碱性氧压体系下高砷铅阳极泥预脱砷工艺研究

曲超，王永梅，李照刚

（山东恒邦冶炼股份有限公司，烟台，264109）

1 前言

山东恒邦冶炼股份有限公司铅阳极泥中砷、锑含量较高，由于采用火法工艺处理铅阳极泥，铅阳极泥中的砷、锑主要以砷、锑氧化物形式进入烟尘中。目前，公司铅阳极泥冶炼烟灰在生产锑白过程中，仍需要进行湿法脱砷预处理，因此，对高砷铅阳极泥进行预脱砷是十分必要的。

国内外对高砷铅阳极泥脱砷处理工艺主要火法工艺和湿法工艺，火法工艺主要有焙烧法[1]、真空脱砷法[2]，而湿法工艺根据浸出介质不同可分为碱性脱砷浸出法[3]、酸性脱砷浸出法[4]、氯化脱砷浸出法[5-6]等。但是两者工艺都有显著缺点，火法工艺挥发出来的砷品位不高，现场操作环境恶劣，湿法工艺试剂消耗较大，产生废液，流程较长。

山东恒邦冶炼股份有限公司根据公司现有情况，对高砷铅阳极泥进行预脱砷工艺研究，实现As高效脱除，完成公司铅阳极泥冶炼烟灰减持任务。

2 实验

2.1 材料与试剂

实验所用高砷铅阳极泥来自山东恒邦冶炼股份有限公司精炼分公司，其主要化学成分如表1所示。

实验所用试剂有氢氧化钠（分析纯，相对分子质量40，纯度98%，国药集团化学试剂有限公司），氧气（工业级，相对分子质量32，纯度90%，山东恒邦冶炼股份有限公司），实验所用水均为去离子水。

2.2 实验仪器

实验所用仪器有DZF-6050型真空干燥箱（上海博讯实业有限公司）、高压釜 （上海科雳仪器设备有限公司）、Master-Q超纯水机（上海和泰仪器有限公司）、SHZ-ⅢA型循环水真空泵（巩义市予华仪器有限责任公司）

2.3 实验方法

2.3.1 实验原理

在碱性氧压条件下高砷铅阳极泥中砷、锑化合物分别被转化为易溶解的砷酸钠和溶解度较低的锑酸钠。主要反应如下：

2.3.2 实验步骤

称取高砷铅阳极泥200g和一定量NaOH溶液加入到高压釜内，密闭高压釜，开启搅拌并维持其搅拌速率为500r/min，开启升温，待温度达到预设值后，通入氧气并开始计时，反应一定时间后过滤，滤渣洗涤并烘干。滤液与洗水混合定容后采用磷酸盐-碘量法[7]测定其砷含量、硫酸铈容量法[7]测定其锑含量。

表1 高砷铅阳极泥主要化学成分（%）

砷、锑浸出率计算公式如下式：

其中，Me为As、Sb。

3 实验结果及讨论

3.1 NaOH用量对As、Sb浸出的影响

在反应温度120℃、氧分压为0.8MPa、液固比4:1、反应时间120min、搅拌速率500r/min条件下，考察了NaOH用量对高砷铅阳极泥浸出的影响，As、Sb浸出率随NaOH用量变化关系如图2所示。

由图2可知，高砷铅阳极泥中As的浸出率随着NaOH用量的增加而提高，而锑的浸出率随之相反，当NaOH用量为理论量的1.3倍时，NaOH用量对高砷铅阳极泥中As和Sb的浸出率的影响趋向平缓。NaOH用量由理论量的1倍增加至1.3倍时，As的浸出率由70.30%提高到94.52%，与此同时，Sb的浸出率由16.1%下降到0.6%。这是因为随着NaOH用量的增加，高砷铅阳极泥中的As（Ⅲ）和Sb（Ⅲ）逐步转化为溶解度较高的砷酸钠与溶解度较低的锑酸钠，表明NaOH用量的增加有利于As的浸出，抑制Sb的浸出，从而实现As和Sb的有效分离。因此，选择NaOH用量为理论量的1.3倍为较优工艺条件。

3.2 反应温度对As、Sb浸出的影响

在NaOH用量为理论量的1.3倍、氧分压为0.8MPa、液固比4:1、反应时间120min、搅拌速率500r/min条件下，考察了反应温度对高砷铅阳极泥浸出的影响，As、Sb浸出率随反应温度变化关系如图3所示。

