用黑铜泥制备砷酸钠和焦锑酸钠_周兴

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DOI:10.16042/j.cnki.cn62-1053/tf.2012.01.030
第 34 卷第 1 期 2012 年 2 月
甘肃冶金 GANSU METALLURGY
Vol. 34 No. 1 Feb. ,2012
文章编号:1672-4461(2012)01-0001-03
用黑铜泥制备砷酸钠和焦锑酸钠
产出
实验编号
1
硫浸液( g /L)
2
3
1
硫浸渣( % )
2
3
注: “ - ”表示未检测出。
表 2 浸出液和浸出渣中有价金属成分
As 19. 28 18. 76 21. 08 5. 45 5. 76 5. 80
Sb 6. 32 6. 08 6. 94 0. 75 1. 08 1. 02
Cu 0. 475 0. 494 0. 52 50. 01 52. 68 53. 95
89. 08 /88. 19 1. 05 /1. 65 --/0. 66
注: “--”表示由于元素成分未检测出,无法计算浸出率。
Pb --/0. 18 --/0. 15 --/0. 54
Fe --/0. 12 --/0. 10 --/0. 65
由表 3 可以看出: As 浸出率在 80% 左右,Sb 浸 出率在 88% 左右,Cu 入渣率 > 98% ,Bi、Pb、Fe 等金 属入渣率 > 99% 。
一定的条件混合制备砷酸铜。
5 结语
⑴在强碱性介质中,用 Na2 S 作浸出剂浸出黑铜 泥,As 浸出率在 80% 左右,Sb 浸出率在 88% 左右, Cu 入渣率 > 98% ,Bi、Pb、Fe 等金属入渣率 > 99% 。
⑵保持强碱性条件,用 H2 O2 氧化浸出液,分别 生成砷酸钠和锑酸钠,由于砷酸钠具有可溶性,而锑 酸钠不具可溶性,故实现砷、锑分离。
硫浸渣质量
( g) 58. 10 54. 96 54. 12
As 79. 71 /79. 86 80. 87 /79. 93 79. 73 /80. 21
浸出率( % ) : 液计 /渣计
Sb
Cu
Bi
88. 79 /90. 59 1. 05 /1. 25 --/0. 36
88. 96 /87. 23 1. 14 /1. 92 --/0. 27
关键词: 黑铜泥; 浸出; 砷酸钠; 焦锑酸钠
中图分类号: TF111. 3
文献标识码: A
Preparation of Sodium Arsenate and Sodium Pyroantimonate from Black Copper Sludge
ZHOU Xing1 ,HUANG Yan1 ,WANG Yu-mian1,2 ,ZHAO Zhong-xing1
Pb 0. 008 0. 013 0. 005 0. 026
由表 5 可见,实验制备的 NaSb( OH) 6 基本上能 够符合 有 色 金 属 行 业 锑 酸 钠 质 量 标 准 ( YS 22 - 1992) 中规定的一级标准。 4. 4 蒸发结晶
将氧化液蒸发结晶,冷却后得到砷酸钠白色结 晶,烘干后含 As13. 01% ~ 14. 43% ( 相当于Na3 AsO4 的含量为 36. 08% ~ 40. 02% ) ,结晶后液中 As 浓度 在 12. 18 ~ 13. 51 g / L 之间,可返回蒸发结晶工序。 蒸发结晶得到的砷酸钠的含量较低,原因可能是过 量的 Na2 S 在碱性介质中被 H2 O2 氧化为 Na2 SO4 ,导 致蒸发结晶出的 Na3 AsO4 中杂质较多。针对砷酸钠 含量较低这一问题,可将氧化液与硫酸铜溶液按照
参考文献:
[1] 梁永宣,陈胜利,郭学益. 铜电解液中 As、Sb、Bi 杂质净 化研究进展[J]. 中国有色冶金: B 卷研究开发篇 ·试验研 究,2009( 4) : 69-73. [2] 肖若琥. 砷的提取、环保和环保方向[M]. 广西: 广西 金属学会出版,1992: 299-328. [3] 雷 霆,朱从杰,张汉平. 锑冶金[M]. 北京: 冶金工业 出版社,2009: 444. [4] 周红华. 高砷锑烟灰综合回收工艺研究[J]. 湖南有色 金属,2005,21( 1) : 21-22 / /53. [5] M. A. Fernadez,M. Segarra,F. Espiell. Selective lea-ching of arsenic and antimony contained in theano-de slimes from copper refining[J]. Hydrometallurgy,1996,41( 2) : 255-267. [6] 刘应龙,郭 萍,陈 顺. 一种砷烟灰的处理方法[P]. 中国专利: 00113307. 1,2001-09-12. [7] 华宏全. 并联循环连续电积脱砷法在云铜的应用[J]. 有色金属: 冶炼部分,2010( 5) : 18-20. [8] 黄善富. 浅析砷锑在铜电解过程中的行为[J]. 有色冶 炼,2002( 3) : 20-23.
