砷煙灰浸出液的制備及用于砷鹽凈化除鈷試驗研究

林文軍

(株洲冶煉集團股份有限公司,湖南株洲 412004)

砷煙灰浸出液的制備及用于砷鹽凈化除鈷試驗研究

林文軍

(株洲冶煉集團股份有限公司,湖南株洲 412004)

以某廠砷煙灰為原料,開展了砷煙灰浸出液的制備試驗,然后以制備得到的砷煙灰浸出液作砷鹽凈化除鈷的活化劑,開展了凈化除鈷條件、凈化除鈷綜合條件及三氧化二砷作活化劑凈化除鈷對比和除鈷優化條件等一系列試驗研究。試驗結果表明:采用砷煙灰制備砷煙灰浸出液及浸出液用于砷鹽凈化除鈷工藝是切實可行的,不僅砷煙灰中的砷得到利用,同時,砷煙灰中鉛、銀、銻等有價金屬與砷得以有效分離。

砷煙灰;浸出液;制備;凈化除鈷;活化劑

某廠砷鹽凈化除鈷工序每年需250 t的三氧化二砷(As2O3)作凈化除鈷的活化劑。目前,該廠凈化所需的As2O3全部從外面購買,As2O3屬于劇毒產品,購買和管理相對比較困難。同時,該廠金銀回收工序每年可產出含砷25%～30%的砷煙灰1 000 t左右。一直以來該砷煙灰要么低價外賣,要么堆放在砷煙灰倉庫,而砷煙灰中還含品位較高的Pb、Sb、Ag等有價金屬,目前均未能得到有效回收。本研究目的是利用砷煙灰中的砷,來替代As2O3作砷鹽凈化除鈷的活化劑,也為后續有價金屬Pb、Sb、Ag等有價金屬的綜合回收創造條件。這樣,不僅可以解決砷鹽凈化所需的活化劑,使系統中的砷開路并得到循環利用,還可以降低或消除“砷害”,更能創造巨大的效益,也為砷煙灰的綜合回收開辟了一個新途徑。具有顯著的經濟效益、環保效益和社會效益。

1 原料成分分析

1.1 砷煙灰化學成分分析

從某廠金銀工段取得砷煙灰,該煙灰為灰白色細干粉,化學成分分析見表1。

表1 砷煙灰化學成分

1.2 除銅后液化學成分分析

從現場取除銅后液共三批,將其均勻混合,需考察的三種元素成分分析見表2。

表2 除銅后液三種元素成分

2 試驗原理及工藝流程

2.1 試驗原理

2.1.1 浸出原理

浸出是從固體物料中溶解一種或幾種組分進入溶液的過程。砷煙灰的浸出是將原料中的砷及砷化合物盡可能地溶解轉入溶液中,而使Pb、Ag、Sb等有價金屬繼續保留在渣中。其反應方程式如下:

2.1.2 砷鹽凈化原理

除鈷鎳原理:硫酸銅和Zn粉反應,在鋅粉表面沉積銅,形成Cu-Zn微電池,由于該微電池的電位差比Co-Zn微電池的電位差大,因而使鈷易于在Cu-Zn微電池陰極上放電還原,形成Zn-Cu-Co合金。而這時的鈷仍不穩定,易復溶。加入砷鹽后, As3+也在Cu-Zn-Co微電池上還原,形成穩定的As-Cu-Co(-Zn)合金,從而使Co2+降到電解新液合格的程度;在有大量銅沉淀的同時,鈷和鎳能形成獨立的MeAs相,形成的沉淀物是砷化鈷和砷化鎳。反應方程式如下:

2.2 工藝流程

砷煙灰浸出液的制備及用于砷鹽凈化除鈷工藝流程見圖1。

3 試驗結果及分析

3.1 砷煙灰浸出液的制備試驗

3.1.1 常規浸出

每次取砷煙灰100 g,在液固比為(5～6)∶1,溫度80～85℃,控制浸出時間及不斷攪拌的條件下,進行堿性浸出,試驗結果見表3。

圖1 砷煙灰浸出液的制備及用于砷鹽凈化除鈷工藝流程

從表3可以看出,銀轉爐砷煙灰As的浸出率較高,液計浸出率可達90%以上,同時也有少部分的Sb被浸出,而渣中Sb、Ag分別得到不同程度的富集,較好地實現了砷浸出液的制備,也達到富集有價金屬的目的,但Sb的浸出率太高,不利于后續砷鹽凈化工藝和有價元素的綜合回收。

3.1.2 反堿浸出

每次取砷煙灰100 g,在液固比為(5～6)∶1,溫度75～80℃,控制浸出時間及不斷攪拌的條件下,將堿緩慢加入進行浸出,試驗結果見表4。

表3 砷煙灰常規浸出試驗結果

表4 銀轉爐砷煙灰反堿浸出試驗結果

從表4可以看出,通過改進浸出方式即常規浸出法改為反堿浸出,As的浸出率仍在90%以上,在液固比為(5～6)∶1時,浸出液中的Sb可控制在2～3 g/L,Sb的浸出率可控制在6%以下,這樣不僅有利于As、Sb分離和Sb的富集,更利于后續砷鹽凈化工藝。

3.1.3 小 結

1.改變浸出方式,適當調整浸出條件,可提高As的浸出率,降低Sb的浸出率,盡量將銀轉爐砷煙灰中As轉入溶液,達到最大效率的利用。

2.該工藝將砷煙灰中的As浸出后得到的浸出渣,可以進反射爐用于綜合回收Ag、Sb、Pb等有價金屬。

3.2 砷煙灰浸出液用于砷鹽凈化試驗

3.2.1 凈化條件試驗

模擬現場砷鹽凈化工藝條件,在實驗室開展了凈化條件試驗,每次試驗所取除銅后液體積為1 L,試驗結果見表5。凈化120 min過濾,對編號為5-2～5-5試驗取樣做了全分析,對應編號為6-2～6 -5,結果見表6。

