高砷煙塵堿浸—苛化脫砷處理

袁玲玲，趙 輝，王永梅，李雪山，李莎莎

（山東恒邦冶煉股份有限公司，山東 煙臺 264109）

砷及其砷化合物易揮發[1]，在火法煉銅過程中80%以上的砷進入煙塵，呈灰色略帶白色，一般稱為高砷煙塵[2]。高砷煙塵中含有Cu、Pb、Zn、Au、Ag等有價金屬，具有較大的回收價值，但砷含量高、成分復雜，影響回收效果。因此，對高砷煙塵進行脫砷處理十分必要。

山東恒邦冶煉股份有限公司采用富氧-側吹造锍捕金技術處理復雜金精礦，轉爐產出的電塵灰轉入鉛系統進行處理，由于轉爐產出的煙灰中砷含量較高（含As約10%～14%），鉛系統底吹爐無法大量處理。當鉛系統底吹爐配入轉爐煙灰后，則會影響金精礦的配入，影響經濟效益。為了提高資源的綜合利用效率，提高綜合回收效益，考慮對此種煙灰進行脫砷處理。

本文以山東恒邦冶煉股份有限公司產生的高砷煙塵為研究對象，由于高砷煙塵成分比較復雜，砷多以砷酸鹽，砷的氧化物和硫化物形式存在。因此，本文采用NaOH-Na2S對高砷煙塵進行選擇性強化浸出脫砷，將Cu、Pb、Zn抑制在浸出渣中，浸出渣中砷含量低，可以直接返回鉛系統回收Cu、Pb、Zn。堿浸液加入一定的熟石灰進行苛化后，再生堿液返回堿浸工序，實現了高砷煙塵中砷與其他金屬的有效分離。

1 實驗原料

實驗原料主要為銅系統轉爐產生的高砷煙塵，其主要成分見表1。從表1中可以看出：高砷煙塵的成分比較復雜，含有含量較高的Pb、Au、Ag、Cu、Zn等有價金屬元素具有較高的回收價值；但砷的含量比較高，高達10%。

表1 高砷煙塵的化學成分（%）

2 實驗原理

高砷煙塵中有砷酸鉛、硫化砷和砷酸鋅等難溶于水的砷化合物[1]，砷的氧化物，鉛的氧化物、硫化鉛等復雜成分。在堿性溶液中,砷化合物轉化成砷酸鈉鹽，砷的氧化物生成亞砷酸鈉和砷酸鈉；可通過加入硫化鈉將氧化鉛轉化為可溶于氫氧化鈉的硫化鉛，從而將鉛抑制在渣中[2]。因此，采用NaOH-Na2S可以將高砷煙塵中的砷選擇性的浸出[3]，將Cu、Pb、Zn等有價元素抑制在浸出渣中，從而實現高砷煙塵中As與Cu、Pb、Zn等其他有價金屬的有效分離[4]。

高砷煙塵堿浸脫砷[1]過程中可能發生的主要化學反應如下所示：

3 實驗方法及工藝流程

3.1 實驗方法

將高砷煙塵和堿性浸出劑加入燒杯中，放在恒溫水浴鍋中，打開攪拌和冷卻水，在一定的溫度下攪拌浸出。反應過程中保持攪拌速度、溫度、液固比恒定，反應結束后進行液固分離。在堿浸液苛化實驗時，將一定體積堿浸液與熟石灰加入到燒杯中，在一定溫度、攪拌速度條件下反應，反應結束后進行液固分離。浸出結束后趁熱抽濾，浸出渣烘干稱重，記錄浸出液體積。

實驗結束后分析砷的浸出率按渣計算，其他元素的浸出率按溶液計算。

3.2 工藝流程

首先采用NaOH-Na2S體系對銅轉爐煙灰進行浸出，產出含鉛銅鋅較高的浸出渣，并產出含砷的堿浸液；然后向堿浸液中加入熟石灰進行再生處理，產生砷酸鈣渣和再生堿液，再生堿液返回堿浸工序回用，砷酸鈣渣進行堆存處理或者返到回轉窯酸化脫砷處理，工藝流程如圖1所示。