由表 4 可见,经过氧化 As 进入氧化液,Sb 进入 氧化渣,可实现 As、Sb 分离。 4. 3 酸溶与中和
将氧化后得到的粗 Na3 SbO4 用 1: 1. 5 ( 浓 HCl 与 H2 O 的体积比) 的 HCl 溶解,过滤不溶物,滤液用 NaOH 溶液中和至 pH = 7 ~ 9,过滤,滤饼用水洗涤 3 ~ 4 次,在 85 ℃ 条件下干燥,可得到纯净的焦锑酸 钠[NaSb( OH) 6]产品。中和后液返硫浸工序。所 得焦锑酸钠化学成分见表 5。
2 实验
2. 1 实验原料 实验用黑铜泥主要化学成分见表 1。
2. 2 实验试剂与仪器
实验所用试剂有: 硫化钠,氢氧化钠,双氧水,浓 盐酸,均为分析纯。
Cu 41. 92
表 1 黑铜泥的成分质量分数(% )
As 22. 40
Sb 6. 60
Bi 2. 70
Fe 0. 10
Pb Ni Ca 0. 68 0. 46 0. 09
2
甘肃冶金
第 34 卷
2. 4 分析方法 Cu、As、Sb、Bi、Pb、Fe 采用 ICP 分析。
3 工艺流程及实验原理分析
3. 1 工艺流程 实验所用工艺流程如图 1 所示。
图 1 工艺流程图
3. 2 实验原理 硫化钠碱性浸出: 黑铜泥在 Na2 S 的碱性溶液中
进行 浸 出,黑 铜 泥 中 的 As、Sb 以 硫 代 亚 砷 酸 钠 ( Na3 AsS3 ) 和硫代亚锑酸钠 ( Na3 SbS3 ) 的形式进入 溶液,黑铜泥中的 Cu、Bi、Fe、Pb 等金属进入渣中, 实现 As、Sb 与其它有价金属的分离[4-5]。
编号
1 2 3 平均
表 5 NaSb( OH)6 化学成分( %)
成分( % )
Sb
As
源自文库
Cu
Fe
50. 10
0. 0019
0. 00014 0. 0025
49. 36
0. 0037
0. 00018 0. 0018
52. 88
0. 0029
0. 00021 0. 0032
50. 78
0. 0028
0. 00018 0. 0025
实验所用仪器有: 电子天平( HX202T 型) ,数显 直流恒速搅拌器( JJ-6 型) ; 数显恒温水浴锅( HH-S 型) ; 精 密 数 显 酸 度 计 ( PHS-25 型) ; 旋 片 真 空 泵 ( 2XZ-1 型) ; 真空干燥箱( DZF-6050 型) 。 2. 3 实验过程
将配好的碱性硫化钠溶液在烧杯中加热至反应 温度后,加入黑铜泥,搅拌,反应结束后,固液分离, 浸出渣和浸出液分别取样做化学成分分析。浸出液 进行氧化产生不溶物,不溶物经酸溶、中和得到焦锑 酸钠产品。氧化后液经蒸发结晶,得到砷酸钠产品。 将砷酸钠和焦锑酸钠进行化学成分分析。
通过实验发现,改变 Na2 S、NaOH 浓度、液固比、
反应温度、反应时间等条件,也很难提高砷、锑的浸 出率,可能是由于黑铜泥中的砷、锑形态决定的。铜 电解液在电积脱砷净化过程中,砷离子、锑离子与铜 离子在阴极共同放电形成合金[7-8]。
第1 期
周 兴,等: 用黑铜泥制备砷酸钠和焦锑酸钠
3
4. 2 氧化 保持溶液在强碱性介质中,选用 H2 O2 做氧化
⑶采用酸溶与中和工艺,可将粗锑酸钠提纯成 焦锑酸钠[NaSb( OH) 6]产品。
⑷氧化后液经蒸发结晶可产出砷酸钠( Na3AsO4) 产品。
⑸硫浸渣中金属主要为硫化物的形式,可以返 回熔炼主流程。
⑹工 艺 流 程 简 短、操 作 方 便,对 设 备 无 特 殊 要 求,易于规模化生产。工艺过程无三废产生,对原料 有较好的适应性,也可处理高砷高锑烟灰等含砷、锑 物料。
( 1. College of Materials Science and Engineering,Lanzhou University of Tech. ,Lanzhou 730050,China; 2. State Key Laboratory of Gansu Advanced Nonferrous Metal Materials,Lanzhou University of Tech. ,Lanzhou,730050,China)
