本發(fā)明屬于有色冶煉煙塵處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種有色冶煉過程中排出的含砷煙塵脫除砷的方法。

背景技術(shù)：

含砷煙氣作為一種危害較大的廢氣，主要來源于有色冶煉過程中，特別是銅、鉛、錫、鋅等有價(jià)金屬的火法冶煉過程中。在火法煉銅的過程中，砷進(jìn)入煙氣中主要以砷的氧化物(三氧化二砷)以及與其他有價(jià)金屬的復(fù)合氧化物等形式存在煙塵中。如果將含砷煙氣直接排放進(jìn)入大氣中，將會(huì)對環(huán)境造成較大的危害。同時(shí)砷在冶煉煙氣中與其他重金屬元素混雜，對后期除塵造成很大的壓力。

目前常見的含砷煙塵脫砷方法有火法、濕法以及火法-濕法聯(lián)合三種。濕法工藝脫砷是指采用含有脫砷劑的水溶液在溫度100℃以內(nèi)的條件下處理，使砷以砷酸(鹽)或亞砷酸(鹽)的形式進(jìn)入溶液，從而與固體物料分離，常見的浸出劑有酸浸出劑、堿浸出劑、無機(jī)鹽浸出劑等。濕法脫砷和火法-濕法聯(lián)合脫砷近年來受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注和研究，但是卻有一系列的弊端：流程較長，且容易產(chǎn)生二次污染，脫砷成本較高，不適宜處理大批量的煙塵。相對濕法脫砷和火法-濕法聯(lián)合脫砷而言，火法脫砷具有簡單方便，不需要添加額外的生產(chǎn)設(shè)備和流程，經(jīng)過脫砷后的物料可以直接返回熔池熔煉系統(tǒng)，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。目前文獻(xiàn)報(bào)道的火法焙燒脫砷常加入的添加劑有焦炭、堿性物質(zhì)、氧化物、硫酸鹽等，加入焦炭脫砷需要在1100℃的溫度下進(jìn)行，對設(shè)備要求較高，能耗較大，其它有價(jià)金屬也會(huì)隨之揮發(fā)；加入堿性物質(zhì)焙燒，使含砷化合物轉(zhuǎn)化為砷酸鹽，后續(xù)進(jìn)行濕法脫砷及砷的穩(wěn)定化處理，但是過程比較復(fù)雜，工藝流程較長，不適合工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、的含砷煙塵中脫除砷的方法，采用嚴(yán)格的梯度控溫以實(shí)現(xiàn)重金屬和砷的有效分離，排除了其他重金屬對于除砷過程的干擾，然后再利用黃銅礦作為吸附劑來吸附煙氣中的砷后，經(jīng)氣固分離達(dá)到精確除砷的目標(biāo)。

為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明提供了一種含砷煙塵中脫除砷的方法，包括以下步驟：

(1)將含砷煙塵先進(jìn)行一次降溫處理，控制其溫度為450-550℃，然后經(jīng)高溫電除塵移除煙氣中重金屬顆粒后得到預(yù)處理煙塵；

(2)將預(yù)處理煙塵進(jìn)行二次降溫處理，控制其溫度為100-200℃，然后加入黃銅礦作為砷吸附劑，再經(jīng)旋風(fēng)除塵得到富砷顆粒和脫砷煙氣。

本發(fā)明首先對含砷煙塵進(jìn)行一次降溫，嚴(yán)格控制其溫度，保證一次降溫后的含砷煙塵中的砷仍然以氣態(tài)的形式存在，降溫后的含砷煙塵再進(jìn)行高溫電除塵，移除煙氣中其他重金屬顆粒，實(shí)現(xiàn)重金屬顆粒和砷的有效分離，減少后續(xù)除塵負(fù)荷，同時(shí)便于后續(xù)分離砷；預(yù)處理煙塵再進(jìn)行二次降溫，嚴(yán)格控制其溫度，然后向二次降溫后的含砷煙塵中添加黃銅礦作為砷吸附劑富集砷，再通過旋風(fēng)除塵使得富集砷后的顆粒與脫砷煙氣分離，以便獲得深度處理過的富砷顆粒。

優(yōu)選的，所述含砷煙塵為有色金屬火法冶煉中產(chǎn)生的煙塵，溫度為800-1200℃。

優(yōu)選的，步驟(1)中，高溫電除塵的條件為：含砷煙塵流速為1-1.2m/s，停留時(shí)間為30-60s。

優(yōu)選的，步驟(2)中，黃銅礦的平均粒徑為1.5-2μm，黃銅礦和預(yù)處理煙塵的質(zhì)量比為1:0.05-1:0.1。

優(yōu)選的，步驟(2)中，富砷顆粒經(jīng)氧化酸浸、蒸發(fā)結(jié)晶得到三氧化二砷。

更優(yōu)選的，富砷顆粒投入至ph為5-6的酸性溶液中，同時(shí)加入30wt％的h2o2溶液選擇性氧化，分離得到富砷溶液和黃銅礦，富砷溶液進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶即可得到高純度的三氧化二砷，而黃銅礦則返回作為砷吸附劑循環(huán)使用。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

