砷化氢气体处理新工艺的研究及工业设计方案

谢文清

(韶关冶炼厂， 广东 韶关 512024)



综合利用与环保

砷化氢气体处理新工艺的研究及工业设计方案

谢文清

(韶关冶炼厂， 广东 韶关 512024)

研究开发高锰酸钾溶液吸收处理含砷化氢气体新工艺，在优化工艺条件下，提出工业设计方案。该工艺处理效率高，尾气达标排放，对有色冶炼环境保护具有重要意义。

砷化氢气体； 活性高锰酸钾； 吸收； 尾气达标； 工业设计方案

0 引言

砷是一种对人体及其他生物体有毒害作用的致癌物质,自然界中的砷多与有色金属矿伴生,并随精矿进入有色冶炼厂。含砷物料在有色冶炼厂处理过程中,特别是湿法冶炼工艺浸出、净化、电解过程中会产生毒性远大于砒霜的砷化氢气体。砷的各种化合物中,砷化氢毒性最大,它是一种剧烈的溶血性毒物,中毒可导致过氧化氢的积累和细胞膜的破坏。因此，对于含砷物料的存放管理必须慎之又慎，严格杜绝其与水及潮湿空气接触。

目前，在国内对砷化氢的治理尚未有合适的方法，砷化氢导致的环境问题一直困扰着冶金工作者，个别工厂仅通过厂房通风以及简单的吸收净化处理，但由于处理设备简陋、吸收效率低，远远达不到排放要求，对周边环境造成严重污染。因此，研究开发砷化氢气体治理新工艺，是当前冶炼企业解决砷化氢污染问题的一项重要课题。

1 试验目的

(1)通过试验，探索不同氧化剂及组合配方对砷化氢去除效率的影响；

(2)研究吸收液浓度、吸收液用量、吸收液初始酸度对砷化氢去除效率的影响；

(3)优化试验条件，为工业设计提供重要参数，使尾气砷化氢浓度降至0.3 mg/m3以下达标排放。

2 试验过程

2.1 试验原理

砷化氢是一种无色、有类似大蒜臭味的剧毒气体，对人体危害极大。砷化氢溶于水，但在水中的溶解度不高，因此用一般的碱液吸收剂很难达到较好的吸收效果，而砷化氢本身具有还原性，因而可以使用强氧化性的吸收液对其进行化学处理，被氧化后的砷化氢转变为砷酸盐或亚砷酸盐溶解在水中，从而达到去除的目的。

2.2 吸收剂的筛选

砷化氢为酸性气体，其中砷的价态为最低-3价，砷化氢具有较强的还原性，因此考虑利用较强氧化剂及碱性溶液对其吸收。通过试验筛选出对砷化氢气体有较强吸收能力的吸收剂。在相同条件下，考察高锰酸钾体系、重铬酸钾体系、次氯酸钠体系、双氧水体系对砷化氢气体的吸收效率，选出最优的吸收体系重点研究。

2.2.1 高锰酸钾体系吸收砷化氢气体

以不同体系、不同浓度的高锰酸钾作为吸收液，在一定砷化氢浓度条件下吸收30 min，测定吸收后尾气砷化氢的浓度，计算吸收效率。试验结果如表1所示。

表1高锰酸钾体系吸收砷化氢的试验结果

体系KMnO4浓度/(mol·L-1)吸收前气体砷化氢浓度/(mg·m-3)吸收后尾气砷化氢浓度/(mg·m-3)吸收效率/%酸性体系(2mol/LH2SO4定容)0.112.050.00100.000.0112.051.1289.50中性体系0.00112.058.5034.460.112.050.1998.14碱性体系(2mol/LNaOH定容)0.0112.051.6986.940.0112.054.4145.13

从表1可以看出，高锰酸钾浓度为0.01 mol/L时，其对砷化氢的吸收酸性体系下优于中性及碱性体系；此外，在其他条件相同的情况下，高锰酸钾浓度越高，吸收效果越好，0.1 mol/L酸性高锰酸钾溶液能够完全去除气体中的砷化氢。