圖1 轉爐煙灰處理工藝流程

4 實驗結果及分析

本文采用了單因素考察方法，探究了NaOH濃度、Na2S用量、浸出溫度、浸出時間、液固比等因素對As浸出率的影響，進而得出銅轉爐高砷煙塵堿浸脫As的較優工藝。

4.1 堿浸工序條件實驗

試驗每次用料120g，考察了不同NaOH濃度、Na2S用量、浸出溫度、浸出時間、液固比等因素對As浸出率的影響，試驗結果分別見圖2、圖3、圖4、圖5、圖6。

圖2 NaOH濃度對高砷煙塵各元素浸出率的影響

圖3 Na2S用量對高砷煙塵各元素浸出率的影響

圖4 浸出溫度對高砷煙塵各元素浸出率的影響

從圖2可知，隨著NaOH濃度的不斷升高，As浸出率總體上呈現增加的趨勢。NaOH濃度由25g/L不斷升高至50g/L時，Cu浸出率由26%降至9%；NaOH濃度由75g/L不斷升高至200g/L時，Cu浸出率保持在15%～20%之間。NaOH濃度由25g/L不斷升高至200g/L時，Pb、Zn的浸出率均低于10%。當NaOH濃度在50g/L時,Cu溶解度損失相對較低，As浸出脫出率比較理想。當NaOH濃度高于100g/L時，由于過于黏稠導致液固分離困難，不利于實際操作。因此綜合考慮，NaOH濃度選擇50g/L比較合適。

Na2S用量按照煙灰中Cu、Pb摩爾數倍數計，探究了Na2S用量對Cu、Pb、Zn等各元素浸出的影響，結果如圖2所示。隨著Na2S用量的增加，As的浸出率逐漸增加，最高可達在85%。當Na2S用量為1.3倍時，堿浸渣中Cu較高，As低至3%，As脫除效果較好。在Na2S用量在1～1.4倍范圍內，Pb、Zn元素浸出率均低于10%。綜合考慮，Na2S用量按照（Cu+Pb）摩爾數的1.3倍計為宜。

從圖4可知，隨著浸出溫度的增加As的浸出率也逐漸增加。當浸出溫度小于90℃時，As浸出率快速增加，分析其原因是：As在堿性溶液中的溶解度隨著溫度的增加而增加，另外，高砷煙塵中的砷酸鉛的分解反應是吸熱反應[5]。因此，隨著溫度的升高，砷酸鉛分解反應增快，As的浸出率逐漸增加[6]。在90℃以后，砷酸鉛基本上分解完全，As浸出率的增加趨于平緩。隨著溫度的升高，Cu、Pb、Zn的浸出率基本維持在20%以下。綜合考慮，選擇浸出溫度為90℃比較合適。

從圖5可知，隨著浸出時間的增加As的浸出率也逐漸增加。當浸出時間為1.5h時，As的浸出脫除率高達85%，渣含As量降至4%，Pb、Zn浸出率均低于10%，溶解損失比較低，但Cu浸出率高達30%，溶解損失大。為了確保堿浸脫As效果最佳，避免Cu、Pb、Zn金屬溶解損失。綜合考慮認為，浸出時間選擇2h為宜。

圖5 浸出時間對高砷煙塵各元素浸出率的影響

從圖6可知，As浸出率隨著液固比的增加先增加后趨于穩定，Pb浸出率低于10%，Cu的浸出率低于20%，Zn的浸出率低于15%。當液固比小于5.0時，As浸出率由79%快速增加至85%；當液固比大于5.0時，As的浸出率趨于穩定。當液固比等于5.0時，As的浸出率最大，Cu的浸出率低于20%，Pb、Zn浸出率均低于15。綜合考慮分析，選擇液固比為5.0時比較合適。

圖6 液固比對高砷煙塵各元素浸出率的影響

4.2 苛化工序條件實驗

堿浸液中含有一定量的余堿和15g/L左右的As溶液。堿浸液脫As后可以返回用作浸出底水，已充分利用其中的余堿。因此，堿浸液采用加入一定量的熟石灰進行苛化處理，將其中的As脫除后返回堿浸工序。

取浸出液0.5L，探究不同熟石灰用量對砷的脫除率的影響。

由表2可知，當熟石灰加入量按照Ca/As摩爾比由1:1～3:1進行苛化脫砷實驗。實驗數據顯示：隨著熟石灰加入量的增加，堿浸液中As脫除率逐漸增加。綜合考慮后續處理，熟石灰用量按照Ca/As摩爾比3:1為宜。

表2 不同熟石灰用量對砷的脫除率的影響

5 結論

（1）探究了銅冶煉轉爐高砷煙塵采用堿浸-苛化工序處理最優工藝條件。堿浸工序采用的是NaOH-Na2S體系，通過單因素考察得出較優工藝條件為：NaOH濃度為50g/L，Na2S用量為（Cu+Pb）摩爾數的1.3倍、浸出溫度為90℃、浸出時間為2h，液固比為5.0。在上述工藝條件下，As浸出率為85%左右，渣含As低于3%。

（2）苛化工序采用加入一定量的熟石灰進行脫砷處理，綜合考慮采用加入熟石灰用量按照Ca/As摩爾比3:1，As的脫除率高達99%以上。脫砷后的再生堿液返回堿浸工序直接利用。

（3）銅冶煉轉爐高砷煙塵采用NaOH-Na2S可以將高砷煙塵中的As選擇性的浸出，而將Cu、Pb、Zn等有價金屬抑制在浸出渣中，從而實現高砷煙塵中As與Cu、Pb、Zn等的有效分離。