硫酸銨溶液中重金屬離子及砷的分離工藝研究與生產(chǎn)實(shí)踐

李龍仙

(富民薪冶工貿(mào)有限公司五華分公司，云南 昆明 650000)

重金屬冶煉過(guò)程產(chǎn)生的煙氣治理是各冶煉廠均需面對(duì)的問(wèn)題，其中煙氣中的SO2治理是氣體排放的關(guān)鍵。對(duì)高濃度SO2煙氣，一般采用制酸的方式進(jìn)行治理，低濃度SO2煙氣多采用氨法、堿法、活性焦、有機(jī)氨吸收等方法進(jìn)行治理。

在中銅下屬的某銅冶煉煙塵綜合回收利用企業(yè)采用濕法浸出+火法熔煉的工藝，火法熔煉采用了密閉鼓風(fēng)爐，煙氣經(jīng)除塵后所含的SO2采用氨法脫硫的工藝脫除。該工藝產(chǎn)出高濃度的亞硫酸銨溶液，此溶液經(jīng)酸分解后產(chǎn)出硫酸銨溶液，溶液經(jīng)蒸發(fā)濃縮結(jié)晶、過(guò)濾、干燥后得到硫酸銨產(chǎn)品。但在生產(chǎn)實(shí)踐中，該煙氣治理工藝存在重金屬塵未能做到100%脫除(除塵效率約98%)，部分粉塵在后段脫硫時(shí)被捕集到亞硫酸氨溶液中，導(dǎo)致產(chǎn)出的硫酸銨產(chǎn)品重金屬含量超標(biāo)，成為不合格產(chǎn)品。

為改變這一狀況，確保產(chǎn)出的硫酸銨產(chǎn)品是合格品，需將硫酸銨溶液中的重金屬離子有效脫出。

通過(guò)工藝對(duì)比，并經(jīng)小型實(shí)驗(yàn)、中試、擴(kuò)試驗(yàn)證，確定了采用鐵鹽法工藝脫除硫酸銨溶液中的重金屬離子，得到了較好的效果，最終在生產(chǎn)中成功運(yùn)用。

1 工藝原理

酸分解后的硫酸銨溶液中砷主要以三氧化二砷、正亞砷酸和偏亞砷酸及其他的鹽類形式存在：

4OH2-+As2O3→As2O52-+2H2O

3H++AsO33-=As(OH)3=As3++3OH-

5H++AsO43-=As5++3OH-+H2O

AsO43-+Fe(OH)3=FeAsO4+↓3OH-

AsO33-+Fe(OH)3=FeAsO3+↓3OH-

硫酸銨溶液中重金屬離子在加入氨水和鐵鹽后，經(jīng)自吸式空氣氧化器攪拌、氧化，其重金屬離子形成氫氧化物沉淀，鐵離子形成氫氧化鐵以凝聚吸附砷離子達(dá)到共沉淀，其化學(xué)反應(yīng)過(guò)程如下：

Men++nOH-=Me(OH)n↓

Fe(SO4)3+6OH-=2Fe(OH)3↓+3SO42-

2 工藝流程設(shè)計(jì)

鼓風(fēng)爐煙氣經(jīng)重力除塵、電收塵動(dòng)力波除塵、兩級(jí)氨吸脫硫處理后得到亞硫酸銨溶液，該溶液處理工藝流程見(jiàn)圖1。

亞硫酸銨溶液經(jīng)酸分解、中和、氧化除去砷及重金屬離子后，蒸發(fā)濃縮結(jié)晶得到合格硫酸銨產(chǎn)品。

3 工藝技術(shù)說(shuō)明

氧化反應(yīng)前溶液成分表。

鼓風(fēng)爐煙氣治理得到的亞硫酸銨溶液，首先應(yīng)將亞鹽轉(zhuǎn)化為正鹽，本工藝采用酸分解工藝，將亞硫酸銨分解成硫酸銨，同時(shí)釋放出高濃度SO2氣體，再經(jīng)壓縮、冷卻后產(chǎn)出液體SO2。

由于需保持硫酸銨溶液的純凈性，不宜采用石灰等作為中和劑，本工藝采用氨水作為中和劑。

為得到較好的氧化、沉淀效果，溶液需保持一定的pH值，本工藝技術(shù)采用氨水做中和劑。溶液在不同pH條件下氧化反應(yīng)速度如圖2所示。

表1 溶液成分表(g/L)

從圖2可以看出pH值與氧化速度之間的時(shí)間關(guān)系，pH>7氧化速度較快，但較高的pH值消耗氨水量較大，經(jīng)濟(jì)性差，且會(huì)有氨味溢出，考慮到最終硫酸銨產(chǎn)品pH值需保持在7左右，綜合分析，確定溶液pH值保持7左右效果最佳。

本生產(chǎn)工藝須在氧化過(guò)程中加入硫酸亞鐵，硫酸亞鐵加入量直接影響到溶液反應(yīng)終點(diǎn)As的含量，其關(guān)系如圖3。

從圖3可以看出，鐵∶砷值越大，除砷效果越好，但會(huì)造成生產(chǎn)成本上升，故選擇鐵∶砷為5∶1較為合適。

硫酸銨產(chǎn)品成分見(jiàn)表2。

表2 硫酸銨產(chǎn)品成分 (%)

4 結(jié)果與討論

硫酸銨溶液中重金屬離子及砷的分離溶液pH值的控制是工藝關(guān)鍵點(diǎn)之一，采用氨水作中和劑使溶液pH值保持在7左右，可得到較好的氧化分離效果。

對(duì)溶液進(jìn)行加溫，保持反應(yīng)溫度在80～85℃，可得到較快的反應(yīng)速度。

采用硫酸亞鐵作強(qiáng)化沉淀劑，并按Fe∶As=5∶1(摩爾比)處理工藝投加，可確保溶液中砷下降到0.05g/L，產(chǎn)出的硫酸銨產(chǎn)品中含砷<0.05%，銅、鐵、鋅、鉛等重金屬含量達(dá)到硫酸銨產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。

該工藝成功應(yīng)用于生產(chǎn)，解決了硫酸銨產(chǎn)品中重金屬和砷超標(biāo)的問(wèn)題，在保障主生產(chǎn)平穩(wěn)運(yùn)行的同時(shí)，產(chǎn)出了合格的硫酸銨產(chǎn)品，經(jīng)實(shí)際運(yùn)行證明，工藝操作簡(jiǎn)單，而且費(fèi)用低、效果好。