微波氧化辅助铜冶炼烟灰选择性浸出脱砷

doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2017.05.002

微波氧化辅助铜冶炼烟灰选择性浸出脱砷

王倩1，郭莉2，陈绍华1，宋子玉1，杜冬云1

（1.催化材料科学国家民委—教育部共建重点实验室，中南民族大学资源与环境学院，武汉430074；

2.生物地质与环境地质—国家重点实验室，中国地质大学（武汉）环境学院，武汉430074）

摘要：采用微波氧化辅助Na2S-NaOH浸出体系对铜冶炼烟灰（简称烟灰）进行研究，在微波时间180 s、微波档位7档(560 W)和氧气流量10 L/min的条件下，砷、铜、锌、铅的浸出率分别为98.45%、3.64%、3.88%、0.41%，实现了砷的选择性分离。XPS、XRD、SEM和重金属形态分析结果表明，微波氧化有利于砷的选择性分离。

关键词：铜冶炼烟灰；微波；选择性；分离；砷；氧化；浸出

中图分类号：X759 文献标志码：A 文章编号：1007-7545（2017）05-0000-00

Arsenic Removal from Copper Smelting Ash Assisted by Microwave and Oxidation WANG Qian1, GUO Li2, CHEN Shao-hua1, SONG Zi-yu1, DU Dong-yun1

(1. Key Laboratory of Catalysis and Materials Science of the State Ethnic Affairs Commission and Ministry of Education,College of

Resources and Environmental Science, South-Central University for Nationalities, Wuhan 430074, China

2. State key laboratory of Biological Geology and Environmental Geology, China University of Geosciences (Wuhan),

Wuhan 430074, China)

Abstract：Copper smelting dust (referred to as “soot”) was investigated through Na2S-NaOH leaching process assisted with microwave and oxidation. The results show that leaching rate of As, Cu, Zn, and Pb is 98.45%, 3.64%, 3.88%, and 0.41% respectively under the optimum conditions including microwave time of 180 s, microwave gear of 7 (560 W), and oxygen flux of 10 L/min. Arsenic is selectively separated from soot. Na2S-NaOH leaching assisted with microwave and oxidation is an efficient way to remove arsenic from soot based on XPS, XRD, SEM, and speciation analysis of heavy metals.

Key words：copper smelting dust; microwave; selectivity; separation; arsenic; oxidation; leaching 铜冶炼烟灰是有色冶炼行业的副产物，是含砷量较高的烟灰。一方面，烟灰富含多种有价金属，特别是贵金属和稀有重金属，具有很高的回收利用价值[1-2]；另一方面，由于雨水冲刷、浸溶、微生物作用，高砷烟灰在冶炼厂存放时烟灰中的可溶性砷盐、重金属离子被溶解，溶于水体，容易造成二次污染[3]。因此，开发砷与有价金属高效分离工艺，是烟灰资源化和无害化的有效途径[4-6]。

针对含砷物料砷的脱除问题，国内外学者开展了一系列研究[7]，单纯采用NaOH浸出体系，砷浸出的同时铅、锌、铜等元素亦可浸出，不但需要对浸出液进一步分离处理，而且NaOH消耗量大[8]，无法解决烟灰中砷的选择性脱除问题。为此，吴玉林等对pH=13~15时As2S3、CuS、Cu2S、PbS、ZnS热力学稳定区进行理论分析，并将NaOH浸出体系和Na2S-NaOH复合体系对炼铜烟灰中砷的去除进行对比研究[9]，证实了Na2S-NaOH 浸出体系选择性除砷的可行性[10]，但砷浸出率不高。由于As(Ⅲ)的毒性大于As(Ⅴ)，且其盐类在水中的溶解度远高于As(Ⅴ)[11]，所以先将As(Ⅲ)氧化成As(Ⅴ)再碱浸能提高砷的浸出率，也能实现砷与铅、锌、铜的分离。

微波加热具有快速高效的特点，马红周等采用微波辐射氢氧化钠溶液浸出的方法脱除含砷金矿中的砷，砷的浸出率达到68.64%。矿物中的AsS及FeAsS已经全部溶解，并且有As2O3和FeS2生成[12]。微波是一种在冶金行业应用广泛的高频电磁波[13]，在氧气存在条件下有氧化作用。LIU等[14]证明了在微波氧化的条件下砷能以As2O5的形态被去除，尾矿中的Fe2O3和Fe3O4可以进一步利用。

本文针对铜冶炼烟灰回收利用的现状，在Na2S-NaOH基础上引入微波加热和氧化技术[15-16]，着重研究了铜冶炼烟灰中砷与铅、锌、铜分离的工艺条件。与传统的脱砷方法相比，在保持砷浸出率高的条件下实现了砷与铅、锌、铜的分离。

1 试验材料和方法

1.1 研究对象

收稿日期：2017-01-16

基金项目：湖北省科技支撑项目（2014BEC029）

作者简介：王倩(1991-)，女，湖北武汉人，硕士研究生；通信作者：杜冬云(1963-)，男，湖北鄂州人，教授，博士.