白烟尘脱砷及铅、铜、锌回收基础研究

发布时间：2020-05-01 14:09

【摘要】：白烟尘是在火法炼铜过程中焙烧、吹炼等工序中产生,由电除尘装置收集的固体粉尘,其元素组成较为复杂,随矿源和冶炼工艺的不同而不同,一般含有铜、锌、铅、砷、铋、铁、银、锑等金属元素,属于危险固体废弃物。目前,国内对白烟尘综合处理工艺不完善,大多企业直接采用堆存处理,经雨水冲刷,大量有毒有害金属随雨水进入地下水系统,对环境和人体健康造成严重的危害;部分铜冶炼厂将白烟尘直接返回熔炼系统处理,不仅造成闪速炉处理能力降低、炉况恶化,而且有害成分铅和砷等经循环富集,也将严重影响铜产品的质量。近年来,环境问题日益突出,对危险固体废弃物的处理也成为研究的热点。本论文研究了白烟尘脱砷及分离提取铜、锌、铅的机理和工艺路线。利用硫酸溶液对白烟尘进行酸浸、铁盐-钙盐联合脱砷、铁粉置换铜、P204萃取锌、硫酸溶液反萃锌等过程分步分离提取酸浸液中金属离子,整个工艺流程操作可行、方案合理。研究表明:(1)白烟尘中砷主要以砷酸铅(Pb_2As_2O_6、Pb_2As_2O_7)、砷酸锌(Zn_3(As O_4)_2·8H_2O)以及三氧化二砷(As_2O_3)形态存在。(2)白烟尘中可溶物质在硫酸介质下较氢氧化体系溶出率高。通过单因素实验确定了白烟尘酸浸较优的工艺条件:反应温度50℃、反应时间30min、液固比为10:1、硫酸浓度为20%,在此反应条件下砷、铜、锌、铅的浸出率分别为91.63%、94.31%、98.56%、0.89%。砷、铜、锌具有良好的浸出效果,同时将铅以Pb SO_4的形式留在浸出渣中可作为粗铅矿回收铅。(3)通过热力学数据,绘制砷酸盐lg C-H_2O系浓度对数图,并通过单因素实验验证了理论分析结果,与理论分析基本一致,严格控制反应体系p H值可有效实现砷与Cu~(2+)和Zn~(2+)的分离。通过单因素实验得到了铁盐-钙盐联合脱砷较佳的工艺参数,即反应时间5h、反应温度85℃、p H=1.2、Fe/As(摩尔比)=1.5、不添加H_2O_2,在此条件下砷的沉淀率达到89.12%,而Cu~(2+)和Zn~(2+)基本没有发生沉淀。砷以臭葱石(Fe As O_4?2H_2O)的形式从酸浸液中除去。(4)脱砷后的酸浸液,通过铁粉置出铜。被置换出的铜的纯度关键影响因素是反应初始体系的p H值,p H值对Cu~(2+)的置换效果不明显,但当p H值超过1.2时,会有少量的砷发生共沉淀。通过实验得到较适宜的工艺条件为:反应时间12min、p H=1.2、Fe/Cu(摩尔比)=1.7、反应温度为室温,在此条件下铜的置换率维持94.70%左右,置换出的沉淀物主要为铜、氧化亚铜。(5)P204对锌具有良好的萃取效果,在合适的p H值下,可选择性的将锌萃取出来,与Cu~(2+)、Ca~(2+)和Fe~(2+)进行有效的分离。通过实验研究得到较优的工艺参数为:反应时间12min、初始p H=2.0、O/A=2.0:1、P204浓度为40%、萃取温度为70℃,在此条件下锌的萃取率达到96.30%。(6)锌的反萃剂为稀硫酸,得到较适宜的工艺参数为:反萃时间为6min、反应温度为室温、O/A=7:1、硫酸浓度为2.0mol/L,反萃率达到99.90%以上;反萃得到的Zn SO_4溶液经加热浓缩自然冷却结晶离心分离制得硫酸锌晶体。
【图文】：

工艺流程图,工艺流程图,烟尘,元素组成

图 1.1 火法炼铜工艺流程图Fig. 1.1 Process flow chart of copper smelting process烟尘就是在焙烧、吹炼等工序过程中产生。受高温，铅、锌、砷、锑发金属元素进入烟气，还有部分贵金属如金、银等随烟气夹带进入收表 1.1 为国内一些炼铜企业所产烟尘的元素组成及含量：1.1 表国内部分炼铜厂烟灰元素组成及含量 (质量百分数 )ble 1.1 The composition and content of domestic copper smelting plant ash elem(Mass percentage)白银云冶铜陵二冶湖北大冶沈阳冶炼厂贵溪冶11.0～ 15.0 8.95 16.7～ 27.4 20.0～ 31.0 29.28～ 35.5 11.0～18.0～ 21.0 6.70 7.7～ 15.8 8.0～ 12.0 7.6～ 12.6 4.0～1.5～ 3.0 6.51 1.75～ 5.16 1.5～ 4.5 1.45～ 3.48 6.0～3.0～ 5.0 3.31 2.38～ 5.00 2.0～ 6.0 0.9～ 1.03 3.0～

蒸馏装置

分析方法尘及溶液中总砷含量的测定中总砷含量的测定：称取 0.2～0.5g（精确至 0.0002g）的锥形瓶中，加入 2mL 高氯酸，加热至沸腾 10s，取下稍冷。定：用移液管移取 2mL，于 250mL 磨口锥形瓶中。80mL 盐酸(1+1)、1mL 氢溴酸、1g 硫酸亚铁，用少量去离子馏装置，高温加热蒸馏，馏出物用预先盛有 70mL 氢氧化钠溶液(20g/L)指示剂的 500mL 锥形瓶吸收。蒸馏至玻璃导管出口时取下，用少量去离子水吹洗蒸馏导管外壁。装置如图 2.1 化钠溶液（6mol/L）调节至浅红色，再用盐酸(1+1)调节至红冷却至室温。加入 5mL 淀粉溶液(10g/L)，，摇匀。加入 2g 碳，用少量去离子水吹洗瓶壁。用碘标准滴定溶液滴 [c(1/2I2)=0为终点。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X758

【参考文献】