选择性氧化—硫化焙烧砷锑烟尘分离砷以及锑资源的回收

作     者：钟大鹏 

作者单位：昆明理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：魏永刚;李磊

授予年度：2018年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 080603[工学-有色金属冶金] 08[工学] 0806[工学-冶金工程] 

主      题：砷锑分离 CuO CuS 选择性氧化-硫化 锑回收 

摘      要：在我国砷污染严重和锑资源日趋枯萎的条件下,我们应当重视提高冶炼技术水平,提高冶炼效率,将砷、锑资源的回收利用作为有色冶金发展的一项战略。我国中部及西南地区有色金属阳极泥熔炼回收贵金属过程中多产生含砷锑烟尘,一般烟尘Sb含量200%、As含量200%。砷锑烟尘中含有大量有害元素砷,直接堆放会对环境构成潜在威胁,又其中锑资源含量丰富,运用合适方法将砷锑分离并对锑进行回收,减弱其环境危害的同时可实现锑二次资源的有效回收。考虑到SbO相比AsO更易被氧化和硫化,本研究提出使用CuO和CuS对砷锑烟尘进行深度选择性氧化-硫化焙烧分离砷、锑,并在砷脱除后结合底物提出回收锑资源的思路。通过XRD和EPMA分析可知,砷锑烟尘中砷、锑赋存物相主要为AsO和SbO,且含有一定量的结合相(Sb,As)O。CuO的加入对烟尘中砷、锑分离起着积极作用。实验结果表明,砷、锑挥发率随着焙烧温度和焙烧时间的增加而增加。其次,砷锑烟尘中的(Sb,As)O相能被CuO破坏,其中锑组分被氧化为SbO而保留在底物中,然后这部分砷被释放得以继续挥发。然而,过多的CuO加入量会促进AsO的歧化,导致砷挥发率降低,不利于砷、锑分离。在最优条件即焙烧温度为400°C、焙烧时间为100 min、CuO添加量为34.54%以及氮气流量为30 m L/min下,砷锑烟尘中锑物相成功转化为SbO保留在底物中且其挥发率仅为8.63%,同时,砷以挥发物形式挥发,其去除率达91.50%,底物中砷含量降至1.08%。为了进一步降低底物中砷含量,结合硫化锑在低温下的不挥发性,CuS被选作氧化剂和硫化剂对砷锑烟尘进行综合氧化-硫化焙烧实验。实验结果表明,以CuS为添加剂处理砷锑烟尘可以获得更好的砷、锑分离效率,其原因主要为两点:首先,CuS中“Cu呈+2价,它有着合适的氧化作用即能将烟尘中相(Sb,As)O破坏,其中锑物相转化为SbO和SbS保留在底物中而砷被释放而挥发。其次,SbO的硫化优先于AsO,使得锑物相更容易转化为不易挥发的SbS。因此,在最优条件即焙烧温度为400°C以及CuS添加量为130%下,砷、锑挥发率分别为97.80%和8.29%,且底物中砷含量降至0.3%。最后,以CO作还原剂回收底物中锑。实验结果表明,温度由650升至800°C时,锑直收率从66.00增至83.81%,温度进一步升高到900°C时,SbO被进一步还原为非挥发性金属锑,锑直收率降低。同样,CO分压对锑的挥发回收亦起双重作用。在最优焙烧条件下,即焙烧温度800°C、CO分压7.5 vol%及焙烧时间120min时,锑烟尘中砷挥发率可达98.40%,同时锑直收率亦可达80.40%。此外,挥发脱除的“AsO烟尘可用于制备砷酸铁在其被氧化后,以实现其无害化处理。