产生的废渣，其主要成分包括碳酸钠、砷及其化合物、其它金属及其化合物等。
砷碱渣主要包括一次砷碱渣和二次砷碱渣，其主要成分包括碳酸钠、砷及其化合物、锑及其化合物等。在对粗锑进行精炼的过程中一般采用加入碱(碳酸钠或氢氧化钠)的方式，产生的废渣称为一次砷碱渣；而因为一次砷碱渣中锑的含量还是比较高，因此锑冶金企业往往将一次砷碱渣投入反射炉中做进一步处理，这一过程产生的废渣称为二次砷碱渣。
目前砷碱渣的处理方法主要有两类：第一类，采用氧化剂、稳定剂和调理剂对其进行固化稳定化，达标后进入危险废物填埋场；第二类，实现砷碱渣中砷、其它金属、碱的分离，一般是采用氧化水浸分离含砷碱液，含砷碱液再经分步结晶或沉砷等砷碱分离方法得到碳酸钠及砷化合物(砷酸钠、硫化砷、砷酸铁、砷酸铵、有机胂酸盐等)，亦有研究利用含砷碱溶液吸收废气中二氧化硫，使气体达到排放标准，碱转化为亚硫酸钠。砷碱渣固化稳定化处理以及一定程度的资源化利用不能直接利用砷碱渣，且流程长，成本高。
目前尚没有方法表明能将砷碱渣搭配含砷物料进行协同脱砷。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种砷碱渣搭配含砷物料协同脱砷的方法及应用。
为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：
提供一种砷碱渣搭配含砷物料协同脱砷的方法，包括以下步骤：
步骤一、按(0.5～8)：1的质量比例称取砷碱渣与含砷物料，混合均匀；
步骤二、将混合均匀的砷碱渣与含砷物料进行焙烧，得到焙烧料；
步骤三、对焙烧料进行溶浸，得到浸出渣和浸出液，其中浸出渣为脱砷产物，浸出液为含砷溶液，实现砷碱渣搭配含砷物料的协同脱砷。
优选地，步骤一中，所述砷碱渣为一次砷碱渣，一次砷碱渣与含砷物料的质量比例为(3～8)：1。
优选地，步骤一中，所述砷碱渣为二次砷碱渣，二次砷碱渣与含砷物料的质量比例为(0.5～5)：1。
优选地，步骤一中，所述含砷物料为含砷烟尘、含砷阳极泥和黑铜泥中的一种。
优选地，步骤二中，所述焙烧的条件包括：焙烧时间为1～2h，焙烧温度为500℃～650℃。
优选地，步骤三中，浸出液主要成分为砷酸钠及碳酸钠。
砷碱渣中50％左右的成分是碳酸钠，而砷是以砷酸钠的形式存在。砷碱渣与含砷物料混合焙烧过程中，砷碱渣中的碳酸钠优先与含砷物料中的砷氧化物反应生成砷酸钠，其它金属的氧化物少部分反应生成盐，大部分仍以其它金属氧化物的形式存在。浸出过程中砷酸钠易溶于水使砷进入溶液，而大部分其他金属的盐和氧化物难溶于水故存在于渣中，从而达到脱砷的目的。
本发明的有益效果为：本发明将砷碱渣搭配含砷物料进行协同脱砷，代替原来碱的使用，以废治废，大幅降低了治理成本和回收成本，且工艺过程简单，对冶金和资源循环领域具有重要意义。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
准备砷碱渣用于以下实施例中，砷碱渣包括一次砷碱渣和二次砷碱渣，其主要成分如表1所示。
表1砷碱渣的主要成分及含量
| 元素 | As | Sb | Fe | Pb | S | Sn | Na |
| 一次砷碱渣中的含量(％) | 1.42 | 40.51 | 0.43 | 0.01 | 0.06 | 0.10 | 20.57 |
| 二次砷碱渣中的含量(％) | 15.66 | 3.42 | 0.28 | 0.05 | 0.20 | ﹤0.01 | 34.63 |
实施例1：砷碱渣搭配含砷烟尘的协同脱砷
准备三种包含不同金属种类、含量的含砷烟尘，分别为含砷烟尘1号、含砷烟尘2号和含砷烟尘3号，主要成分如表2所示。
表2含砷烟尘的主要成分及含量
| 元素 | As | Cu | Pb | Zn | Fe | Sn | Bi |
| 含砷烟尘1号中的含量(％) | 4.48 | 12.64 | 21.39 | 2.33 | 5.08 | — | 5.36 |