从图3可以得知，高砷铅阳极泥中As的浸出率随着反应温度的升高而增加，浸出率由85.42%增加到94.23%，这是因为反应温度对浸出过程有很大的影响，反应温度的升高有利于分子运动速度的增加，降低浸出反应所需活化能，因此提高反应温度可以促进As的浸出。而随着反应温度升高，锑的浸出率由1.71%降至0.8%左右，分析原因为，碱性条件下温度的升高有利于Sb（Ⅲ）转变为锑酸钠，从而进入渣相 。当反应温度达到120℃时，进一步提高反应温度时，对As和Sb的浸出率影响不显著。因此，选择反应温度120℃为较优工艺条件。

3.3 氧分压对As、Sb浸出的影响

在NaOH用量为理论量的1.3倍、反应温度120℃、液固比4:1、反应时间120min、搅拌速率500r/min条件下，考察了氧分压对高砷铅阳极泥浸出的影响，As、Sb浸出率随氧分压变化关系如图4所示。

图2 NaOH用量对As、Sb浸出率的影响

图3 反应温度对As、Sb浸出率的影响

图4 氧分压对As、Sb浸出率的影响

由图4可知，碱性条件下，氧分压的增大有利于高砷铅阳极泥中As与Sb的分离，随着氧分压的增大，砷浸出率由0.5MPa时的90.31%增加到0.8MPa时的94.33%，而Sb的浸出率由0.5MPa时的1.12%降低到0.8MPa时的0.75%，这表明氧分压的增大有利于As（Ⅲ）与Sb（Ⅲ）向As（Ⅴ）和Sb（Ⅴ）的转变，从而使得高砷铅阳极泥中的As和Sb分离。因此，选择氧分压为0.8MPa为较优工艺条件。

图5 液固比对As、Sb浸出率的影响

图6 反应时间对As、Sb浸出率的影响

图7 较优条件下验证试验结果

3.4 液固比对As、Sb浸出的影响

在NaOH用量为理论量的1.3倍、反应温度120℃、氧分压为0.8MPa、反应时间120min、搅拌速率500r/min条件下，考察了液固比对高砷铅阳极泥浸出的影响，As、Sb浸出率随液固比变化关系如图5所示。

由图5可知，随着液固比由2:1提高到4:1，高砷铅阳极泥中As的浸出率由75.71%增加到94.55%，Sb浸出率受液固比影响不大，分析原因为液固比过小时，浸出体系的黏度过大，矿浆沉降分离困难，不利于溶液中离子的扩散，阻碍高砷铅阳极泥中As与Sb浸出反应的进行，当液固比超过4:1后，继续增加液固比，As与Sb的浸出率变化不大。因此，选择液固比4:1为较优工艺条件。

3.5 反应时间对As、Sb浸出的影响

在NaOH用量为理论量的1.3倍、反应温度120℃、氧分压为0.8MPa、液固比4:1、搅拌速率500r/min条件下，考察了反应时间对高砷铅阳极泥浸出的影响，As、Sb浸出率随反应时间变化关系如图5所示。

由图6可以看出，高砷铅阳极泥中As的浸出率随反应时间的延长而增加，当反应时间超过120min后，继续延长反应时间对As的浸出率影响不大，说明高砷铅阳极泥中的As基本被浸出，而高砷铅阳极泥中Sb的浸出率随着反应时间的延长而降低，这是因为亚锑酸钠可溶解于碱性溶液中，随着反应时间的延长，Sb（Ⅲ）逐步转化为Sb（Ⅴ），生成的锑酸钠进入渣相，从而使Sb的浸出率下降。因此，选择反应时间120min为较优工艺条件。

3.6 验证实验

根据上述的单因素实验结果，碱性氧压体系下高砷铅阳极泥中分离砷的较优工艺条件为：NaOH用量为理论量的1.3倍、温度120℃、氧分压0.8MPa、液固比4:1、反应时间120min、搅拌速率500r/min，在此条件下进行了五次验证试验，实验结果如图7所示，高砷铅阳极泥中As的浸出率平均为94.54%，Sb的浸出率平均为0.71%。

4 结论

（1）山东恒邦冶炼股份有限公司高砷铅阳极泥中，As与 Sb 主 要 以 As2O3、Sb2O3、Me3（AsO3）X、Me3（AsO4）X等氧化物形式存在。

（2）单因素试验得到的较优工艺条件为NaOH用量为理论量的1.3倍、温度120℃、氧分压0.8MPa、液固比4:1、反应时间120min、搅拌速率500r/min。在此较优条件下进行了五次实验，As的平均浸出率为94.54%，Sb的平均浸出率0.71%。

（3）碱性氧压体系下高砷铅阳极泥中分离砷的工艺，实现了砷的高效脱除，工艺流程短，碱耗低，有价金属可以得到回收。