本發(fā)明首先對含砷煙塵進(jìn)行一次降溫，嚴(yán)格控制其溫度，保證一次降溫后的含砷煙塵中的砷仍然以氣態(tài)的形式存在，降溫后的含砷煙塵再進(jìn)行高溫電除塵，移除煙氣中其他重金屬顆粒，實(shí)現(xiàn)重金屬顆粒和砷的有效分離，減少后續(xù)除塵負(fù)荷，同時(shí)便于后續(xù)分離砷；預(yù)處理煙塵再進(jìn)行二次降溫，嚴(yán)格控制其溫度，然后向二次降溫后的含砷煙塵中添加黃銅礦作為砷吸附劑富集砷，再通過旋風(fēng)除塵使得富集砷后的顆粒與脫砷煙氣分離，以便獲得深度處理過的富砷顆粒。富砷顆粒再經(jīng)氧化酸浸得到富砷溶液和黃銅礦，富砷溶液進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶即可得到高純度的三氧化二砷，而黃銅礦則返回作為砷吸附劑循環(huán)使用。本發(fā)明中的總的除砷效率達(dá)到90％以上，制得的三氧化二砷的純度則達(dá)到95％以上。

附圖說明

圖1為富砷溶液進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶后得到的高純度的三氧化二砷的sem圖。

具體實(shí)施方式

以下實(shí)施例旨在進(jìn)一步說明發(fā)明內(nèi)容，而不是限制本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍。

實(shí)施例1

取1000g銅余熱鍋爐煙灰(主要成分as：14.9％，cu：25.7％，o：23.5％，fe：13.2％，s：11.6％，pb：5.4％)投入高溫管式爐中進(jìn)行高溫蒸發(fā)作為模擬的含砷煙塵，其中加熱速率20k/min、加熱溫度1300k、加熱時(shí)間30min。

含砷煙塵直接通入直接接觸式換熱器中，降溫速率為60k/s，控制出口溫度為735k，降溫后的氣體進(jìn)入高溫電除塵設(shè)備中，含砷煙塵流速為1.2m/s，停留時(shí)間為30s，經(jīng)過高溫電除塵的氣體接著通過蒸發(fā)冷卻器中，在蒸發(fā)冷卻器中以90-100k每秒進(jìn)行降溫，蒸發(fā)冷卻器出口溫度設(shè)置為375-425k之間，將二段冷卻后的煙氣通入旋風(fēng)除塵器中，同時(shí)以5g/s的速度投入總計(jì)50g黃銅礦，進(jìn)入旋風(fēng)除塵器前通過管徑收縮調(diào)整入流速度為8m/s，5min中后暫停通氣，從灰斗中取出富砷顆粒，將所述富砷顆粒投入ph＝5的弱酸溶液中，再加入h2o2溶液選擇性氧化，分離后得到富砷溶液和黃銅礦，富砷溶液進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶即可得純度為90.58％的三氧化二砷，黃銅礦返回繼續(xù)作為砷吸附劑循環(huán)使用。經(jīng)計(jì)算，兩段綜合除砷效率達(dá)到92.05％。

實(shí)施例2

取1000g鉛冶煉余熱鍋爐煙灰(主要成分as：27.2％，cu：8.7％，o：22％，fe：10.7％，s：8.7％，pb：20.4％)投入高溫管式爐中進(jìn)行高溫蒸發(fā)作為模擬的含砷煙塵，加熱速率30k/min、加熱溫度1100k、加熱時(shí)間50min。

含砷煙塵直接通入直接接觸式換熱器中，降溫速率為80k/s，控制出口溫度為785k，降溫后的氣體進(jìn)入高溫電除塵設(shè)備中，含砷煙塵流速為1.0m/s，停留時(shí)間為60s，經(jīng)過高溫電除塵的氣體接著通過蒸發(fā)冷卻器中，在蒸發(fā)冷卻器中以80-90k每秒進(jìn)行降溫，蒸發(fā)冷卻器出口溫度設(shè)置為400-450k之間，將二段冷卻后的煙氣通入旋風(fēng)除塵器中，同時(shí)以10g/s的速度投入總計(jì)100g黃銅礦，進(jìn)入旋風(fēng)除塵器前通過管徑收縮調(diào)整入流速度為10m/s，10min中后暫停通氣，從灰斗中取出富砷顆粒，將所述富砷顆粒投入ph＝5.5的弱酸溶液中，再加入h2o2溶液選擇性氧化，分離后得到富砷溶液和黃銅礦，富砷溶液進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶即可得純度為95.95％的三氧化二砷，黃銅礦返回繼續(xù)作為砷吸附劑循環(huán)使用。經(jīng)計(jì)算，兩段綜合除砷效率達(dá)到97.58％。