| 含砷烟尘2号中的含量(％) | 5.00 | 4.08 | 14.02 | 20.44 | — | 11.64 | 0.33 |
| 含砷烟尘3号中的含量(％) | 11.99 | 4.86 | 19.13 | 13.50 | 5.41 | 3.29 | 4.00 |
将含砷烟尘1号、含砷烟尘2号、含砷烟尘3号分别与一次砷碱渣烘干并粉碎，按照m一次砷碱渣：m含砷烟尘＝n(n分别为1，2，3，4，5，8)的质量比例将粉碎后的一次砷碱渣与含砷烟尘1号、含砷烟尘2号、含砷烟尘3号分别混合均匀，500℃温度下焙烧2h。
将焙烧后的焙烧料进行溶浸，溶浸条件为：固液比1:5，浸出温度65℃，浸出时间2.0h，搅拌速率250rpm。
对浸出液分析计算得到As的浸出率，结果如表3所示。由表3可知，当一次砷碱渣和含砷烟尘1号的质量比例为(4～8)：1时，脱砷率能达到95.76％以上；当一次砷碱渣和含砷烟尘2号的质量比例为(4～8)：1时，脱砷率能达到95％以上；当一次砷碱渣和含砷烟尘3号的质量比例为(3～8)：1时，脱砷率能达到94.36％以上。
表3一次砷碱渣搭配含砷烟尘协同脱砷的浸出结果
| n | 含砷烟尘1号As浸出率/％ | 含砷烟尘2号As浸出率/％ | 含砷烟尘3号As浸出率/％ |
| 1 | 32.69 | 52.43 | 49.54 |
| 2 | 55.20 | 75.79 | 77.62 |
| 3 | 90.24 | 92.50 | 94.36 |
| 4 | 95.76 | 95.04 | 97.08 |
| 5 | 97.85 | 97.85 | 98.43 |
| 8 | 98.09 | 98.21 | 98.27 |
将含砷烟尘1号、含砷烟尘2号、含砷烟尘3号分别与二次砷碱渣烘干并粉碎，按照m二次砷碱渣：m含砷烟尘＝n(n分别为0.5，1，2，3，4，5)的质量比例将粉碎后的二次砷碱渣与含砷烟尘1号、含砷烟尘2号、含砷烟尘3号分别混合均匀，600℃温度下焙烧2h。
将焙烧后的焙烧料进行溶浸，溶浸条件为：固液比1:5，浸出温度65℃，浸出时间2.0h，搅拌速率250rpm。
对浸出液分析计算得到As的浸出率，结果如表4所示。由表4可知，当二次砷碱渣和含砷烟尘1号的质量比例为(2～5)：1时，脱砷率能达到94.42％以上；当二次砷碱渣和含砷烟尘2号的质量比例为(1～5)：1时，脱砷率能达到94.27％以上；当二次砷碱渣和含砷烟尘3号的质量比例为(2～5)：1时，脱砷率能达到95％以上。
表4二次砷碱渣搭配含砷烟尘协同脱砷的浸出结果
| n | 含砷烟尘1号As浸出率/％ | 含砷烟尘2号As浸出率/％ | 含砷烟尘3号As浸出率/％ |
| 0.5 | 70.40 | 83.76 | 80.29 |
| 1 | 83.27 | 94.27 | 91.66 |
| 2 | 94.42 | 95.58 | 95.07 |
| 3 | 97.20 | 97.01 | 96.94 |
| 4 | 98.12 | 98.22 | 98.37 |
| 5 | 98.95 | 98.14 | 97.65 |
实施例2：砷碱渣搭配含砷阳极泥的协同脱砷
准备两种包含不同金属种类、含量的含砷阳极泥，分别为含砷铜阳极泥和含砷铅阳极泥，主要成分如表5所示。
表5含砷阳极泥的主要成分及含量
| 元素 | As | Sn | Sb | Pb | Cu | Bi | Ag |
| 含砷铜阳极泥中的含量(％) | 13.06 | 28.00 | 9.90 | 9.40 | 3.27 | 0.39 | — |
| 含砷铅阳极泥中的含量(％) | 4.13 | — | 45.69 | 17.79 | 1.26 | 5.63 | 2.33 |
将含砷铜阳极泥、含砷铅阳极泥分别与一次砷碱渣烘干并粉碎，按照m一次砷碱渣：m含砷阳极泥＝n(n分别为1，2，3，4，5，6)的质量比例将粉碎后的一次砷碱渣与含砷铜阳极泥、含砷铅阳极泥分别混合均匀，600℃温度下焙烧2h。