表5 除銅后液砷鹽凈化除鈷條件試驗結果

從表5可以看出,盡管株冶硫酸鋅溶液中鈷含量偏高,但只要適當調整凈化條件,采用砷煙灰浸出液做活化劑照樣可以將鈷除掉,使除鈷后液中Co、Ni含量達到電積前新液的標準。

表6 凈化試驗全分析結果

從表6全分析結果可以看出,砷煙灰浸出液做活化劑除鈷效果比較好,除鈷后液中Cu、Co、Ni、As和Sb均達到新液的標準。

3.2.2 凈化除鈷綜合條件試驗及與As2O3除鈷對比試驗

開展砷鹽凈化除鈷綜合條件試驗,同時進行砷煙灰浸出液作活化劑與As2O3作活化劑除鈷對比試驗。每次試驗所取除銅后液體積為1 L,在溫度75℃,時間60～90 min,鋅粉用量為3～4 g/L的條件下開展凈化除鈷試驗,試驗結果見表7。除鈷后液含As、Sb量及凈化渣Co、As含量結果見表8。

從表7可以看出,砷煙灰浸出液用量少就能達到除鈷要求時,等量的As2O3很難達到除鈷的要求;而As2O3的量達到除鈷要求時,等量的砷煙灰浸出液也能達到除鈷的要求;并且凈化加砷煙灰浸出液前溶液的pH值只需調到4.5～4.8,而用As2O3時溶液pH值須調于4.0以下。

從表8可以看出,采用砷煙灰浸出液做活化劑除鈷后液中的As、Sb均好于電積前新液的標準,同時對試驗得到的凈化渣化驗,渣含Co 0.4%左右;若除鈷砷渣循環后,一方面可以降低鋅粉用量,另一方面可較大幅度地提高渣中的鈷含量。3.2.3 砷煙灰浸出液用于砷鹽凈化除鈷優化試驗

表7 凈化除鈷綜合條件及As2O3除鈷對比試驗結果

表8 除鈷后液含As、Sb量及凈化渣含Co、As量

采用現場凈化用鋅粉和砷煙灰反堿浸出液模擬現場進行了5～6 h分別加鋅粉并取樣分析的凈化砷鹽,并最后考察了除鈷后液中有害元素As、Sb、Tl、Ge等含量。每次試驗所取除銅后液體積為2 L,試驗結果見表9。

從表9優化條件試驗結果可以看出,利用砷煙灰浸出液作活化劑能很好地將硫酸鋅溶液中Co、Ni等除去,得到的新液質量非常高。

3.2.4 小 結

從砷煙灰浸出液作活化劑用于凈化除鈷的條件試驗、綜合條件試驗、與As2O3除鈷對比試驗及優化條件試驗結果可以得出,砷煙灰浸出液作活化劑能很好地將硫酸鋅溶液中Co、Ni等雜質除去,得到的新液質量非常高。

4 結 論

1.試驗結果表明,采用反堿浸出制備砷煙灰浸出液及砷煙灰浸出液作活化劑凈化除鈷工藝是完全可行的。

表9 現場用鋅粉+砷煙灰浸出液凈化除鈷試驗結果

2.砷煙灰經反堿浸出后,有價金屬Ag、Sb和Pb得到富集,有利于Ag、Sb和Pb等有價金屬的綜合回收。砷煙灰浸出液制取工藝簡單且易于管理,浸出渣可進一步供回收Ag、Sb、Pb等有價金屬使用。可解決As2O3需從外面采購所帶來的運輸、管理等問題,同時可使系統中的砷得到開路并循環利用。

3.由于砷煙灰浸出液含有少量的銻鹽,由于砷、銻的協同效應,因此,在除鈷效率相同的條件下其用量要比As2O3用量少。并且用砷煙灰浸出液做活化劑的凈化前液pH值只需調到4.5～4.8,而用As2O3時溶液pH值須調得更低,可節約補酸的用量。

4.采用砷煙灰浸出液作凈化除鈷的活化劑,凈化后液含鈷為0.3～0.5 mg/L,好于鋅電積對新液含鈷1 mg/L的標準。

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Abstract:It used the arsenic flue of one plant as materials to do the experiment of arsenic flue leaching,and then took the leaching solution as the activator in experiment of cobalt-removing by arsenic salts.It has made a series of experimental studies about the conditions of cobalt removal,the general conditions of cobalt removal and its comparison to using the arsenic trioxide as the substitute activator,as well as the optimum conditions to the cobalt removal and so on.The study show that it is practicable to use the arsenic flue to prepare the leaching solution which can be used in the process of cobalt removal by arsenic salts,and not only the arsenic is utilized,but also the valuable elements in the flue such as lead,silver and antimony can be set apart effectively from the arsenic in this experimental process.

Key words:arsenic flue;leaching solution;production;cobalt removal;activator

Research for Production of Arsenic flue Leaching Solution and Its Use for Experiment of Cobalt Removal by Arsenic Salts

LIN Wen-jun
(Zhuzhou S melter Group Co.Ltd.,Zhuzhou412004,China)

TF816

A

1003-5540(2012)04-0027-04

2012-03-16

林文軍(1978-),男,工程師,碩士,主要從事有色金屬選冶工藝、新產品開發、資源綜合利用和科研管理工作。