王紹宇，秦慶偉，劉文科，廖廣東，湯海波，王 珊

(1.武漢科技大學(xué) 鋼鐵冶金及資源利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430081；2.武漢科技大學(xué) 鋼鐵冶金新工藝湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430081；3.湖北大江環(huán)保科技股份有限公司，湖北 黃石 435005)

澳斯麥特熔煉煙塵中含有銅、鉛、鋅、錫、砷、銻、鉍、鎘、銦等多種有價(jià)元素，可從中回收銅、硫酸鋅、海綿銦、海綿鎘、鉛鉍合金等[1-2]。目前，從這種煙塵中回收有價(jià)金屬主要采用濕法-火法聯(lián)合工藝，即用稀硫酸浸出，將銅、鋅、砷、鎘等以可溶性鹽形式轉(zhuǎn)入溶液，溶液中的銅、鋅、鎘采用電積、濃縮結(jié)晶法回收，砷用SO2還原制得白砷，浸出渣制團(tuán)后通過(guò)富氧側(cè)吹熔煉獲得鉛鉍合金和鉛冰銅。生產(chǎn)過(guò)程中，部分砷在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，導(dǎo)致浸出液中砷含量逐漸升高，影響還原作業(yè)。浸出液中的砷可采用Na2S浸出—氧化工藝加以分離[3]，制取砷酸鈉產(chǎn)品；或在強(qiáng)堿性介質(zhì)中浸出銻砷煙塵中的銻和砷，然后在堿性條件下加氧化劑氧化浸出液，使銻、砷分離，分別制取焦銻酸鈉和砷酸鈉，其他金屬離子富集于浸出渣中[4]。為解決循環(huán)溶液中砷的富集問(wèn)題，試驗(yàn)研究了用苛性鈉溶液從澳斯麥特?zé)焿m中浸出分離砷、銻，以期為此類煙塵的綜合治理及有價(jià)金屬回收提供適宜方法。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原料與設(shè)備

試驗(yàn)原料為澳爐煙塵。先將澳爐煙塵水洗3 h，液固分離后的濾渣真空干燥24 h，然后用0.125 mm標(biāo)準(zhǔn)篩篩分。水洗澳爐煙塵主要成分分析結(jié)果見表1。

表1 水洗澳爐煙塵主要成分 %

澳爐煙塵中的砷、鉛、銻等主要以As2O3、Me(AsO3)2、Pb2As2O7、PbAs2O6、Pb4As2O9、Pb5(AsO4)3OH、Pb(OH)2、PbSO4、Sb2O3、Sb2S3形式存在。

試驗(yàn)主要儀器：ZKF040型電熱真空干燥箱，DF-101S型集熱式磁力攪拌器，SHB-Ⅲ型循環(huán)水式真空泵，DGS-Ⅲ型原子發(fā)射光譜儀，ARL9900XD型X射線熒光光譜儀，Nova400型場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡，D8 ADVANCE型X射線衍射儀。

1.2 試驗(yàn)原理

浸出過(guò)程中可能發(fā)生的主要反應(yīng)如下[5-8]：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

1.3 試驗(yàn)方法

取一定量NaOH溶液于錐形瓶中，用保鮮膜包住瓶口，防止水分過(guò)多揮發(fā)。打開集熱式攪拌器，設(shè)定攪拌溫度及攪拌速度，水浴溫度和錐形瓶?jī)?nèi)溶液溫度達(dá)設(shè)定溫度時(shí)，加入澳爐煙塵，并開始計(jì)時(shí)。反應(yīng)一段時(shí)間后，將反應(yīng)物料取出，固液分離后烘干濾渣并稱重，分析濾液及濾渣中各金屬含量，計(jì)算金屬元素浸出率。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 氫氧化鈉濃度對(duì)浸出的影響

圖1 氫氧化鈉濃度對(duì)金屬浸出率的影響

2.2 浸出時(shí)間對(duì)浸出的影響

澳爐煙塵質(zhì)量10 g，氫氧化鈉濃度2 mol/L，溫度90 ℃，液固體積質(zhì)量比5 mL/g，攪拌速度400 r/min，浸出時(shí)間對(duì)金屬元素浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 浸出時(shí)間對(duì)金屬浸出率的影響

由圖2看出：隨反應(yīng)進(jìn)行，砷浸出率先提高后趨于穩(wěn)定，反應(yīng)1.0 h后，砷浸出率為77.9%，繼續(xù)反應(yīng)，砷浸出率變化不大；隨反應(yīng)進(jìn)行，鉛、鋅浸出率略有提高。延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，反應(yīng)會(huì)更完全，砷、鉛、鋅浸出率會(huì)有所提高；但隨反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，更多的Sb(Ⅲ)被氧化成Sb(Ⅴ)，而Sb(Ⅴ)會(huì)在氫氧化鈉溶液中水解生成銻酸鈉沉淀，導(dǎo)致銻浸出率下降。綜合考慮，確定反應(yīng)時(shí)間以1.0 h為宜。

2.3 溫度對(duì)浸出的影響

澳爐煙塵質(zhì)量10 g，氫氧化鈉濃度2 mol/L，浸出時(shí)間1.0 h，液固體積比5 mL/g，攪拌速度400 r/min，溫度對(duì)金屬元素浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 溫度對(duì)金屬浸出率的影響

由圖3看出：隨溫度升高，砷浸出率逐漸提高，銻浸出率僅略微升高，鉛浸出率基本保持不變，鋅浸出率下降；溫度為90 ℃時(shí)，砷浸出率為77.9%，銻、鉛浸出率為1.04%和15.07%，鋅浸出率下降到9.6%。綜合考慮，確定溫度以90 ℃為最佳。

