铅阳极泥氧压碱浸预处理脱砷工艺研究

铅阳极泥氧压碱浸预处理脱砷工艺研究李增荣\陈永明2,周晓源3(1.西部矿业集团有限公司，青海西宁810003; 2.中南大学，湖南长沙410083; 3.长沙有色冶金设计研究院有限公司，湖南长沙410011)摘要：本文研究了氧压碱浸工艺浸出高砷铅阳极泥中的砷，详细考察了 NaOH浓度、浸出温度和氧分压对脱砷过 程的影响。

在W；a(,H/W理论= 1.2、浸出温度160尤、氧分压1.2MPa的优化条件下，砷的脱除率达到95.65%，而铅和 锑的浸出率则分别为0.96%和0.33%。

在综合扩大试验中砷平均脱除出率为94.90%，浸出渣含砷为0.5%，而铅和 锑的浸出率只有0.70%和0.22%，其他有价金属和贵金属浸出较少，工艺具有高的浸出选择性。

关键词：阳极泥；脱砷；碱浸；氧压浸出中图分类号：TF8文献标识码：A文章编号：2096-2339(2017)04-0103-03■4 -i-<-—1刖目金属铅主要应用于生产铅蓄电池、合金、颜料、屏蔽材料等，2015年全球精铅产量为985.56万吨。

随着优质铅资源的消耗，低品位和复杂铅矿开始作为炼铅原料大量使用，其中砷的含量普遍较高（>0.1%)。

由于砷和铅在化学性质上的相似性，使得砷在冶炼过程中被还原进人粗铅，进而在电解精炼环节与贵金属金、银以及锑、铋、铜等一同形成砷阳极泥。

为避免砷在后续阳极泥进一步提取过程中对造成不利影响，须对铅阳极泥进行脱砷处理。

自20世纪70年代初开始，国外普遍采用火法焙烧处理高砷多金属复杂物料，通过氧化挥发焙烧、还原焙烧或真空脱砷过程使原料中的砷以A s2O3形式分离。

该工 艺成熟，过程简单，金属回收率较高，但火法焙烧法存在投资大、原料适应性差、砷烟尘污染大等不足。

自20世 纪80年代以来，高砷多金属复杂物料的湿法处理工艺得到了广泛关注和深人研究，主要有酸性体系脱砷、碱性体系脱砷以及氯化体系脱砷，获得了砷的高浸出率，但酸性体系和氯化体系存在设备腐蚀大、浸出选择性差、砷分散的问题;碱性体系浸出率低、浸出液处理繁琐、杂质金属铅/锑浸出率大。

后来还发展了火法-湿法联合工艺，主 要采用苏打/纯碱烧结后再水浸的工艺，优点是浸出率高，但试剂消耗大、成本高。

在当前环保要求日益严格的形势下，砷产品的应用市场正在萎缩，砷产品的工业应用正被相关无毒产品代替，而近些年来更多研究集中在砷的固化处置方面，因此如何解决阳极泥中砷的脱除与环保处置是当前铅冶炼及相关冶炼企业亟待解决的问题。

本文主要考察高砷铅阳极泥的氧压浸出情况，使砷 尽可能多被浸出，获得低砷的阳极泥，从而为后续提贵金属工序提供优质的原料。

工艺流程简单、成本低廉，易于 实现生产化生产。

2原料及试剂2.1实验原料本试验所用高砷铅阳极泥产生于粗铅电解工段，由湖南某铅锌冶炼企业提供，经水洗和烘干后作X R F分 析，其主要化学组分列于表1。

表1铅阳极泥的化学组成/%元素Pb As Sb Bi Cu A u1)Ag Se 含量17.077.55 41.30 8.51 3.54 40 6.19 0.0431)单位为g/L试验所用浸出剂为分析纯级烧碱（化学纯度> 99%)，氧气为瓶装工业级氧气（O2>99.5%)。

