一种冶炼污酸渣中重金属“双转”脱除的方法

本发明提供了一种冶炼污酸渣中重金属“双转”脱除的方法，属于有色冶金与环境保护。

背景技术：

1、铅锌铜等有色金属冶炼过程产生大量含重金属的污酸，大多采用石灰中和法处理，产生大量以硫酸钙为主体、含有砷、铅、镉等国家重点防控的一类重金属的冶炼污酸渣，为危险固体废弃物。若污酸渣处理处置不当，则其中的重金属易于发生物理迁移、污染周围水体。

2、针对冶炼污酸渣的处理，目前主要方法包括污酸渣中重金属的固化、污酸渣中重金属分离与回收等方法。如北方民族大学发布的《一种固化污酸渣中铬的方法》(专利号：cn201410353582.1)和《一种固化污酸渣中铅的方法》(专利号：cn201410353582.1)属于污酸渣的固化处理方法。

3、cn201510733072.1提出了一种用于含汞硒砷的污酸渣中重金属分离与回收的方法，具体为将含汞硒砷的污酸渣脱水后，与氧化镁混合得到混合渣，然后将混合渣进行高温焙烧，从烟气中收集汞蒸气，再将焙烧渣用硫酸酸化，溶解其中的硒和砷，从酸性溶液中还原回收硒后，调节ph、并加铁，沉砷得砷酸铁沉淀，过滤后回收硫酸镁晶体或氨沉得氢氧化镁或碱式碳酸镁，使mg循环利用。

4、cn201510391585.9提供了一种污酸渣循环利用的方法，利用污酸渣作为钙源，进行协同冶炼，具体为：将污酸渣与石灰石、铅精矿、sio2按照一定的质量比混合配料、制粒后，送入富氧底吹炉进行熔炼，通过富氧底吹炉温度的控制，使得污酸渣中的钙和硫分解为cao和so2，cao与sio2进行造渣反应，so2进入烟气中，烟气经进一步处理送制酸系统，新产生的污酸经过污酸处理工序后重新生成污酸渣并重新作为造渣剂。该法看似理想，但实则有巨大的缺陷，即易挥发性的重金属如as、cd等在系统来回循环，并无出口，造成循环累积。

5、因此，本发明针对含有多种重金属的冶炼污酸渣，实现污酸渣中重金属的高效脱除，为后续硫酸钙残渣的资源化利用提供便利。

技术实现思路

1、鉴于现有冶炼污酸渣处理技术存在的问题，本发明提供一种冶炼污酸渣中重金属“双转”脱除的方法，所述方法用由转晶剂和硫酸溶液构成的酸性复合介质与冶炼污酸渣混合反应，使得污酸渣中的重金属得以高效浸出，获得重金属脱除后的硫酸钙残渣。该过程利用了重金属在酸性介质中易于溶解的特性，还利用了转晶剂帮助污酸渣中硫酸钙基体的重结晶或相变，释放污酸渣晶格中夹杂的重金属，重金属转溶效率高，而且具有调控硫酸钙残渣含结晶水量的作用，帮助冶炼污酸渣的资源化利用。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、(1)配置由转晶剂和硫酸溶液构成的酸性复合介质，将冶炼污酸渣与酸性复合介质混合反应；

4、(2)反应结束后固液分离，获得重金属浸出液和重金属脱除后的硫酸钙残渣。

5、优选地，步骤(1)中所述的冶炼污酸渣为含有重金属的硫酸钙渣，其中重金属as的含量最高可到10wt％，cd的含量最高可达5wt％，zn的含量最高可达2wt％，sb和pb的含量最高可达1wt％。

6、优选地，步骤(1)中所述的转晶剂为硫酸钠、氯化钠、氯化镁中的一种或至少两种的组合，例如可以是硫酸钠和氯化钠的组合，硫酸钠和氯化镁的组合，氯化钠和氯化镁的组合，硫酸钠、氯化钠和氯化镁三者的组合等。

7、优选地，步骤(1)中所述的硫酸溶液的浓度为0.1～5mol/l，例如可以是0.1mol/l、0.2mol/l、0.3mol/l、0.4mol/l、0.5mol/l、0.6mol/l、0.7mol/l、0.8mol/l、0.9mol/l、1mol/l、2mol/l、3mol/l、4mol/l或5mol/l等。

8、优选地，步骤(1)中所述的酸性复合介质中转晶剂的浓度为0.01～5mol/l，例如可以是0.01mol/l、0.05mol/l、0.1mol/l、0.2mol/l、0.3mol/l、0.4mol/l、0.5mol/l、0.6mol/l、0.7mol/l、0.8mol/l、0.9mol/l、1mol/l、2mol/l、3mol/l、4mol/l或5mol/l等。