對比例1

同實(shí)施例1相比，區(qū)別僅在于一次降溫后的出口溫度為873.15k。

當(dāng)一次降溫后的出口溫度為873.15k時(shí)，由于銅冶煉含砷煙塵中除砷之外的重金屬元素預(yù)處理不足，導(dǎo)致砷的分離效果大大降低，分離后得到的富砷溶液含有其他重金屬雜質(zhì)，綜合兩段去除率僅僅為53.65％。

對比例2

同實(shí)施例1相比，區(qū)別僅在于一次降溫后的出口溫度為673.15k。

當(dāng)一次降溫后的出口溫度為673.15k時(shí)，銅冶煉含砷煙塵中除砷之外的重金屬元素預(yù)處理不足，導(dǎo)致砷的分離效果大大降低，分離后得到的富砷溶液含有其他重金屬雜質(zhì)，綜合兩段去除率為48.27％。

對比例3

同實(shí)施例1相比，區(qū)別僅在于二次降溫后的出口溫度為523.15k。

當(dāng)二次降溫后的出口溫度為523.15k時(shí)，銅冶煉含砷煙塵中的砷并沒有完全冷凝轉(zhuǎn)化為三樣化二砷，導(dǎo)致砷的分離效果降低，分離后得到的富砷溶液中砷含量降低，蒸發(fā)結(jié)晶后三氧化二砷純度為37.36％，綜合去除率為41.27％。

對比例4

同實(shí)施例1相比，區(qū)別僅在于二次降溫后的出口溫度為523.15k。

當(dāng)旋風(fēng)除塵中不加入黃銅礦作為吸附劑而直接分離時(shí)，由于二次降溫仍存在少許金屬雜質(zhì)，所以分離后的煙塵仍有雜質(zhì)，繼續(xù)處理后綜合去除率降低為73.86％。

技術(shù)特征：

1.一種含砷煙塵中脫除砷的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)將含砷煙塵先進(jìn)行一次降溫處理，控制其溫度為450-550℃，然后經(jīng)高溫電除塵移除煙氣中重金屬顆粒后得到預(yù)處理煙塵；

(2)將預(yù)處理煙塵進(jìn)行二次降溫處理，控制其溫度為100-200℃，然后加入黃銅礦作為砷吸附劑，再經(jīng)旋風(fēng)除塵得到富砷顆粒和脫砷煙氣。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含砷煙塵中脫除砷的方法，其特征在于：所述含砷煙塵為有色金屬火法冶煉中產(chǎn)生的煙塵，溫度為800-1200℃。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含砷煙塵中脫除砷的方法，其特征在于：步驟(1)中，高溫電除塵的條件為：含砷煙塵流速為1-1.2m/s，停留時(shí)間為30-60s。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含砷煙塵中脫除砷的方法，其特征在于：步驟(2)中，黃銅礦的平均粒徑為1.5-2μm，黃銅礦和預(yù)處理煙塵的質(zhì)量比為1:0.05-1:0.1。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含砷煙塵中脫除砷的方法，其特征在于：步驟(2)中，富砷顆粒經(jīng)氧化酸浸、蒸發(fā)結(jié)晶得到三氧化二砷。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種含砷煙塵中脫除砷的方法，其特征在于：富砷顆粒投入至ph為5-6的酸性溶液中，同時(shí)加入30wt％的h2o2溶液選擇性氧化，分離得到富砷溶液和黃銅礦，富砷溶液進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶即可得到高純度的三氧化二砷，而黃銅礦則返回作為砷吸附劑循環(huán)使用。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開了一種含砷煙塵中脫除砷的方法，包括以下步驟：(1)將含砷煙塵先進(jìn)行一次降溫處理，控制其溫度為450?550℃，然后經(jīng)高溫電除塵移除煙氣中重金屬顆粒后得到預(yù)處理煙塵；(2)將預(yù)處理煙塵進(jìn)行二次降溫處理，控制其溫度為100?200℃，然后加入黃銅礦作為砷吸附劑，再經(jīng)旋風(fēng)除塵得到富砷顆粒和脫砷煙氣。本發(fā)明采用嚴(yán)格的梯度控溫以實(shí)現(xiàn)重金屬和砷的有效分離，排除了其他重金屬對于除砷過程的干擾，然后再利用黃銅礦作為吸附劑來吸附煙氣中的砷后，經(jīng)氣固分離達(dá)到精確除砷的目標(biāo)。

技術(shù)研發(fā)人員：曾偉志;顏旭;梁彥杰;楊志輝;李墾;郭文香;胡輝;李博;劉山;丁文杰

受保護(hù)的技術(shù)使用者：中南大學(xué)

技術(shù)研發(fā)日：2020.09.18

技術(shù)公布日：2021.01.05