高砷冶金废料的回收与综合利用

摘要

目前，市场上有大量高砷冶金废料，冶炼烟灰所占比例较大，铅铜冶炼每年产生的高砷烟灰就大于150万吨，除了砷含量较高，Cu、Zn等有色金属及Au、Ag等贵重金属也有相当比例的含量。由于现有技术在适应性、安全性、环保方面存在局限，开发一种高效、环保、适应性强的工艺流程，将产生巨大的经济效益和社会效益。
　　中南大学组织相关领域的课题组，围绕“无污染、资源化、洁净化、短流程”等主题展开了系统的试验研究。以高砷烟灰为原料，开发出了近沸点热压水浸-梯度氧化酸浸结合的除砷技术。结合分段萃取分离铜锌-含砷废水处理及含砷废渣稳定化的联合技术，可以得到高纯As2O3、铅精矿产品、As含量达标废水、及安全的含砷废渣。
　　采用近沸点热压水浸，将游离态氧化砷浸出，减小后续酸浸负担，考察反应时间、温度和液固比对As浸出率的影响。通过浓缩结晶制备出高纯度的As2O3，杂质元素含量不足1％。
　　采用梯度氧化酸浸工艺对水浸渣脱砷，考察H2SO4浓度，H2O2加入量，反应温度及反应时间对As浸出率的影响，分别确定了低酸度和高酸度脱砷流程的工艺参数。酸浸过后，所得铅精矿中As含量降至1.0％，Pb含量提高至68.2％。
　　对一段酸浸浸出液，用N902萃取Cu，使Cu、Zn分离，再用P204萃取Zn，Cu、Zn从浸出液中分离。通过单因素实验，确定了最佳的萃取与反萃工艺。Cu、Zn的萃取率分别达到了96.35％和96.38％，反萃率为94.9％和99％。
　　对含砷废水采用FS和PFS联用的除砷工艺，通过单因素实验确定不同阶段的最佳工艺参数，使得FS初步除砷后，As含量从6.4 g/L降至0.5 mg/L以下，满足废水排放要求;PFS深度除砷后，As含量降至0.01 mg/L以内，满足饮用水中As含量要求。
　　整个工艺流程不但确保了物料脱砷的彻底性，同时还实现了As的资源化回收。结合废水及废渣的处理，可实现高砷冶金废料的无害化、资源化洁净生产，为工业化生产提供了新的技术方案。

目录

声明

摘要

1 综述

1．1 砷

1．1．1 砷元素的发现和历史

1．1．2 砷的物理和化学性质

1．1．3 砷的毒性

1．1．4 砷的用途

1．2 固体含砷废料脱砷方法

1．2．1 固体含砷废料的产生

1．2．2 火法脱砷

1．2．3 湿法脱砷

1．2．4 火法与湿法联用脱砷

1．3 含砷废水的除砷方法

1．3．1 含砷废水的产生

1．3．2 化学法(沉淀法)

1．3．3 吸附法

1．3．4 生物法

1．3．5 萃取法

1．3．6 膜分离法

1．3．7 电吸附法

1．4 针对高砷废料综合处理的技术目标与思路

1．4．1 技术目标

1．4．2 思路

2 近沸点热压水浸及梯度氧化酸浸

2．1 引言

2．2 实验试剂与仪器

2．2．1 实验试剂

2．2．2 实验仪器

2．2．3 样品的制样流程

2．3 试验样品的性质分析

2．3．原样的粒度分析

2．3．2 原样的XRD物相分析

2．3．3 原样的ICP成分分析

2．4 近沸点热压水浸

2．4．1 水浸原理与流程

2．4．2 浸出温度的确定

2．4．3 浸出时间的确定

2．4．4 液固比的确定

2．4．5 As2O3产品制备

2．5 梯度氧化酸浸

2．5．1 酸浸原理与流程

2．5．2 酸性含砷溶液中AsH3形成的热力学分析

2．5．3 浸出时间的确定

2．5．4 浸出温度的确定

2．5．5 过氧化氢浓度的确定

2．5．6 硫酸浓度的确定

2．5．7 液固比的确定

2．5．8 氧化酸浸脱砷试验小结

3 萃取分离铜锌实验

3．1 引言

3．2 实验试剂与仪器

3．2．1 实验试剂

3．2．2 实验仪器

3．3 萃取工艺流程图

3．4 铜的萃取

3．4．1 溶剂萃取基本原理

3．4．2 N902萃取剂

3．4．3 初始pH值对N902萃取铜的影响

3．4．4 N902浓度对萃取铜的影响

3．4．5 硫酸反萃

3．5 锌的萃取

3．5．1 D2EHPA萃取剂

3．5．2 锌萃取实验

3．5．3 锌的反萃

4 含砷废水处理及含砷废渣的稳定化

4．1 引言

4．2 实验试剂与仪器

4．2．1 实验试剂

4．2．2 实验仪器

4．3 实验方法原理

4．4 初步除砷

4．4．1 铁砷比对残留砷浓度的影响

4．4．2 pH对残留砷浓度的影响

4．4．3 反应时间对残留砷浓度的影响

4．5 深度除砷

4．5．1 PFS加入量带对残留砷浓度的影响

4．5．2 pH对残留砷浓度的影响

4．5．3 反应时间对残留砷浓度的影响

4．6 含砷废渣的稳定化

4．6．1 反应条件对含砷废渣稳定性的影响

4．6．2 焙烧温度对含砷废渣稳定性的影响

5 结论

参考文献

附录

攻读硕士学位期间研究成果

致谢