2.2试验方法采用单因素条件试验法详细考察N aO H用量、浸出温度 和氧分压对A s、P b浸出率的影响，以确定最佳工艺条件，并 在此优化条件下进行综合扩大试验。

具体试验步骤为:按照 体积液固比量取一定体积的自来水，称取一定质量的分析纯 N aO H加人水中溶解完全，N aO H的理论加人量按反应⑴和(2)的化学计算系数计算，称取预定量铅阳极泥加人碱液进行混合调浆，将矿浆转人2 L高压反应釜(FY X D2型，大连通 产)后拧紧螺丝进行升温，温度恒定于预定值后通人一定分压的氧气开始计时。

达到反应时间后，通人冷却水将矿浆温 度冷却至室温，依次关闭氧气瓶、减压阀和针型阀，打开出气 阀泄压后开启高压釜，进行液固分离，量取滤液体积并取样分析A s、P b含量，以此计算A s和P b的浸出率。

A s2O3+6NaO H+O2==2N a3AsO4+ 3H2O(1)Sb2O3+6N aOH+O2 ==2N a3SbO4+ 3H2O(2) 3结果及讨论3.1 N a O H用量的影响在氧分压1.0 M P a、液固比6 :1、温度160丈、时间2 h作者简介：李増荣（1961-),男，青海湟源人,研究生，高级工程师,研究方向：冶炼化工—103 —0.8 1.0 1.21.4 1.6 1.82.0"^N a O H /爪理论图1 N aO H 用量对A s 、S b 、P b 浸出率的影响6的固定条件下，改变NaOH 用量以考察其对铅阳极泥氧 压碱浸预处理过程的影响，结果如图1所示。

100明在氧压碱浸过程中铅比砷难于浸出。

因此从提高砷的 浸出率和降低铅的损失率两方面综合考虑，确定最佳氧 压碱浸温度为160丈。

3.3氧分压的影响在见骑/见歷=1.2、液固比6 :1、温度180丈、时间2.5 h 的条件下，改变氧分压以考察其对铅阳极泥氧压碱 浸预处理过程的影响，结果如图3所示。

100由图1可知，当NaOH 用量由0.8倍理论量增加至 1.2倍时，砷的脱除率随之由90.86%提高至95.02%，同 时铅的浸出率也从1.31%提高至3.08%，但锑的浸出率 则由2.73%降低至0.47%;此后继续提高NaOH 用量，砷 的脱除率略有上升，但铅、锑的浸出率则不断上升，这是 因为高NaOH 浓度有利于浸出反应的进行，较多地生成 砷酸钠和铅酸钠进人溶液中。

由此，综合考虑砷的脱除 率和铅、锑的损失率以及试剂消耗，确定最佳NaOH 用量 为 1.2倍理论量。

3.2温度的影响在见骑/见理论= 1.2、氧分压1-0 M Pa 、液固比6 :1、时 间2 h 的固定条件下，改变NaOH 用量以考察其对铅阳极 泥氧压碱浸预处理过程的影响，结果如图2所示。

1000.60.81.0 1.2P 〇2/M Pa1.4 1.6180 200120140160温度/。

图2温度对A s 、S b 、P b 浸出率的影响结果表明，当反应温度由120丈提高至160丈时， 砷、铅的浸出率随之分别由86.95%、0.54%显著上升至 95.02%和3.08,锑的浸出率则由0.54%降低至0.47%，可 见此时温度已不是进一步提高砷浸出率的限制因素；此 后继续提高温度至200丈，砷的浸出率基本保持不变，反 而铅的浸出率在200丈以后还缓慢升高，说明提高温度 有利于铅的浸出，由于铅的化学性质较为惰性，在低温时 反应还比较缓慢，升高温度后氧化浸出反应加快，这也说104图3氧分压对A s 、S b 、P b 浸出率的影响由图3可知，较高的氧分压有利于提高脱砷率且降 低铅、锑的损失。