氧化: 硫浸液加入氧化剂氧化,硫浸溶液中的硫 代亚砷 酸 钠 和 硫 代 亚 锑 酸 钠 分 别 转 化 为 砷 酸 钠 ( Na3 AsO4 ) 和粗锑酸钠( Na3 SbO4 ) 。由于砷酸钠具 有可溶性,而锑酸钠不具有可溶性,故可实现砷、锑 分离[6]。氧化后的粗锑酸钠中含有少量单质硫。
酸溶、中和: 利用 Na3 SbO4 可溶于强酸,单质 S 不可溶的性质,将氧化后得到的粗 Na3 SbO4 用 HCl 溶液溶解,过滤不溶物,滤液用 NaOH 溶液中和可得 到纯净的焦锑酸钠[NaSb( OH) 6]产品。
蒸发结晶: 将氧化后液蒸发结晶得到砷酸钠 ( Na3 AsO4 ) 产品。
4 实验结果与讨论
4. 1 硫浸 硫浸条件: 黑铜泥 70 g,Na2 S 浓度为 130 g / L,
NaOH 浓度为 30 g / L,液固比为 8: 1( 本文中液固比采 用液体体积与固体质量之比,单位 mL / g) ,温度为 85 ℃ ,反应时间为 2. 5 h。浸出液和浸出渣中有价金属 成分见表 2,黑铜泥中有价金属浸出率见表 3。
剂,充分氧化硫浸液。取编号为 1、2、3 硫浸液各 0. 5 L,进行氧化,实验结果见表 4。
产出 氧化液( g /L) 氧化渣( % )
表 4 氧化实验结果
编号
1 2 3 1 2 3
As 17. 67 17. 26 19. 14 < 0. 1 < 0. 1 < 0. 1
成分
Sb 0. 12 0. 10 0. 12 48. 43 48. 09 51. 56
1 引言
铜电 解 液 净 化[1] 产 出 的 黑 铜 泥 中 含 有 大 量 的 铜、砷、锑、铋、铅等有价金属,目前由于没有较好的 处理方法,企业大多堆存或廉价出售。研究黑铜泥 的综合利用工艺对解决铜冶炼企业的砷害和有价金 属综合回收均有重要的现实意义。
实验得到的最终产品砷酸钠主要用于木材防腐 剂和玻璃澄 清 剂,医 药、纺 织 和 印 染 的 媒 染 剂 和 助 剂,农药粉剂[2]。焦锑酸钠可用作彩色电视机显象 管玻壳和高档玻璃的澄清剂和脱色剂、搪瓷生产的 乳白剂、制造铸件用漆的不透明材料等[3]。两者均 有较好的市场前景。
周 兴1 ,黄 雁1 ,王玉棉1,2 ,赵忠兴1
( 1. 兰州理工大学 材料科学与工程学院,甘肃 兰州 730050; 2. 兰州理工大学 甘肃省有色金属新材料重点实验室,甘肃 兰州 730050)
摘 要: 采用 Na2 S 作浸出剂,在强碱性介质中浸出黑铜泥中的砷和锑,继续保持强碱性条件,用 H2 O2 氧化浸出液, 使砷、锑分离,分别制备砷酸钠和焦锑酸钠。浸出渣可以返回熔炼主流程。
成分
Bi - - - 3. 24 3. 45 3. 51
Pb - - - 0. 82 0. 87 0. 885
Fe - - - 0. 12 0. 128 0. 13
表 3 黑铜泥中有价金属的浸出率
编号
1 2 3
原料质量
( g) 70. 19 70. 42 70. 82
硫浸液体积
( L) 0. 65 0. 68 0. 60
Abstract: As and Sb in black copper sludge was leached at high pH values in the sodium sulfide solution. By maintaining strong alkaline conditions,As and Sb could be separated from the leaching solution using hydrogen peroxide as oxidant,and sodium arsenate and sodium pyroantimonate were obtained. Leach residue can return to the main smelting process. Key Words: black copper sludge; leaching; sodium arsenate; sodium pyroantimonate
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