含砷烟尘提取白砷的试验研究

徐 静

（长沙有色冶金设计研究院有限公司，长沙410011）

1 引言

砷为非金属，砷和砷的化合物有剧毒，砷与金银矿伴生，与重金属如铜、铅、锌、铝等共生。砷伴随金属精矿进入冶炼厂的量每年相当大，且主要以含砷烟尘的形式产生。含砷烟尘不仅给环境造成了严重污染，而且给企业带来了严重压力[1-3]。本文以某冶炼厂含砷烟尘为原料进行试验，目的是找到最佳工艺流程及工艺条件来处理该厂烟尘，消除或降低烟尘中砷的危害，以得到优质白砷产品并改善环境。

2 试验

2.1 试验原料

试验原料为某冶炼厂的转炉吹炼烟尘，其含水达到6%左右，经分析，烟尘的主要化学成分见表1，砷在烟尘中的物相分析结果见表2，烟尘的粒度分析见表3。

2.2 试验方法及原理

对于含砷烟尘的处理，早期一般处理方法是火法挥发脱砷或将砷转化为砷酸盐沉淀物，但是该方法环境污染较严重，产生的砷烟气需进一步处理[4-5]。目前处理含砷烟尘多采用浸出的方法将砷与其它金属进入溶液，然后用沉淀法将砷富集于渣中或者制备成砷产品，如As2O2。长沙有色冶金设计研究院曾经与广西来宾冶炼厂及广西冶金研究院合作对含砷为24.3%，砷的理论浸出率为86.63%的高砷烟尘用热出浸出，实际浸出率达85.57%[6]。本试验烟尘氧化物中的砷含量为21.17%，理论浸出率为83.84%。根据前人的研究可以对其进行热水浸出。

表1 烟尘的主要化学成分

表2 砷在烟尘中的物相分析/%

表3 烟尘粒度分析

3 结果与讨论

3.1 一次热水浸出

浸出条件为：浸出前试样湿重为100 g，浸出时间设为60 min，液固比为12:1。烟尘一次热水浸出试验结果见表4。可以看出，烟尘的一次热水浸出效果较好，热水浸出率接近理论浸出率83.84%，可见用热水浸出烟尘在技术上是可行的。虽然当浸出温度为95℃时，砷的浸出率比75℃时稍高，但从生产实际和经济角度考虑，能源消耗较多，既不经济也不合算，故烟尘采用75℃热出浸出为宜。

表4 热水浸出试验结果

3.2 一次酸浸

烟尘中的砷除以氧化物形态存在外，还以砷酸盐及硫化物的形式存在[7]。砷酸盐及砷的硫化物都是不溶于水的化合物，为进一步提高烟尘中砷的浸出率；工作人员又进行了稀硫酸水溶液浸出烟尘的试验，浸出时间设为60 min，液固比为12:1，浸出前试样湿重为100 g，浸出温度95℃，烟尘浸出试验结果见表5。

表5 一次酸浸试验结果

从表5的浸出结果可以看出，烟尘的酸浸效果最好，砷的浸出率随酸的浓度增大而提高，渣含砷量明显比水浸下降，从浸出渣质量来看，其它元素的浸出率相应提高了，砷产品的质量受到了不良影响，故不采取酸浸方法。

3.3 二次逆流热水浸出

为提高烟尘的热水浸出率，将烟尘进行了二次热水逆流浸出，二次逆流浸出流程见图1。即以第二次的水浸滤液返回作第一次浸出的始液，第一次浸出的滤液，经过除杂质后浓缩结晶得到白砷产品As2O3。试验条件：浸出前试样湿重为100 g，浸出时间60 min，液固比12:1。

图1 二次逆流浸出流程图

试验结果显示，75℃时二次逆流浸出砷的浸出率为85.12%，比一次热水浸出砷的浸出率提高了1.88%。95℃时二次逆流浸出砷的浸出率为85.96%，比一次热水浸出砷的浸出率仅提高1.46%。二次逆流砷的浸出率提高不多，成本确相应提高了，故烟尘无需再二次逆流浸出。

3.4 浸出时间对浸出率的影响

为验证不同浸出时间对烟尘中砷热水浸出率的影响，工作人员进行了不同浸出时间试验，试验结果见表6。浸出前试料湿重100 g，温度75℃，液固比12:1，试验结果显示，随着浸出时间的延长，砷的浸出率略有提高，从经济效益方面综合分析，浸出时间以6 min为宜。

表6 不同浸出时间试验结果

经过对以上不同条件下的试验及结果分析，该冶炼厂含砷烟尘采用热水浸出回收白砷的工艺流程见图2，工艺条件为：浸出时间60 min，浸出温度75℃，液固比12:1，然后对浸出液进行脱色、浓缩结晶、洗涤及干燥得到白砷产品。

图2 热水浸出回收白砷工艺流程图

4 结论

经对含砷烟尘不同条件下的试验结果分析，采用热水一次浸出此烟尘提取白砷的工艺流程及工艺条件简单可行，能有效地提取优质白砷，降低砷对环境的危害，同时对设备的要求简单，投资少收益高，整个过程产生的废水可循环利用，为处理该厂的含砷烟尘提供了行之有效的方法。该冶炼厂日产烟尘2.1 t/d，年运行时间300 d，砷的浸出率按80%计算，采用此工艺理论上一年可生产优质白砷102 t左右，即创造了一定的经济效益，也有效地降低了砷对环境的污染。

[1]张青莲.无机化学丛书[M].北京:科学出版社，1984：380.

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