用氢氧化钠溶液从澳斯麦特熔炼烟尘中选择性浸出砷锑铅锌

王绍宇，秦庆伟，刘文科，廖广东，汤海波，王 珊

(1.武汉科技大学 钢铁冶金及资源利用教育部重点实验室，湖北 武汉 430081；2.武汉科技大学 钢铁冶金新工艺湖北省重点实验室，湖北 武汉 430081；3.湖北大江环保科技股份有限公司，湖北 黄石 435005)

澳斯麦特熔炼烟尘中含有铜、铅、锌、锡、砷、锑、铋、镉、铟等多种有价元素，可从中回收铜、硫酸锌、海绵铟、海绵镉、铅铋合金等[1-2]。目前，从这种烟尘中回收有价金属主要采用湿法-火法联合工艺，即用稀硫酸浸出，将铜、锌、砷、镉等以可溶性盐形式转入溶液，溶液中的铜、锌、镉采用电积、浓缩结晶法回收，砷用SO2还原制得白砷，浸出渣制团后通过富氧侧吹熔炼获得铅铋合金和铅冰铜。生产过程中，部分砷在系统内循环，导致浸出液中砷含量逐渐升高，影响还原作业。浸出液中的砷可采用Na2S浸出—氧化工艺加以分离[3]，制取砷酸钠产品；或在强碱性介质中浸出锑砷烟尘中的锑和砷，然后在碱性条件下加氧化剂氧化浸出液，使锑、砷分离，分别制取焦锑酸钠和砷酸钠，其他金属离子富集于浸出渣中[4]。为解决循环溶液中砷的富集问题，试验研究了用苛性钠溶液从澳斯麦特烟尘中浸出分离砷、锑，以期为此类烟尘的综合治理及有价金属回收提供适宜方法。

1 试验部分

1.1 试验原料与设备

试验原料为澳炉烟尘。先将澳炉烟尘水洗3 h，液固分离后的滤渣真空干燥24 h，然后用0.125 mm标准筛筛分。水洗澳炉烟尘主要成分分析结果见表1。

表1 水洗澳炉烟尘主要成分 %

澳炉烟尘中的砷、铅、锑等主要以As2O3、Me(AsO3)2、Pb2As2O7、PbAs2O6、Pb4As2O9、Pb5(AsO4)3OH、Pb(OH)2、PbSO4、Sb2O3、Sb2S3形式存在。

试验主要仪器：ZKF040型电热真空干燥箱，DF-101S型集热式磁力搅拌器，SHB-Ⅲ型循环水式真空泵，DGS-Ⅲ型原子发射光谱仪，ARL9900XD型X射线荧光光谱仪，Nova400型场发射扫描电子显微镜，D8 ADVANCE型X射线衍射仪。

1.2 试验原理

浸出过程中可能发生的主要反应如下[5-8]：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

1.3 试验方法

取一定量NaOH溶液于锥形瓶中，用保鲜膜包住瓶口，防止水分过多挥发。打开集热式搅拌器，设定搅拌温度及搅拌速度，水浴温度和锥形瓶内溶液温度达设定温度时，加入澳炉烟尘，并开始计时。反应一段时间后，将反应物料取出，固液分离后烘干滤渣并称重，分析滤液及滤渣中各金属含量，计算金属元素浸出率。

2 试验结果与讨论

2.1 氢氧化钠浓度对浸出的影响

图1 氢氧化钠浓度对金属浸出率的影响

2.2 浸出时间对浸出的影响

澳炉烟尘质量10 g，氢氧化钠浓度2 mol/L，温度90 ℃，液固体积质量比5 mL/g，搅拌速度400 r/min，浸出时间对金属元素浸出率的影响试验结果如图2所示。

图2 浸出时间对金属浸出率的影响

由图2看出：随反应进行，砷浸出率先提高后趋于稳定，反应1.0 h后，砷浸出率为77.9%，继续反应，砷浸出率变化不大；随反应进行，铅、锌浸出率略有提高。延长反应时间，反应会更完全，砷、铅、锌浸出率会有所提高；但随反应时间过长，更多的Sb(Ⅲ)被氧化成Sb(Ⅴ)，而Sb(Ⅴ)会在氢氧化钠溶液中水解生成锑酸钠沉淀，导致锑浸出率下降。综合考虑，确定反应时间以1.0 h为宜。

2.3 温度对浸出的影响

澳炉烟尘质量10 g，氢氧化钠浓度2 mol/L，浸出时间1.0 h，液固体积比5 mL/g，搅拌速度400 r/min，温度对金属元素浸出率的影响试验结果如图3所示。

图3 温度对金属浸出率的影响

由图3看出：随温度升高，砷浸出率逐渐提高，锑浸出率仅略微升高，铅浸出率基本保持不变，锌浸出率下降；温度为90 ℃时，砷浸出率为77.9%，锑、铅浸出率为1.04%和15.07%，锌浸出率下降到9.6%。综合考虑，确定温度以90 ℃为最佳。