2.4 液固體積質(zhì)量比對(duì)浸出的影響

澳爐煙塵質(zhì)量10 g，氫氧化鈉濃度2 mol/L，浸出溫度90 ℃，浸出時(shí)間1.0 h，攪拌速度400 r/min，液固體積質(zhì)量比對(duì)金屬元素浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 液固體積質(zhì)量比對(duì)金屬浸出率的影響

由圖4看出：砷、銻、鉛、鋅浸出率均隨液固體積質(zhì)量比增大而提高；液固體積質(zhì)量比為3 mL/g時(shí)，砷、銻、鉛、鋅浸出率分別為60.51%、0.25%、9.66%、6.7%；液固體積質(zhì)量比增大到5 mL/g時(shí)，砷浸出率提高到77.9%；液固體積質(zhì)量比提高到9 mL/g時(shí)，砷、銻、鉛、鋅浸出率均變化不大。隨液固體積質(zhì)量比增大，煙塵顆粒與浸出劑的接觸面積增大，有利于反應(yīng)進(jìn)行。綜合考慮，確定液固體積質(zhì)量比以5 mL/g較為適宜。

2.5 攪拌速度對(duì)浸出的影響

澳爐煙塵質(zhì)量10 g，氫氧化鈉濃度2 mol/L，浸出時(shí)間1.0 h，溫度90 ℃，液固體積質(zhì)量比5 mL/g，攪拌速度對(duì)金屬元素浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 攪拌速度對(duì)金屬浸出率的影響

由圖5看出：隨攪拌速度增大，砷浸出率提高，鉛、鋅浸出率變化不大，銻浸出率略有下降；攪拌速度增至400 r/min時(shí)，砷浸出率為71.9%。攪拌速度較低時(shí)，澳爐煙塵部分沉積在瓶底，澳爐煙塵與浸出劑混合不充分，影響各元素浸出；隨攪拌速度增大，部分可溶性銻被氧化為不溶性的焦銻酸，因此，銻浸出率有所下降。綜合考慮，確定攪拌速度以400 r/min較為適宜。

2.6 綜合試驗(yàn)

根據(jù)上述試驗(yàn)確定的最佳條件，用NaOH溶液浸出澳爐煙塵：氫氧化鈉濃度2 mol/L，液固體積質(zhì)量比5 mL/g，浸出溫度90 ℃，浸出時(shí)間1.0 h，攪拌速度400 r/min。取100 g澳爐煙塵進(jìn)行擴(kuò)大試驗(yàn)，結(jié)果表明，砷、銻、鉛、鋅浸出率分別為78.4%、0.27%、31.03%、8.9%，可實(shí)現(xiàn)砷與銻、鉛、鋅的初步分離。

3 結(jié)論

用氫氧化鈉溶液從澳斯麥特熔煉煙塵中選擇性浸出砷是可行的，在氫氧化鈉濃度2 mol/L、液固體積質(zhì)量比5 mL/g、浸出溫度90 ℃、攪拌速度400 r/min條件下浸出1 h，砷浸出率可達(dá)78.4%，砷得到選擇性浸出，銻、鉛、鋅大部分留在渣中。此方法操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，浸出效果較好，可用于處理類似煙塵。

參考文獻(xiàn)：

[1] 屠海令，趙國(guó)權(quán)，郭青蔚.有色金屬冶金、材料、再生與環(huán)保[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003：58-60.

[2] 朱祖澤，賀家齊.現(xiàn)代銅冶金學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2003：273-289.

[3] 周紅華.高砷銻煙灰綜合回收工藝研究[J].湖南有色金屬，2005，21(1)：21-22.

[4] 龍志娟.用銻砷煙灰制取焦銻酸鈉和砷酸鈉[J].遼寧化工，2009，38(10)：738-740.

[5] 水志良，陳起超，水浩東.砷化學(xué)與工藝學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2014：16-31.

[6] 郭學(xué)益，田慶華，易宇.高砷煙塵濕法處理理論及工藝研究[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2016：47-49.

[7] GUO Xueyi,YI Yu,SHI Jing,et al.Leaching behavior of metals from high-arsenic dust by NaOH-Na2S alkaline leaching[J].Transactions of Nonferrous Metals Society of China，2016，26(2)：575-580.

[8] LI Yuhu,LIU Zhihong,LI Qihou，et al.Removal of arsenic from arsenate complex contained in secondary zinc oxide[J].Hydrometallurgy，2011，109(3/4):237-244.

[9] KYLE J H,BREUER P L,BUNNEY K G，et al.Review of trace toxic elements (Pb，Cd，Hg，As，Sb，Bi，Se，Te) and their deportment in gold processing:Part 1：mineralogy，aqueous chemistry and toxicity[J].Hydrometallurgy，2011，107(3/4)：91-100.

[11] GARRETT A B,HOLMES O,LAUBE A.The solubility of arsenious oxide in dilute solutions of hydrochloric acid and sodium hydroxide.the character of the ions of trivalent arsenic.evidence for polymerization of arsenious acid[J].Journal of the American Chemical Society，1940，62(8)：2024-2028.

[12] ZHAO Youcai，STANFORTH Robert.Integrated hydrometallurgical process for production of zinc from electric arc furnace dust in alkaline medium[J].Journal of Hazardous Materials，2000，80(1/2/3)：223-240.