一种氧气气泡联合超声波去除氧化锌烟尘浸出液中砷的方法

1.本发明涉及湿法冶金技术领域，特别是涉及一种氧气气泡联合超声波去除氧化锌烟尘浸出液中砷的方法。


背景技术：

2.早期锌的冶炼仍然以火法为主，在此过程中，冶炼原料中部分易挥发元素挥发后随着气流运动再次冷却，被收尘器收集而累积形成烟尘，存在着能耗大、综合回收率低、环境污染等问题。现今烟尘的处理主要以湿法为主，依据烟尘中有价元素和杂质元素种类、含量的不同，可采用不同方法除砷，如水浸﹑酸性浸出，选择性浸出提取铜、锌等，采用铁矾法，针铁矿法除铁。
3.对于主要有价元素为锌，并且含砷较高的烟尘，采用选择性酸性浸出，锌的浸出率达到93.92％，砷的浸出率为4.12％，取得了良好的分离效果。然而浸出过程中有部分铁溶解进入酸浸液中，为了得到高纯度的硫酸锌产品，需要进一步除去浸出液其中的砷﹑铁，进而得到较纯净的硫酸锌蒸发前液。此外，氧化锌烟尘在还原浸出后，浸出液送至后序电解工序，回收浸出液中的锌，电解过程需要控制电解液至一定的酸度，但由于氧化锌烟尘浸出时采用的酸浸液为高酸溶液，导致浸出液的最终ph较小，在电解前，需要加碱处理后才能进行电解，会产生额外的成本并增加物料消耗和损耗。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种氧气气泡联合超声波去除氧化锌烟尘浸出液中砷的方法，以解决现有技术中存在的问题，本发明利用氧气气泡作为氧化剂，氧化氧化锌烟尘浸出液中的亚砷酸根离子以及亚铁离子，同时通过加入焙尘调节ph除去氧化锌烟尘浸出液中的砷，整个除杂过程无废气产生，渣量低，除杂率高，且除杂后的浸出液可作为后续电解硫酸锌的原液。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.本发明的技术方案之一：一种氧气气泡联合超声波去除氧化锌烟尘浸出液中砷的方法，包括以下步骤：
7.在氧化锌烟尘浸出液中通入氧气气泡(氧化剂)，同时加入焙尘(中和剂)调节ph至5.0～5.4，进行超声波处理，去除所述氧化锌烟尘浸出液中的砷。
8.氧化锌烟尘浸出液中haso2和fe
2+
在溶液中有相当大的稳定区间，溶液中的as和fe分别是以三价态以及二价态的形式存在，因此，必须先使用氧气气泡将其氧化至最高价态，经过o2完全氧化后，溶液中含有的as和fe的电位均相应增高，离子处于高价态。当溶液ph值超过1以后，溶液中的fe
3+
便会结合h3aso4转化为feaso4，当溶液中的ph值继续增加到5以后，feaso4则会转化为fe(oh)3和h2aso
4-，此时h2aso
4-会被fe(oh)3吸附并随着铁一起产生沉淀。经过超声波协同各个阶段反应，去除率进一步提高。
9.具体反应如下：
10.2h3aso3+o2
→
2h3aso411.2fe
2+
+o2→
2fe
3+
+o
2-12.fe
3+
+h3aso4→
feaso4+h
3+
13.feaso4+2h2o+oh-→
fe(oh)3+h2aso
4-14.进一步地，所述氧气气泡的流量为0.4～1.0l/min。
15.进一步地，所述氧气气泡的粒径为1500～2600nm。
16.进一步地，所述去除的温度为50～70℃。
17.进一步地，所述超声波处理的功率为300～400w。
18.采用300～400w超声协同除杂，可加快氧气以及焙尘与浸出液中化合物的反应，使得砷的去除率高达98.79％。
19.进一步地，所述超声波处理的时间为60～90min。
20.进一步地，在通入氧气气泡前，还包括，将氧化锌烟尘浸出液加热至50～70℃，并进行搅拌处理；所述搅拌处理的转速为200～500r/min。
21.进一步地，所述的氧气气泡联合超声波去除氧化锌烟尘浸出液中砷的方法，还包括，重复上述去除的过程。
22.本发明公开了以下技术效果：
23.(1)本发明使用氧气作为氧化剂，以及焙尘作为中和剂，除去氧化锌烟尘浸出液中的砷，与其他方法相比，降低了其他杂质元素的带入，提高了除杂率，减小了生产成本；此外，除杂过程中不会产生有害气体，不会对后序电解工序产生影响。
24.(2)本发明由于主要利用反应过程中产生的氢氧化铁的吸附共沉淀作用除去砷，反应过程中没有引入新的铁盐，因此，在除去砷的同时也去除了浸出液中原有的一部分铁，有利于后续浸出液的电解工序，不仅除杂率高，且整个除杂过程废渣产生量降低约10％。此外，本发明在超声协同作用下，不仅除杂时间缩短(超声波的作用在于为溶液中的化学成分提供一种新的反应通道，可以加快反应速度，因此可以缩短除杂时间)，且除杂率也进一步提高，砷的去除率最高可以达到98.79％左右。
