从高砷铅阳极泥中氧压碱浸—水浸脱砷试验研究

张 剑，梁秀秀，邓金亮

(江西铜业贵溪冶炼厂，江西 贵溪 335400)

铅电解阳极泥中含有金、银、铅、砷、铜、锑等元素，是重要的二次资源[1-2]。在高砷铅阳极泥综合处理中，砷易在中间物料和产品中赋存，在冶炼系统中循环积累，加大有价金属回收难度[3]。目前，国内外对高砷铅阳极泥脱砷主要采用湿法、火法和火法-湿法联合工艺。火法主要有真空脱砷法和焙烧法，工艺较成熟，具有流程短、原料适应性强、处理能力大等优点，但脱砷率低、环境污染较重、作业环境恶劣[4-5]。湿法根据浸出体系分为水浸、酸浸和碱浸，具有脱砷率高、环境相对友好的优势，但废液处理量大、综合回收率低[6-8]。火法-湿法联合工艺主要通过预处理将砷转化为易浸出的盐类，再通过湿法浸出使砷进入液相，兼具火法和湿法的优点，原料适应性强、脱砷率高，但试剂消耗量大、生产成本高[9]。

对于高砷铅阳极泥，氧压碱浸的砷脱除率可达94%[10]，常压、加压碱浸的砷脱除率为99%[11]。但某高砷铅阳极泥的氧压碱浸的砷脱除率仅为75.35%～84.71%，因此，针对此阳极泥，研究了采用氧压碱浸—水浸工艺脱除砷，以期为从此类高砷铅阳极泥中脱除砷提供参考。

1 试验部分

1.1 试验原料、试剂与设备

高砷铅阳极泥：取自某铅电解厂，其主要化学成分见表1。

表1 高砷铅阳极泥主要化学成分 %

试验试剂：氢氧化钠(98%)、氧气(90%)，均为工业级。

试验设备：23 m3高压反应釜(不锈钢),20 m3反应釜(不锈钢)，压滤机，XAZF197/1250-U型，20 m3不锈钢浆化槽。

1.2 试验原理与方法

氧压碱浸条件下，高砷铅阳极泥中的砷化合物分别转化为易溶解的砷酸钠。主要反应如下：

2xNa3AsO4+3xH2O+3Me2Ox↓；

2xNa3AsO4+3xH2O+3Me2Ox↓。

水浸条件下，氧压碱浸渣中结晶的砷酸钠被溶解。主要反应如下：

氧压碱浸试验在23 m3高压釜中进行，水浸试验在20 m3反应釜中进行。两段浸出之后，分别采用板框压滤机进行液固分离。滤渣烘干后分析其中砷质量分数，计算砷浸出率。

2 试验结果与讨论

2.1 氧压碱浸

2.1.1 反应温度对砷脱除率的影响

液固体积质量比6/1，反应时间6 h，氧压1.0 MPa，氢氧化钠质量浓度130 g/L，搅拌速度500 r/min，反应温度对砷脱除率的影响试验结果如图1所示。

图1 反应温度对砷脱除率的影响

由图1看出：随温度升高，砷脱除率提高；温度升至120 ℃，砷脱除率提高到82.34%，之后趋于稳定。综合考虑，确定反应温度以120 ℃为宜。

2.1.2 反应时间对砷脱除率的影响

液固体积质量比6/1，温度120 ℃，氧压1.0 MPa，氢氧化钠质量浓度130 g/L,搅拌速度500 r/min，反应时间对砷脱除率的影响试验结果如图2所示。

图2 反应时间对砷脱除率的影响

由图2看出：随反应时间延长，砷脱除率提高；反应4 h时，砷脱除率达83.13%，之后变化不大。综合考虑，确定反应时间以不低于4 h为宜。

2.1.3 液固体积质量比对砷脱除率的影响

温度120 ℃，反应时间4 h，氧压1.0 MPa，氢氧化钠质量浓度130 g/L，搅拌速度500 r/min，液固体积质量比对砷脱除率的影响试验结果如图3所示。

