高砷铅阳极泥常压碱浸脱砷试验研究

喻小强，徐家聪，易 勤，温盛汇，田 磊

(江西理工大学 绿色冶金与过程强化研究所，江西 赣州 341000)

铅和砷的物理化学性质相似，大多数铅矿石中都含有少量砷[1-3]。炼铅过程中，绝大部分杂质成分会进入阳极泥，其中包含金、银、砷、锑等[4-8]。铅阳极泥中的砷难以富集分离，所以从铅阳极泥中回收有价金属时须预脱砷。

目前，从铅阳极泥中脱除砷已有许多研究[9-22]。如采用水洗—脱砷—酸浸—蒸发结晶工艺[16]处理高砷高锡铅阳极泥，砷脱除率可达96.49%；采用碱性焙烧—热水浸出工艺[17]处理高砷高锡铅阳极泥,适宜条件下，砷脱除率达97.48%，锡回收率98.58%，铅、铜回收率均超过99.5%。

试验研究了常压下对高砷铅阳极泥用NaOH浸出脱砷，确定了适宜浸出条件，以期对工业处理高砷铅阳极泥提供参考。

1 试验部分

1.1 试验原料、试剂与设备

高砷铅阳极泥：取自河南某铅冶炼厂，主要成分见表1，XRD分析结果如图1所示。

图1 铅阳极泥的XRD分析结果

表1 高砷铅阳极泥元素分析结果 %

由表1、图1看出：高砷铅阳极泥的主要元素为Pb、As、Sb，其主要存在形式为Pb3O4、As2O3、Sb2O3和NaSbO3。SEM、EDS分析结果(图2)表明，铅阳极泥呈团聚状，元素分布均匀。

图2 高砷铅阳极泥的SEM(a)、EDS(b)分析结果

试验试剂：NaOH(≥96.0%，分析纯)，H2O2(31.0%，高级纯)。试验用水皆为高纯水(电阻率为18.25 MΩ·cm)。

试验设备：DF-101F集热式恒温加热磁力搅拌器(邦西仪器科技有限公司)。

1.2 试验原理与方法

由于NaAs(OH)6较NaAs(OH)4更易于溶解于碱性溶液中，而NaSb(OH)6较NaSb(OH)4溶解度更低，所以先用氧化剂将As和Sb氧化成高价态。相比于O2等氧化剂，H2O2的氧化效果更好，且绿色环保。

阳极泥中，As以As2O3形式存在，Sb主要以氧化物形式存在，碱浸过程中发生如下反应：

(1)

(2)

NaAs(OH)6进入浸出液，而NaSb(OH)6不溶于NaOH溶液进入浸出渣；Pb3O4不溶于水，也几乎不与NaOH反应留在渣中。

称取一定质量高砷铅阳极泥，加入到500 mL烧杯中，加入一定量NaOH溶液。用保鲜膜密封烧杯，放入DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器中水浴加热，控制适当温度并搅拌。反应一定时间后冷却，抽滤。滤渣采用电感耦合等离子体发射光谱法测定砷、锑、铅含量，按式(3)各元素计算浸出率：

(3)

式中：η—元素浸出率，%；ρ1—浸出液中As、Sb、Pb离子质量浓度，g/L；V1—浸出液体积，mL；m0—阳极泥质量，g；x0—As、Sb、Pb元素在阳极泥中的质量分数，%。

2 试验结果与讨论

2.1 浸出温度对As、Pb、Sb浸出率的影响

高砷铅阳极泥质量50 g，H2O2添加量10 mL，NaOH质量浓度80 g/L，液固体积质量比4 mL/1 g，浸出时间90 min，搅拌速度400 r/min，浸出温度对As、Pb、Sb浸出率的影响试验结果如图3所示。

图3 浸出温度对As、Pb、Sb浸出率的影响

由图3看出：As浸出率随温度升高而提高；90 ℃时，As浸出率提高到94.98%；随温度升高，Pb、Sb浸出率均很低且变化不明显。综合考虑，确定浸出温度以90 ℃为宜。