2.2.2 次氯酸体系吸收砷化氢气体

理论上，氯气制备得到的次氯酸钠溶液具有强氧化性，其可与强还原性的砷化氢气体发生反应，达到吸收去除砷化氢的效果。本试验考察不同浓度的次氯酸钠溶液吸收砷化氢气体的效果，试验结果如表2所示。

表2NaClO溶液吸收砷化氢的试验结果

NaClO溶液浓度/(mol·L-1)吸收前气体砷化氢浓度/(mg·m-3)吸收后尾气砷化氢浓度/(mg·m-3)吸收效率/%0.0115.5013.2916.670.115.5012.5921.06115.5012.2423.21

从表2看出，次氯酸钠浓度升高，其吸收砷化氢的能力提升，但提升效果不明显，并且次氯酸钠溶液对砷化氢的吸收能力弱，达不到深度净化的要求。

2.2.3 重铬酸钾体系吸收砷化氢气体

第四，海纳天下英才，创造条件使各类人才能沉得下心、凝得住神、屏得住气地进行科学研究和技术创新，保证合理的利益分配，给予人才价值实现的充分自由。

重铬酸钾是一种强氧化剂，在碱性条件下会与碱直接反应，因此只考察酸性及中性条件下重铬酸钾吸收砷化氢的效果，试验结果如表3所示。

从表3可以看出，重铬酸钾溶液吸收砷化氢气体的能力很弱，0.01 mol/L重铬酸钾溶液吸收的砷化氢不到30%。因此，重铬酸钾溶液不适宜用作砷化氢气体的吸收剂。

表3重铬酸钾体系吸收砷化氢的试验结果

体系吸收前气体砷化氢浓度/(mg·m-3)吸收后尾气砷化氢浓度/(mg·m-3)吸收效率/%0.01mol/LK2Cr2O7(2mol/LH2SO4定容)15.5012.6020.900.01mol/LK2Cr2O7(中性)15.5012.1124.010.01mo/LK2Cr2O7(2mol/LHNO3定容)15.5012.5621.24

2.2.4 双氧水体系吸收砷化氢气体

双氧水在某些特定情况下能够产生羟基自由基，羟基自由基具有极强的得电子能力也就是氧化能力。若体系中能持续产生羟基自由基，并能迅速氧化砷化氢，则其吸收效率将不亚于高锰酸钾体系。本组试验研究了添加不同催化剂的双氧水溶液对砷化氢气体的吸收效果，试验结果如表4所示。

表4双氧水体系吸收砷化氢的试验结果

体系吸收前气体砷化氢浓度/(mg·m-3)吸收后尾气砷化氢浓度/(mg·m-3)吸收效率/%30%H2O214.1112.5313.6030%H2O2+磷钨酸14.1111.5020.693%H2O2+5%AgNO3+3%HNO314.110.00100.0030%H2O2+FeCl2·4H2O14.1110.8625.10

从表4可以看出，单纯的双氧水对砷化氢的吸收并不理想。添加催化剂后双氧水体系的吸收能力有一定提高，特别是添加硝酸银的体系，吸收效率达到了100%。

2.2.5 吸收剂筛选

对比以上几组体系，高锰酸钾体系和硝酸银- 双氧水体系对砷化氢的吸收效果较为理想。但是，每处理1g砷化氢气体，高锰酸钾体系的成本为0.28元，而硝酸银- 双氧水体系的成本为2.77元，是高锰酸钾体系的10倍，实际工业应用中难以承受。

