砷烟灰浸出液的制备及用于砷盐净化除钴试验研究

林文军

(株洲冶炼集团股份有限公司,湖南株洲 412004)

砷烟灰浸出液的制备及用于砷盐净化除钴试验研究

林文军

(株洲冶炼集团股份有限公司,湖南株洲 412004)

以某厂砷烟灰为原料,开展了砷烟灰浸出液的制备试验,然后以制备得到的砷烟灰浸出液作砷盐净化除钴的活化剂,开展了净化除钴条件、净化除钴综合条件及三氧化二砷作活化剂净化除钴对比和除钴优化条件等一系列试验研究。试验结果表明:采用砷烟灰制备砷烟灰浸出液及浸出液用于砷盐净化除钴工艺是切实可行的,不仅砷烟灰中的砷得到利用,同时,砷烟灰中铅、银、锑等有价金属与砷得以有效分离。

砷烟灰;浸出液;制备;净化除钴;活化剂

某厂砷盐净化除钴工序每年需250 t的三氧化二砷(As2O3)作净化除钴的活化剂。目前,该厂净化所需的As2O3全部从外面购买,As2O3属于剧毒产品,购买和管理相对比较困难。同时,该厂金银回收工序每年可产出含砷25%～30%的砷烟灰1 000 t左右。一直以来该砷烟灰要么低价外卖,要么堆放在砷烟灰仓库,而砷烟灰中还含品位较高的Pb、Sb、Ag等有价金属,目前均未能得到有效回收。本研究目的是利用砷烟灰中的砷,来替代As2O3作砷盐净化除钴的活化剂,也为后续有价金属Pb、Sb、Ag等有价金属的综合回收创造条件。这样,不仅可以解决砷盐净化所需的活化剂,使系统中的砷开路并得到循环利用,还可以降低或消除“砷害”,更能创造巨大的效益,也为砷烟灰的综合回收开辟了一个新途径。具有显著的经济效益、环保效益和社会效益。

1 原料成分分析

1.1 砷烟灰化学成分分析

从某厂金银工段取得砷烟灰,该烟灰为灰白色细干粉,化学成分分析见表1。

表1 砷烟灰化学成分

1.2 除铜后液化学成分分析

从现场取除铜后液共三批,将其均匀混合,需考察的三种元素成分分析见表2。

表2 除铜后液三种元素成分

2 试验原理及工艺流程

2.1 试验原理

2.1.1 浸出原理

浸出是从固体物料中溶解一种或几种组分进入溶液的过程。砷烟灰的浸出是将原料中的砷及砷化合物尽可能地溶解转入溶液中,而使Pb、Ag、Sb等有价金属继续保留在渣中。其反应方程式如下:

2.1.2 砷盐净化原理

除钴镍原理:硫酸铜和Zn粉反应,在锌粉表面沉积铜,形成Cu-Zn微电池,由于该微电池的电位差比Co-Zn微电池的电位差大,因而使钴易于在Cu-Zn微电池阴极上放电还原,形成Zn-Cu-Co合金。而这时的钴仍不稳定,易复溶。加入砷盐后, As3+也在Cu-Zn-Co微电池上还原,形成稳定的As-Cu-Co(-Zn)合金,从而使Co2+降到电解新液合格的程度;在有大量铜沉淀的同时,钴和镍能形成独立的MeAs相,形成的沉淀物是砷化钴和砷化镍。反应方程式如下:

2.2 工艺流程

砷烟灰浸出液的制备及用于砷盐净化除钴工艺流程见图1。

3 试验结果及分析

3.1 砷烟灰浸出液的制备试验

3.1.1 常规浸出

每次取砷烟灰100 g,在液固比为(5～6)∶1,温度80～85℃,控制浸出时间及不断搅拌的条件下,进行碱性浸出,试验结果见表3。

图1 砷烟灰浸出液的制备及用于砷盐净化除钴工艺流程

从表3可以看出,银转炉砷烟灰As的浸出率较高,液计浸出率可达90%以上,同时也有少部分的Sb被浸出,而渣中Sb、Ag分别得到不同程度的富集,较好地实现了砷浸出液的制备,也达到富集有价金属的目的,但Sb的浸出率太高,不利于后续砷盐净化工艺和有价元素的综合回收。

3.1.2 反碱浸出

每次取砷烟灰100 g,在液固比为(5～6)∶1,温度75～80℃,控制浸出时间及不断搅拌的条件下,将碱缓慢加入进行浸出,试验结果见表4。

表3 砷烟灰常规浸出试验结果

表4 银转炉砷烟灰反碱浸出试验结果

从表4可以看出,通过改进浸出方式即常规浸出法改为反碱浸出,As的浸出率仍在90%以上,在液固比为(5～6)∶1时,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,这样不仅有利于As、Sb分离和Sb的富集,更利于后续砷盐净化工艺。