将焙烧后的焙烧料进行溶浸，溶浸条件为：固液比1:5，浸出温度85℃，浸出时间2.0h，搅拌速率250rpm。
对浸出液分析计算得到As的浸出率，结果如表6所示。由表6可知，当一次砷碱渣和含砷铜阳极泥的质量比例为(4～6)：1时，脱砷率能达到93％以上；当一次砷碱渣和含砷铅阳极泥的质量比例为(3～6)：1时，脱砷率能达到94.83％以上。
表6一次砷碱渣搭配含砷阳极泥协同脱砷的浸出结果
| n | 含砷铜阳极泥As浸出率/％ | 含砷铅阳极泥As浸出率/％ |
| 1 | 48.56 | 45.84 |
| 2 | 71.60 | 81.85 |
| 3 | 88.95 | 94.83 |
| 4 | 93.04 | 98.20 |
| 5 | 94.74 | 98.37 |
| 6 | 94.13 | 96.62 |
将含砷铜阳极泥、含砷铅阳极泥分别与二次砷碱渣烘干并粉碎，按照m二次砷碱渣：m含砷阳极泥＝n(n分别为0.5，1，2，3，4，5)的质量比例将粉碎后的二次砷碱渣与含砷铜阳极泥、含砷铅阳极泥分别混合均匀，650℃温度下焙烧2h。
将焙烧后的焙烧料进行溶浸，溶浸条件为：固液比1:5，浸出温度85℃，浸出时间2.0h，搅拌速率250rpm。
对浸出液分析计算得到As的浸出率，结果如表7所示。由表7可知，当二次砷碱渣和含砷铜阳极泥的质量比例为(0.5～5)：1时，脱砷率能达到95％以上；当二次砷碱渣和含砷铅阳极泥的质量比例为(1～5)：1时，脱砷率能达到93.82％以上。
表7二次砷碱渣搭配含砷阳极泥协同脱砷的浸出结果
| n | 含砷铜阳极泥As浸出率/％ | 含砷铅阳极泥As浸出率/％ |
| 0.5 | 95.37 | 77.86 |
| 1 | 95.92 | 93.82 |
| 2 | 96.16 | 96.95 |
| 3 | 97.75 | 98.66 |
| 4 | 98.01 | 99.34 |
| 5 | 98.65 | 99.31 |
实施例3：砷碱渣搭配黑铜泥的协同脱砷
准备黑铜泥，主要成分如表8所示。
表8黑铜泥的主要成分及含量
| 元素 | As | Cu | Ni | Pb | Sb | Bi |
| 含量(％) | 14.26 | 51.81 | 1.26 | 0.97 | 0.68 | 0.45 |
将黑铜泥与一次砷碱渣烘干并粉碎，按照m一次砷碱渣：m黑铜泥＝n(n分别为1，2，3，4，5，8)的质量比例将粉碎后的一次砷碱渣与黑铜泥混合均匀，550℃温度下焙烧2h。
将焙烧后的焙烧料进行溶浸，溶浸条件为：固液比1:5，浸出温度85℃，浸出时间2.0h，搅拌速率250rpm。
对浸出液分析计算得到As的浸出率，结果如表9所示。由表9可知，当一次砷碱渣和黑铜泥的质量比例为(4～8)：1时，脱砷率能达到94.58％以上。
表9一次砷碱渣搭配黑铜泥协同脱砷的浸出结果
| n | As浸出率/％ |
| 1 | 46.57 |
| 2 | 63.91 |
| 3 | 94.58 |
| 4 | 96.44 |
| 5 | 97.86 |
| 8 | 98.32 |
将黑铜泥与二次砷碱渣烘干并粉碎，按照m二次砷碱渣：m黑铜泥＝n(n分别为0.5，1，1.5，2，3，5)的质量比例将粉碎后的二次砷碱渣与黑铜泥混合均匀，650℃温度下焙烧2h。
将焙烧后的焙烧料进行溶浸，溶浸条件为：固液比1:5，浸出温度65℃，浸出时间2.0h，搅拌速率250rpm。
对浸出液分析计算得到As的浸出率，结果如表10所示。由表10可知，当二次砷碱渣和黑铜泥的质量比例为(1.5～5)：1时，脱砷率能达到97.48％以上。
表10二次砷碱渣搭配黑铜泥协同脱砷的浸出结果
| n | As浸出率/％ |
| 0.5 | 51.22 |
| 1 | 94.02 |
| 1.5 | 97.48 |
| 2 | 98.05 |
| 3 | 98.46 |
| 5 | 98.37 |
对比例1：碳酸钠用于含砷烟尘的脱砷
