砷碱渣浸出试验研究

2021-05-23罗艺辉

中国金属通报 2021年2期

罗艺辉，李军

（湖南省怀化市湖南辰州矿业有限责任公司，湖南怀化 619607）

砷碱渣是锑冶炼企业产生的一种危险固体废弃物，是在反射炉或鼓风炉的火法炼锑过程中，采用加入纯碱（碳酸钠）或烧碱（氢氧化钠）的方法对粗锑进行精炼除砷，产生的废渣叫砷碱渣。砷碱渣中的主要成份是纯碱（碳酸钠）、砷及其化合物和锑及其化合物。砷碱渣中的砷及其化合物有剧毒，且易溶于水，若保管不善极易引起砷污染事件。

我国锑冶炼最集中的地区在湖南省冷水江市的锡矿山地区，锡矿山地区集中收集的砷碱渣约15万吨；分散于22个历史堆场，与炉渣裸露堆积在锡矿山地区的5万吨砷碱渣形成的混合渣约60万吨［1］。砷碱渣已造成地表水、地下水及土壤的严重污染［2］，为了消除锡矿山地区历史遗留及新产生的砷碱渣污染，逐步消除砷碱渣对所属流域和土壤的污染，砷碱渣无害化、资源化处置工作迫在眉睫。因此该市市委市政府积极制定对策，成立冷水江市锑都环保有限责任公司，筹建砷碱渣无害化生产线，对砷碱渣进行无害化处理，解除砷碱渣对环境构成的安全隐患。

砷碱渣的处理方式有填埋、火法、湿法等处理方法。填埋处理由于安全性低，管理费用高，已经很少采用。采用氧化焙烧挥发法处理砷碱渣制取As2O3易带来二次污染，且处理含砷较低的砷碱渣效果不佳。在湿法处理工艺中，通常采用热水浸出砷碱渣，金属锑、锑酸钠等保留在砷锑渣中，碳酸钠、砷酸钠、硫酸钠、硫代硫酸钠等可溶性钠盐进入浸出液，然后蒸发结晶得到砷、碱混合盐，由于该混合盐成分不稳定，应用价值不大。

砷碱渣无害化处理一直以来是世界性难题。冷水江市锑都环保有限责任公司拟采用常温湿法无害化处理砷碱渣，做到砷碱渣中锑回收、砷富集刚性填埋、碱分离制纯碱再利用的目的，该工艺的首要关键为砷碱渣的浸出，本文采用水浸的方式，研究如何将砷碱渣中的砷和碱实现最大效率的浸出，得到了最佳的工艺参数，为砷碱渣的无害化处理和资源的综合回收打下基础。

1 试验原理

鉴于锑都环保砷碱渣中主要成分为碳酸钠和砷酸钠盐，查阅相关资料得知碳酸钠和砷酸钠的易水溶性质［3］，碳酸钠水溶性：35.4℃时溶解度最大，100克水中可溶解49.7克碳酸钠，砷酸钠水溶性：0.1℃时100克水能溶解5.59克砷酸钠；25℃时100克水能溶解29.33砷酸钠；98.5℃时100克水能溶解66.5克砷酸钠。

锑主要以锑金属和锑酸盐形式存在，锑金属不溶于水，锑酸盐冷水中不溶，热水中发生水解形成胶体［4］。

浸出过程是在固一液界面进行的多相化学反应过程，可大致分为三个步骤：浸出剂被浸出物料表面及裂隙中扩散，试剂被物料表面吸附并起化学反应，反应产物溶解并向溶液内部扩散。浸出试验采用先球磨浸出+定速定时搅拌反应的方法进行，主要考察固液比、反应温度、机械搅拌时间、球磨时间（物料粒度）对砷和碱浸出率、渣率的影响。

2 试验原料

本次试验取原料为是锑都环保砷碱渣库中堆存的砷碱渣。

表1 砷碱渣主要成分检测结果（%）

为了弄清砷碱渣物相组成，取样送长沙矿冶研究院进行外检分析，其结果见表2、表3。

表2 新、老砷碱渣锑的化学物相分析结果（%）

*化学物相分析中锑华实际上包括了部分结晶程度较低的锑酸钠。

表3 新、老砷碱渣砷的化学物相分析结果（%）

检测得到：砷碱渣中锑品位平均约1.5-1.6%，主要以三氧化二锑形式存在，占总锑量的63%，金属锑及锑的固溶体约占17%，硫化锑品位低于0.1%，占比只有5%左右；砷碱渣中砷品位与赋存状态也较为接近。砷品位约4%，主要以砷的氧化物形式存在，砷的氧化物占总量的95%以上，砷酸盐占1.2%左右，硫化物中的砷不到0.2%；砷碱渣中碱含量≥50%。