2.4 液固体积质量比对浸出的影响

澳炉烟尘质量10 g，氢氧化钠浓度2 mol/L，浸出温度90 ℃，浸出时间1.0 h，搅拌速度400 r/min，液固体积质量比对金属元素浸出率的影响试验结果如图4所示。

图4 液固体积质量比对金属浸出率的影响

由图4看出：砷、锑、铅、锌浸出率均随液固体积质量比增大而提高；液固体积质量比为3 mL/g时，砷、锑、铅、锌浸出率分别为60.51%、0.25%、9.66%、6.7%；液固体积质量比增大到5 mL/g时，砷浸出率提高到77.9%；液固体积质量比提高到9 mL/g时，砷、锑、铅、锌浸出率均变化不大。随液固体积质量比增大，烟尘颗粒与浸出剂的接触面积增大，有利于反应进行。综合考虑，确定液固体积质量比以5 mL/g较为适宜。

2.5 搅拌速度对浸出的影响

澳炉烟尘质量10 g，氢氧化钠浓度2 mol/L，浸出时间1.0 h，温度90 ℃，液固体积质量比5 mL/g，搅拌速度对金属元素浸出率的影响试验结果如图5所示。

图5 搅拌速度对金属浸出率的影响

由图5看出：随搅拌速度增大，砷浸出率提高，铅、锌浸出率变化不大，锑浸出率略有下降；搅拌速度增至400 r/min时，砷浸出率为71.9%。搅拌速度较低时，澳炉烟尘部分沉积在瓶底，澳炉烟尘与浸出剂混合不充分，影响各元素浸出；随搅拌速度增大，部分可溶性锑被氧化为不溶性的焦锑酸，因此，锑浸出率有所下降。综合考虑，确定搅拌速度以400 r/min较为适宜。

2.6 综合试验

根据上述试验确定的最佳条件，用NaOH溶液浸出澳炉烟尘：氢氧化钠浓度2 mol/L，液固体积质量比5 mL/g，浸出温度90 ℃，浸出时间1.0 h，搅拌速度400 r/min。取100 g澳炉烟尘进行扩大试验，结果表明，砷、锑、铅、锌浸出率分别为78.4%、0.27%、31.03%、8.9%，可实现砷与锑、铅、锌的初步分离。

3 结论

用氢氧化钠溶液从澳斯麦特熔炼烟尘中选择性浸出砷是可行的，在氢氧化钠浓度2 mol/L、液固体积质量比5 mL/g、浸出温度90 ℃、搅拌速度400 r/min条件下浸出1 h，砷浸出率可达78.4%，砷得到选择性浸出，锑、铅、锌大部分留在渣中。此方法操作简单，生产成本低，浸出效果较好，可用于处理类似烟尘。

参考文献：

[1] 屠海令，赵国权，郭青蔚.有色金属冶金、材料、再生与环保[M].北京：化学工业出版社，2003：58-60.

[2] 朱祖泽，贺家齐.现代铜冶金学[M].北京：科学出版社，2003：273-289.

[3] 周红华.高砷锑烟灰综合回收工艺研究[J].湖南有色金属，2005，21(1)：21-22.

[4] 龙志娟.用锑砷烟灰制取焦锑酸钠和砷酸钠[J].辽宁化工，2009，38(10)：738-740.

[5] 水志良，陈起超，水浩东.砷化学与工艺学[M].北京：化学工业出版社，2014：16-31.

[6] 郭学益，田庆华，易宇.高砷烟尘湿法处理理论及工艺研究[M].北京：冶金工业出版社，2016：47-49.

[7] GUO Xueyi,YI Yu,SHI Jing,et al.Leaching behavior of metals from high-arsenic dust by NaOH-Na2S alkaline leaching[J].Transactions of Nonferrous Metals Society of China，2016，26(2)：575-580.

[8] LI Yuhu,LIU Zhihong,LI Qihou，et al.Removal of arsenic from arsenate complex contained in secondary zinc oxide[J].Hydrometallurgy，2011，109(3/4):237-244.

[9] KYLE J H,BREUER P L,BUNNEY K G，et al.Review of trace toxic elements (Pb，Cd，Hg，As，Sb，Bi，Se，Te) and their deportment in gold processing:Part 1：mineralogy，aqueous chemistry and toxicity[J].Hydrometallurgy，2011，107(3/4)：91-100.

[11] GARRETT A B,HOLMES O,LAUBE A.The solubility of arsenious oxide in dilute solutions of hydrochloric acid and sodium hydroxide.the character of the ions of trivalent arsenic.evidence for polymerization of arsenious acid[J].Journal of the American Chemical Society，1940，62(8)：2024-2028.

[12] ZHAO Youcai，STANFORTH Robert.Integrated hydrometallurgical process for production of zinc from electric arc furnace dust in alkaline medium[J].Journal of Hazardous Materials，2000，80(1/2/3)：223-240.