当氧分压由0.6 M P a 提高至1 M P a 时， 砷的脱除率随之由86.22%显著增加至95.02%，铅、锑的 浸出率则分别由5.82%、2.56%大幅降低至3.08%和 0.85%;此后继续提高氧分压至1.6 M Pa ，脱砷率缓慢增 力口至96.03%，铅、锑的浸出率则继续下降至0.65%和 0.28%。

这是因为对于阳极泥中的金属铅而言，在高氧压 条件下会在表面形成氧化铅的惰性保护膜，从而形成对 金属铅或合金铅的保护，降低浸出率。

但高的氧分压意 味着供氧成本增加，综合考虑砷的脱除率和铅的损失率， 确定最佳氧分压为1~1.2 M Pa ，当氧分压为1.2 M P a 时砷浸出率为95.65%，而此时铅的浸出率只有0.96%。

3.4扩大试验通过以上条件试验获得铅阳极泥碱性氧压浸出脱砷 的最佳工艺条件为：见灿丨/见理论=1.2、温度160丈、氧分 压 1.2 M Pa ，在此基础上以高砷铅阳极泥为原料，进行了三次氧压碱浸脱砷扩大试验。

考虑到扩大试验的搅拌效 果和浸出效果与实验室控制的差距，在扩大试验中适当 提高浸出温度并增大液固比，其具体工艺参数列于表2。

表2氧压碱浸预处理工业扩大试验工艺参数M )投料量/k gN aO H 用量/kg液固比温度/V 时间/h 氧分压/M P a16051.9810:1180〜20031-1.226245.0010:180〜8531-1.2310460.507:180〜8530.8综合扩大试验获得的浸出液体积及其化学组成列于 表3,浸出渣的质量及其化学组成如表4所示，并以浸出—□—AsSb -A -P b:88:88:88液分析结果计算氧压碱浸脱砷过程中有价金属平均浸出率，结果如表5所示。

表3氧压碱浸预处理扩大试验浸出液化学组成/(g.L—1) Pb As Sb Se Te10.01510.460.1080.0410痕2痕10.980.0070.0433痕30.0414.250.0660.0588痕表4氧压碱浸预处理扩大试验浸出渣化学组成/%。

Pb As Sb Bi Cu A u。

Ag Se Te 113.350.4930.87 19.46 2.27 82 6.6486 0.00280.3567 212.480.2929.39 18.00 2.11 76 6.1316 痕0.2976 312.640.9527.97 17.86 2.05 76 5.9212 痕0.29191)单位为g/L。

表5氧压碱浸预处理工业扩大试验有价金属浸出率/%Pb As Sb Se10.0995.520.4594.392痕97.720.031003 2.2191.470.18100结果表明，在N a O H用量为1.8倍理论量、液固比10:1、温度180~200丈、浸出时间3 h的工艺条件下，砷 的脱除率可达到95.52%，碱浸渣中砷含量仅为0.49%，而铅此时几乎不被浸出；此后减少N aO H用量为1.5倍理论量，砷的脱除率仍然高达97.72%，碱浸渣中砷含量仅为0.29%，而铅此时完全不被浸出；继续减少N a O H用量为 1.2倍理论量，但液固比和氧分压也分别调整为7:1和 0.8 M P a，砷的脱除率减小为91.47%，碱浸渣中砷含量上升至0.95%，而铅的浸出率也增加至2.21%。

由此可知，在氧压碱浸过程中，预想保证完全脱砷的前提下减小铅的损失，适宜的碱浓度和较高的氧分压是必要条件。

与此同时，在氧压碱浸预处理过程中，原料中的B i、Cu、A u、A g、T e都保留于浸出渣中，S e则完全进人浸出液，由此实现了 S e、T e的有效分离。

4结论在氧压条件下采用NaOH碱性溶液浸出高砷铅阳极泥中的砷，在见N aO H/见理论=1.2、浸出温度160丈、氧分压1.2 M P a的条件下得到砷、铅、锑的浸出率分别为95.65%、0.96%和0.33%，铅和锑浸出量少。