图3 液固体积质量比对砷脱除率的影响

由图3看出：随液固体积质量比增大，砷脱除率提高；液固体积质量比增大至4/1时，砷脱除率达82.47%，之后趋于稳定。综合考虑，确定液固体积质量比为4/1为宜。

2.1.4 氢氧化钠质量浓度对砷脱除率的影响

温度120 ℃，反应时间4 h，氧压1.0 MPa，液固体积质量比4/1，搅拌速度500 r/min，氢氧化钠质量浓度对砷脱除率的影响试验结果如图4所示。

图4 氢氧化钠质量浓度对砷脱除率的影响

由图4看出：随氢氧化钠质量浓度增大，砷脱除率提高；氢氧化钠质量浓度增至110 g/L时，砷脱除率为83.15%；氢氧化钠质量浓度继续增大，砷脱除率变化不大。综合考虑，确定适宜的氢氧化钠质量浓度为110 g/L。

2.1.5 氧压对砷脱除率的影响

温度120 ℃，反应时间4 h，氢氧化钠质量浓度110 g/L，液固体积质量比4/1，搅拌速度500 r/min，氧压对砷脱除率的影响试验结果如图5所示。

图5 氧压对砷脱除率的影响

由图5看出：随氧压增大，砷脱除率提高；氧压达到0.8 MPa时，砷脱除率提高至82.56%；氧压继续增大，砷脱除率趋于稳定。综合考虑，氧压以0.8 MPa为宜。

2.2 水浸

氧压碱浸后，铅阳极泥中砷脱除率在85%左右，仍有一部分砷留在渣中。对此氧压碱浸渣用水再次浸出，以脱除剩余的砷。

2.2.1 水浸温度对砷脱除率的影响

液固体积质量比4/1，反应时间4 h，搅拌速度500 r/min，水浸温度对砷脱除率的影响试验结果如图6所示。

图6 水浸温度对砷脱除率的影响

由图6看出：随温度升高，砷脱除率提高；水温为75 ℃时，砷脱除率达94.35%；温度继续升高，砷脱除率变化不大。综合考虑，确定水浸温度以75 ℃为宜。

2.2.2 水浸时间对砷脱除率的影响

液固体积质量比4/1，水温75 ℃，搅拌速度500 r/min，水浸时间对砷脱除率的影响试验结果如图7所示。

图7 水浸时间对砷脱除率的影响

由图7看出：随水浸时间延长，砷脱除率提高；水浸1 h时，砷脱除率达93.67%，之后再继续浸出，砷脱除率变化不大。综合考虑，确定适宜水浸时间为1 h。

2.2.3 液固体积质量比对砷脱除率的影响

水温75 ℃，反应时间1 h，搅拌速度500 r/min，液固体积质量比对砷脱除率的影响试验结果如图8所示。

图8 液固体积质量比对砷脱除率的影响

由图8看出：随液固体积质量比增大，砷脱除率提高；液固体积质量比增大至3/1时，砷脱除率提高到94.71%；液固体积质量比继续增大，砷脱除率变化不大。综合考虑，确定液固体积质量比以3/1为最佳。

2.3 氧压碱浸—水浸脱砷综合试验

高砷铅阳极泥经氧压碱浸、水浸两段处理后，砷脱除率可达较高水平；但水耗量和废水处理量都较大。综合考虑成本等因素，研究了氧压碱浸—水浸两段逆流脱砷工艺，将水浸后液作为氧压碱浸剂，适当调整碱质量浓度后继续用于浸出脱砷。

经碱浸及水浸两段处理，砷脱除率达94.31%，浸出效果较好，废水循环使用零排放。

3 结论

采用氧压碱浸—水浸两段逆流工艺处理高砷铅阳极泥可将94%的砷脱除，除砷效果较好且指标稳定，废水循环使用不外排，工艺可靠。