25.(3)本发明相对于现有氧化锌烟尘浸出液的砷除杂技术，具有工艺简单，无废气、废渣率小，氧化剂以及中和剂廉价易得、除杂率高的特点，具有较好的环保效益和经济效益。
26.(4)本发明利用氧气作为氧化剂，对氧化锌烟尘浸出液中的杂质砷进行去除，通过控制过程的反应时间、ph、氧气流量，可显著提高砷的去除率，并且在超声协同作用下，去除率进一步提高，反应过程中氧化的时间有效缩短。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为本发明实施例1中干渣的xrd图谱；
29.图2为本发明实施例1中滤液的as-fe-h20系eh-ph图；
30.图3是本发明实施例1中焙尘的xrd图谱。
具体实施方式
31.现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
32.应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
33.除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
34.在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本技术说明书和实施例仅是示例性的。
35.关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
36.本发明以下实施例及对比例使用cu-k
α
作为x射线光源，λ＝0.15416nm，电压≤40kv，电流≤40ma的x射线衍射仪(xrd)(d8advance)进行物相分析；结合离子热力学分析绘出浸出液的as-fe-h2o系eh-ph图(为了方便计算假定溶液中的各离子活度均为1)。
37.本发明以下实施例及对比例的氧气气泡经气泡发生器制备得到。
38.本发明以下实施例及对比例采用的氧化锌烟尘浸出液，主要化学成分见表1。
39.表1氧化锌烟尘浸出液的主要化学成分
40.成分asfecdcumgozn含量(g/l)1.730.8410.3490.000328.2699.72
41.实施例1
42.一种氧气气泡联合超声波去除氧化锌烟尘浸出液中砷的方法：
43.(1)量取500ml氧化锌烟尘浸出液至三口烧瓶中放置于磁力恒温加热器中升温至70℃(反应温度)，搅拌(搅拌转速为300r/min)并通入氧气气泡(氧气气泡的流量为0.8l/min，氧气气泡的粒径为1500～2600nm)，同时向浸出液中加入3.114g焙尘调节溶液ph至4.1，超声波处理(350w)，反应(反应温度为70℃)60min，然后将得到的溶液取出并通过真空抽滤将渣液分离，得到干渣1(60℃下干燥15h的干基滤渣，2.845g)和滤液1。
44.(2)在滤液1放回三口烧瓶中放置于磁力恒温加热器中升温至70℃，搅拌(搅拌转速为300r/min)并通入氧气气泡(氧气气泡的流量为0.8l/min，氧气气泡的粒径为1500～2600nm)，同时向滤液1中加入2.845g焙尘调节溶液ph至5.4，超声波处理(350w)，反应(反应温度为70℃)60min，然后将得到的溶液取出并通过真空抽滤将渣液分离，得到干渣2(60℃
下干燥15h的干基滤渣，3.147g)和滤液2，干渣2的xrd图见图1。
45.结合离子热力学分析绘出滤液的as-fe-h2o系eh-ph图见图2；焙尘的xrd图见图3。
46.对比例1
47.同实施例1，区别仅在于，不进行超声处理。
48.对比例2
49.同实施例1，区别仅在于，不进行超声处理，将步骤(1)和步骤(2)中的反应时间均调整为120min。
50.效果例1
51.测定实施例1和对比例1～2的滤液2中的砷含量，并计算砷去除率，结果见表2。
[0052][0053]
其中，x为砷的去除率；a为氧化锌烟尘浸出液中砷的浓度；b为滤液中砷的浓度。
[0054]
氧化锌烟尘浸出液中砷的浓度为1.73g/l。
[0055]
表2滤液中砷含量及砷去除率
[0056][0057][0058]
实施例2
[0059]
一种氧气气泡联合超声波去除氧化锌烟尘浸出液中砷的方法：
[0060]
量取500ml氧化锌烟尘浸出液至三口烧瓶中放置于磁力恒温加热器中升温至70℃(反应温度)，搅拌(搅拌转速为300r/min)并通入氧气气泡(氧气气泡的流量为0.2l/min，氧气气泡的粒径为1500～2600nm)，同时向浸出液中加入焙尘调节溶液ph至5.2，超声波处理(350w)，反应(反应温度为70℃)120min，然后将得到的溶液取出并通过真空抽滤将渣液分离，得到干渣(60℃下干燥15h的干基滤渣)和滤液。
[0061]
实施例3
[0062]
同实施例2，区别仅在于，氧气气泡的流量为0.4l/min。