9、优选地，步骤(1)中所述冶炼污酸渣与酸性复合介质混合的液固比为(1～100)：1ml/g，例如可以是1：1ml/g、2：1ml/g、5：1ml/g、10：1ml/g、20：1ml/g、30：1ml/g、40：1ml/g、50：1ml/g、60：1ml/g、70：1ml/g、80：1ml/g、90：1ml/g或100：1ml/g。

10、优选地，步骤(1)中所述反应的温度为10～250℃，例如可以是10℃、20℃、25℃、36℃、45℃、56℃、64℃、72℃、87℃、98℃、100℃、120℃、140℃、160℃、180℃、200℃、220℃、240℃或250℃等。

11、优选地，步骤(1)中所述反应的时间为0.083～24h，例如可以是0.083h、0.25h、0.5h、1.8h、2.5h、3.1h、4.8h、5h、6h、8h、10h、12h、14h、16h、18h、20h、22h或24h等。

12、优选地，步骤(2)中所述的重金属脱除后的硫酸钙残渣中as和pb的含量不超过0.1wt％，cd、zn和sb的含量不超过0.01wt％。

13、优选地，步骤(2)完成后，用与步骤(1)成分相同的新鲜酸性复合介质与步骤(2)获得的重金属脱除后的硫酸钙残渣再次混合反应，反应结束后固液分离，滤液返回至步骤(1)，用于处理下一批次的冶炼污酸渣，滤渣为重金属深度脱除后的硫酸钙残渣。

14、作为本发明优选的技术方案，所述方法包括如下步骤：

15、(1)配置由转晶剂和硫酸溶液构成的酸性复合介质，将冶炼污酸渣与酸性复合介质混合反应，其中，所述冶炼污酸渣为含有重金属的硫酸钙渣，其中重金属as的含量最高可到10wt％，cd的含量最高可达5wt％，zn最高可达2wt％，sb和pb最高可达1wt％；所述转晶剂为硫酸钠、氯化钠、氯化镁中的一种或至少两种的组合；所述硫酸溶液的浓度为0.1～5mol/l；所述酸性复合介质中转晶剂的浓度为0.01～5mol/l；所述冶炼污酸渣与酸性复合介质混合的液固比为(1～100)：1ml/g，所述反应的温度为10～250℃，所述反应的时间为0.1～24h；

16、(2)反应结束后固液分离，获得重金属浸出液和重金属脱除后的硫酸钙残渣，其中，所述重金属脱除后的硫酸钙残渣中as和pb的含量不超过0.1wt％，cd、zn和sb的含量不超过0.01wt％。

技术特征：

1.一种冶炼污酸渣中重金属“双转”脱除的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的冶炼污酸渣为含有重金属的硫酸钙渣，其中重金属as的含量最高可到10wt％，cd的含量最高可达5wt％，zn的含量最高可达2wt％，sb和pb的含量最高可达1wt％。

3.根据权利要求1～2所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的转晶剂为硫酸钠、氯化钠、氯化镁中的一种或至少两种的组合；

4.根据权利要求1～3所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述冶炼污酸渣与酸性复合介质混合的液固比为(1～100)：1ml/g；

5.根据权利要求1～4所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述的重金属脱除后的硫酸钙残渣中as和pb的含量不超过0.1wt％，cd、zn和sb的含量不超过0.01wt％。

6.根据权利要求1～5所述的方法，其特征在于，步骤(2)完成后，用与步骤(1)成分相同的新鲜酸性复合介质与步骤(2)获得的重金属脱除后的硫酸钙残渣再次混合反应，反应结束后固液分离，滤液返回至步骤(1)，用于处理下一批次的冶炼污酸渣，滤渣为重金属深度脱除后的硫酸钙残渣。

技术总结
本发明提供了一种冶炼污酸渣中重金属“双转”脱除的方法，所述“双转”的内涵为硫酸钙晶型转化与重金属转溶，所述方法是将冶炼污酸渣与酸性复合介质混合，并在特定温度下反应，然后固液分离，得到重金属脱除后的硫酸钙残渣和重金属浸出液，实现冶炼污酸渣中重金属的脱除。所述方法操作简易，冶炼污酸渣中重金属脱除效率高，可极大降低冶炼污酸渣堆存的环境风险。

技术研发人员：郑诗礼,张盈,钱凯,周宏明,陈世民,焦芬,乔珊
受保护的技术使用者：中国科学院过程工程研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15