将含砷烟尘1号、含砷烟尘2号、含砷烟尘3号和碳酸钠烘干并粉碎，按照m碳酸钠：m含砷烟尘＝n(n分别为0.6，0.8，1.0，1.2，1.5)的质量比例将碳酸钠分别与含砷烟尘1号、含砷烟尘2号、含砷烟尘3号混合均匀，550℃温度下焙烧2h。
将焙烧后的焙烧料进行溶浸，溶浸条件为：固液比1:5，浸出温度75℃，浸出时间2.0h，搅拌速率250rpm。
对浸出液分析计算得到As的浸出率，结果如表11所示。
表11碳酸钠用于含砷烟尘脱砷的浸出结果
| n | 含砷烟尘1号As浸出率/％ | 含砷烟尘2号As浸出率/％ | 含砷烟尘3号As浸出率/％ |
| 0.6 | 83.28 | 75.65 | 69.71 |
| 0.8 | 95.24 | 92.38 | 93.38 |
| 1.0 | 95.76 | 95.66 | 94.56 |
| 1.2 | 97.85 | 97.80 | 96.80 |
| 1.5 | 98.59 | 96.92 | 97.92 |
对比例2：碳酸钠用于含砷铜阳极泥的脱砷
将含砷铜阳极泥、含砷铅阳极泥和碳酸钠烘干并粉碎，按照m碳酸钠：m含砷阳极泥＝n(n分别为0.6，0.8，1.0，1.2)的质量比例将碳酸钠分别与含砷铜阳极泥、含砷铅阳极泥混合均匀，600℃温度下焙烧2h。
将焙烧后的焙烧料进行溶浸，溶浸条件为：固液比1:5浸出温度85℃，浸出时间2.0h，搅拌速率250rpm。
对浸出液分析计算得到As的浸出率，结果如表12所示。
表12碳酸钠用于含砷阳极泥脱砷的浸出结果
对比例3：碳酸钠用于黑铜泥的脱砷
将黑铜泥和碳酸钠烘干并粉碎，按照m碳酸钠：m黑铜泥＝n(n分别为0.6，0.8，1.0，1.2)的质量比例将碳酸钠与黑铜泥混合均匀，650℃温度下焙烧2h。
将焙烧后的焙烧料进行溶浸，溶浸条件为：固液比1:5，浸出温度85℃，浸出时间2.0h，搅拌速率250rpm。
对浸出液分析计算得到As的浸出率，结果如表13所示。
表13碳酸钠用于黑铜泥脱砷的浸出结果
| n | As浸出率/％ |
| 0.6 | 85.23 |
| 0.8 | 97.54 |
| 1.0 | 98.86 |
| 1.2 | 98.62 |
由表11～13可知，本发明砷碱渣搭配含砷物料的协同脱砷方法相比于传统使用碳酸钠作为脱砷剂的方法，其脱砷率相当，甚至更高，且本发明的协同脱砷方法使用以废治废，降低了成本。
Claims (8)
1.一种砷碱渣搭配含砷物料协同脱砷的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、按(0.5～8)：1的质量比例称取砷碱渣与含砷物料，混合均匀；
步骤二、将混合均匀的砷碱渣与含砷物料进行焙烧，得到焙烧料；
步骤三、对焙烧料进行溶浸，得到浸出渣和浸出液，其中浸出渣为脱砷产物，浸出液为含砷溶液，实现砷碱渣搭配含砷物料的协同脱砷。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤一中，所述砷碱渣为一次砷碱渣，一次砷碱渣与含砷物料的质量比例为(3～8)：1。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤一中，所述砷碱渣为二次砷碱渣，二次砷碱渣与含砷物料的质量比例为(0.5～5)：1。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤一中，所述含砷物料为含砷烟尘、含砷阳极泥和黑铜泥中的一种。
5.根据权利要求1～4任一项所述的方法，其特征在于，步骤二中，所述焙烧的条件包括：焙烧时间为1～2h，焙烧温度为500℃～650℃。
6.根据权利要求1～4任一项所述的方法，其特征在于，步骤三中，浸出液主要成分为砷酸钠及碳酸钠。
7.权利要求1～6任一项所述的方法在冶金方面的应用。
8.权利要求1～6任一项所述的方法在资源循环方面的应用。
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