2.2 H2O2添加量对As、Pb、Sb浸出率的影响

高砷铅阳极泥质量50 g，浸出温度90 ℃，NaOH质量浓度80 g/L，液固体积质量比4 mL/1 g，浸出时间90 min，搅拌速度400 r/min，H2O2添加量对As、Pb、Sb浸出率的影响试验结果如图4所示。可以看出:As浸出率随H2O2添加量增加而提高；H2O2添加量为10 mL时，As浸出率达94.98%，之后趋于稳定；随H2O2添加量增加，Pb浸出率有所提高，Sb浸出率有所降低，但总体上Pb、Sb浸出率均变化不大。综合考虑，H2O2添加量以10 mL为宜。

图4 H2O2添加量对As、Pb、Sb浸出率的影响

2.3 NaOH质量浓度对As、Pb、Sb浸出率的影响

高砷铅阳极泥质量50 g，浸出温度90 ℃，H2O2添加量10 mL，液固体积质量比4 mL/1 g，浸出时间90 min，搅拌速度400 r/min，NaOH质量浓度对As、Pb、Sb浸出率的影响结果如图5所示。

图5 NaOH质量浓度对As、Pb、Sb浸出率的影响

由图5看出：随NaOH质量浓度升高，As浸出率提高，NaOH质量浓度为80 g/L时，As浸出率达最大，之后趋于稳定；随NaOH质量浓度升高，Pb、Sb浸出率也略有提高，但总体提高幅度不大，仅为2.91%和2.85%。综合考虑，确定NaOH质量浓度以80 g/L为宜。

2.4 液固体积质量比对As、Pb、Sb浸出率的影响

高砷铅阳极泥质量50 g，温度90 ℃，H2O2添加量10 mL，NaOH质量浓度80 g/L，浸出时间90 min，搅拌速度400 r/min，液固体积质量比对As、Pb、Sb浸出率的影响试验结果如图6所示。可以看出：随液固体积质量比增大，As浸出率提高效果明显，液固体积质量比为4 mL/1 g时，As浸出率在94%以上且相对稳定；Pb、Sb浸出率总体维持在3%以下。综合考虑，确定液固体积质量比以4 mL/1 g为宜。

图6 液固体积质量比对As、Pb、Sb浸出率的影响

2.5 浸出时间对As、Pb、Sb浸出率的影响

高砷铅阳极泥质量50 g，浸出温度90 ℃，H2O2添加量10 mL，NaOH质量浓度80 g/L，液固体积质量比4 mL/1 g，搅拌速度400 r/min，浸出时间对As、Pb、Sb浸出率的影响试验结果如图7所示。

图7 浸出时间对As、Pb、Sb浸出率的影响

由图7看出：As浸出率随浸出时间延长而提高，反应90 min时，As浸出率为94.98%，Pb、Sb浸出率分别为2.91%和2.85%，之后都趋于稳定。综合考虑，确定浸出时间以90 min为宜。

2.6 浸出渣的物相分析

高砷铅阳极泥中的砷经碱浸后进入浸出液，而绝大部分铅、锑相则进入浸出渣。浸出不同时间后碱浸渣的XRD图谱如图8所示。

图8 浸出不同时间后碱浸渣的XRD图谱

由图8看出：浸出20 min，As2O3转化为Na3AsO4·10H2O；随浸出进行，Na3AsO4·10H2O逐渐消失，最终留下的是NaSb(OH)6和Pb3O4。Sb主要以NaSb(OH)6形式存在于渣中，Pb依然以Pb3O4存在，未参与反应。

碱浸渣的SEM、EDS分析结果如图9所示。

图9 碱浸渣的SEM(a)、EDS(b)分析结果

由图9看出：碱浸渣颗粒部分呈无规则状蓬松团聚，主要元素为Na、Sb和O，As的峰值很弱，表明通过碱浸，大部分As已被分离。

3 结论

采用氢氧化钠溶液氧化浸出法从高砷铅阳极泥中脱除砷是可行的，砷在碱浸的过程中以可溶性Na3AsO4形式进入浸出液，而铅、锑基本留在浸出渣中。适宜条件下，砷脱除率达94.98%，脱砷效果较好。