3.1.3 小 结

1.改变浸出方式,适当调整浸出条件,可提高As的浸出率,降低Sb的浸出率,尽量将银转炉砷烟灰中As转入溶液,达到最大效率的利用。

2.该工艺将砷烟灰中的As浸出后得到的浸出渣,可以进反射炉用于综合回收Ag、Sb、Pb等有价金属。

3.2 砷烟灰浸出液用于砷盐净化试验

3.2.1 净化条件试验

模拟现场砷盐净化工艺条件,在实验室开展了净化条件试验,每次试验所取除铜后液体积为1 L,试验结果见表5。净化120 min过滤,对编号为5-2～5-5试验取样做了全分析,对应编号为6-2～6 -5,结果见表6。

表5 除铜后液砷盐净化除钴条件试验结果

从表5可以看出,尽管株冶硫酸锌溶液中钴含量偏高,但只要适当调整净化条件,采用砷烟灰浸出液做活化剂照样可以将钴除掉,使除钴后液中Co、Ni含量达到电积前新液的标准。

表6 净化试验全分析结果

从表6全分析结果可以看出,砷烟灰浸出液做活化剂除钴效果比较好,除钴后液中Cu、Co、Ni、As和Sb均达到新液的标准。

3.2.2 净化除钴综合条件试验及与As2O3除钴对比试验

开展砷盐净化除钴综合条件试验,同时进行砷烟灰浸出液作活化剂与As2O3作活化剂除钴对比试验。每次试验所取除铜后液体积为1 L,在温度75℃,时间60～90 min,锌粉用量为3～4 g/L的条件下开展净化除钴试验,试验结果见表7。除钴后液含As、Sb量及净化渣Co、As含量结果见表8。

从表7可以看出,砷烟灰浸出液用量少就能达到除钴要求时,等量的As2O3很难达到除钴的要求;而As2O3的量达到除钴要求时,等量的砷烟灰浸出液也能达到除钴的要求;并且净化加砷烟灰浸出液前溶液的pH值只需调到4.5～4.8,而用As2O3时溶液pH值须调于4.0以下。

从表8可以看出,采用砷烟灰浸出液做活化剂除钴后液中的As、Sb均好于电积前新液的标准,同时对试验得到的净化渣化验,渣含Co 0.4%左右;若除钴砷渣循环后,一方面可以降低锌粉用量,另一方面可较大幅度地提高渣中的钴含量。3.2.3 砷烟灰浸出液用于砷盐净化除钴优化试验

表7 净化除钴综合条件及As2O3除钴对比试验结果

表8 除钴后液含As、Sb量及净化渣含Co、As量

采用现场净化用锌粉和砷烟灰反碱浸出液模拟现场进行了5～6 h分别加锌粉并取样分析的净化砷盐,并最后考察了除钴后液中有害元素As、Sb、Tl、Ge等含量。每次试验所取除铜后液体积为2 L,试验结果见表9。

从表9优化条件试验结果可以看出,利用砷烟灰浸出液作活化剂能很好地将硫酸锌溶液中Co、Ni等除去,得到的新液质量非常高。

3.2.4 小 结

从砷烟灰浸出液作活化剂用于净化除钴的条件试验、综合条件试验、与As2O3除钴对比试验及优化条件试验结果可以得出,砷烟灰浸出液作活化剂能很好地将硫酸锌溶液中Co、Ni等杂质除去,得到的新液质量非常高。

4 结 论

1.试验结果表明,采用反碱浸出制备砷烟灰浸出液及砷烟灰浸出液作活化剂净化除钴工艺是完全可行的。

表9 现场用锌粉+砷烟灰浸出液净化除钴试验结果

2.砷烟灰经反碱浸出后,有价金属Ag、Sb和Pb得到富集,有利于Ag、Sb和Pb等有价金属的综合回收。砷烟灰浸出液制取工艺简单且易于管理,浸出渣可进一步供回收Ag、Sb、Pb等有价金属使用。可解决As2O3需从外面采购所带来的运输、管理等问题,同时可使系统中的砷得到开路并循环利用。

3.由于砷烟灰浸出液含有少量的锑盐,由于砷、锑的协同效应,因此,在除钴效率相同的条件下其用量要比As2O3用量少。并且用砷烟灰浸出液做活化剂的净化前液pH值只需调到4.5～4.8,而用As2O3时溶液pH值须调得更低,可节约补酸的用量。

4.采用砷烟灰浸出液作净化除钴的活化剂,净化后液含钴为0.3～0.5 mg/L,好于锌电积对新液含钴1 mg/L的标准。

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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

林文军(1978-),男,工程师,硕士,主要从事有色金属选冶工艺、新产品开发、资源综合利用和科研管理工作。