[0063]
实施例4
[0064]
同实施例2，区别仅在于，氧气气泡的流量为0.6l/min。
[0065]
实施例5
[0066]
同实施例2，区别仅在于，氧气气泡的流量为0.8l/min。
[0067]
实施例6
[0068]
同实施例2，区别仅在于，氧气气泡的流量为1.0l/min。
[0069]
效果例2
[0070]
测定实施例2～6的滤液中的砷含量，并计算砷去除率，结果见表3。
[0071][0072]
其中，x为砷的去除率；a为氧化锌烟尘浸出液中砷的浓度；b为滤液中砷的浓度。
[0073]
氧化锌烟尘浸出液中砷的浓度为1.73g/l。
[0074]
表3氧气气泡流量对砷去除率的影响
[0075][0076]
砷的去除过程中，氧气气泡流量对砷的去除率影响至关重要，从表3中可以看出，当氧气气泡流量达到0.8l/min时，砷的去除率达到较高水平，继续增加氧气流量提高效果不明显，氧气流量为0.2～0.6l/min时砷的氧化率较低导致砷的最终去除率较低，且此时由于溶液中的离子氧化程度不够，很难与焙尘中的化合物产生反应，导致调节ph时所需的中和剂量大大增加，因此，滤渣量也进一步增加。从各个方面考虑，氧气气泡流量为0.8l/min时，效果最佳。
[0077]
实施例7
[0078]
一种氧气气泡联合超声波去除氧化锌烟尘浸出液中砷的方法：
[0079]
量取500ml氧化锌烟尘浸出液至三口烧瓶中放置于磁力恒温加热器中升温至25℃(反应温度)，搅拌(搅拌转速为300r/min)并通入氧气气泡(氧气气泡的流量为0.8l/min，氧气气泡的粒径为1500～2600nm)，同时向浸出液中加入焙尘调节溶液ph至5.2，超声波处理(350w)，反应(反应温度为25℃)120min，然后将得到的溶液取出并通过真空抽滤将渣液分离，得到干渣(60℃下干燥15h的干基滤渣)和滤液。
[0080]
实施例8
[0081]
同实施例7，区别仅在于，反应温度为40℃。
[0082]
实施例9
[0083]
同实施例7，区别仅在于，反应温度为55℃。
[0084]
实施例10
[0085]
同实施例7，区别仅在于，反应温度为70℃。
[0086]
实施例11
[0087]
同实施例7，区别仅在于，反应温度为85℃。
[0088]
效果例3
[0089]
测定实施例7～11的滤液中的砷含量，并计算砷去除率，结果见表4。
[0090][0091]
其中，x为砷的去除率；a为氧化锌烟尘浸出液中砷的浓度；b为滤液中砷的浓度。
[0092]
氧化锌烟尘浸出液中砷的浓度为1.73g/l。
[0093]
表4反应温度对砷去除率的影响
[0094][0095][0096]
实施例12
[0097]
一种氧气气泡联合超声波去除氧化锌烟尘浸出液中砷的方法：
[0098]
量取500ml氧化锌烟尘浸出液至三口烧瓶中放置于磁力恒温加热器中升温至70℃(反应温度)，搅拌(搅拌转速为300r/min)并通入氧气气泡(氧气气泡的流量为0.8l/min，氧气气泡的粒径为1500～2600nm)，同时向浸出液中加入焙尘调节溶液ph至4.5，超声波处理(350w)，反应(反应温度为70℃)120min，然后将得到的溶液取出并通过真空抽滤将渣液分离，得到干渣(60℃下干燥15h的干基滤渣)和滤液。
[0099]
实施例13
[0100]
同实施例12，区别仅在于，加入焙尘调节溶液ph至4.7。
[0101]
实施例14
[0102]
同实施例12，区别仅在于，加入焙尘调节溶液ph至5.0。
[0103]
实施例15
[0104]
同实施例12，区别仅在于，加入焙尘调节溶液ph至5.2。
[0105]
实施例16
[0106]
同实施例12，区别仅在于，加入焙尘调节溶液ph至5.4。
[0107]
对比例3
[0108]
同实施例16，区别仅在于，将氧气替换成15ml过氧化氢。
[0109]
对比例4
[0110]
同实施例16，区别仅在于，将氧气替换成15ml过氧化氢，反应时间调整为150min。
[0111]
对比例5
[0112]
同实施例16，区别仅在于，将氧气替换成过氧化氢，反应维度调整为80℃。
[0113]
效果例4
[0114]
测定实施例12～16及对比例3～5的滤液中的砷含量，并计算砷去除率，结果见表5。
[0115][0116]
其中，x为砷的去除率；a为氧化锌烟尘浸出液中砷的浓度；b为滤液中砷的浓度。
[0117]
氧化锌烟尘浸出液中砷的浓度为1.73g/l。
[0118]
表5
[0119][0120][0121]
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。