2.3 高锰酸钾体系单因素试验

图1 砷化氢气体处理工艺工业设计方案配置图

初始的砷化氢气体浓度为700 mg/m3，本组试验考察酸碱度、浓度以及溶液体积对高锰酸钾溶液吸收砷化氢气体效果的影响，试验结果如表5～表7所示。

表5酸碱度对高锰酸钾溶液吸收砷化氢的影响

体系尾气浓度/(mg·m-3)吸收效率/%0.1mol/LKMnO4(2mol/LH2SO4定容)7.2798.970.1mol/LKMnO4(0.2mol/LH2SO4定容)1.8999.730.1mol/LKMnO4(0.02mol/LH2SO4定容)2.1299.700.1mol/LKMnO4(0.002mol/LH2SO4定容)0.3499.950.1mol/LKMnO4(2×10-5mol/LH2SO4定容)0.4498.940.1mol/LKMnO4(中性)0.5199.930.1mol/LKMnO4(2×10-5mol/LNaOH定容)0.1399.980.1mol/LKMnO4(0.002mo/LNaOH定容)0.0799.990.1mol/LKMnO4(0.02mol/LNaOH定容)0.3099.960.1mol/LKMnO4(0.2mol/LNaOH定容)0.4499.940.1mol/LKMnO4(2mol/LNaOH定容)299.657.20

根据以上试验数据，并从工业实际应用出发，选择高锰酸钾浓度0.2 mol/L、中性体系，可获得理想、

表6浓度对高锰酸钾溶液吸收砷化氢的影响

高锰酸钾浓度/(mol·L-1)尾气浓度/(mg·m-3)吸收效率/%0.0148.2593.110.051.6299.760.10.5199.930.20.0799.99

表7体积对高锰酸钾溶液吸收砷化氢的影响

吸收液体积/mL尾气浓度/(mg·m-3)吸收效率/%2546.2293.40501.6299.76750.0399.99

经济的吸收效果。另外，高锰酸钾吸收液的体积影响也很大，吸收液越多，气液接触时间更长，反应更充分，更有利于砷化氢气体的吸收。

3 高锰酸钾吸收处理砷化氢气体的工业设计方案

基于以上试验研究，在优化工艺条件下，采用高锰酸钾吸收处理砷化氢气体新工艺，解决砷化氢废气在有色冶炼行业造成的安全环保问题。该过程的反应如下：

MnO2↓+4H2O+ K2SO4

(1)

以烟气量17 000 m3/h、500 mg/m3砷化氢气体为例，设计出高锰酸钾四效双塔吸收处理工艺方案配置图，见图1。

为避免产生的砷酸钾、硫酸钾和二氧化锰造成二次污染，可增设废液过滤工序，滤液循环配液，并定期开路深度处理；滤渣(即MnO2)可用于精矿氧化配料或直接外卖。

4 结语

当前，在国内有色冶炼行业砷化氢处理技术尚属空白阶段，高锰酸钾高效吸收砷化氢新工艺的开发，对有色冶炼行业砷化氢废气的治理和环境保护具有重大意义。本文在新工艺研究开发的基础上，优化工艺条件，提出了工业设计方案，为砷化氢废气处理工艺工业应用提供参考。

[1] 砷化氢气体处理新工艺试验研究报告[Z]. 2013.

[2] 仇勇海等.砷化氢的毒性及在铜净液中的防治[J].有色冶炼，2001，(2)：36-38.

[3] 田文增等.有色冶金工业含砷物料的处理及利用现状[J].湖南有色冶金，2004，20(6)：11-15.

Study on new arsenic hydride gas treatment process and industrial design

XIE Wen-qing

The paper studies the new process of adoption of activated potassium permanganate solution for absorption and treatment arsenic hydride gas. Based on the optimized process conditions, industrial design is put forward. This process is high efficiency, the exhaust emission can meet the standards, and it is of great significance for environmental protection in non-ferrous smelting.

arsenic hydride gas; activated potassium permanganate; absorption; tail gas reaching standard; industrial design

谢文清(1984—)，男，海南澄迈人，有色冶金中级工程师，从事有色冶金研究设计工作。

2015-07-29

2016-04-08

TF805.3

B

1672-6103(2016)03-0060-04