铜渣处置含砷污酸及固砷工艺研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gz200009
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污酸是有色冶炼过程中烟气在制酸前经洗涤和净化后形成的含砷废水,具有成分复杂、酸度高和毒性强等特点,其处置方法影响着有色企业可持续发展。传统处理工(中和法和硫化法)操作简单、除砷效果显著被广泛应用,但存在维护成本高、渣量大和二次污染等缺点。铜渣作为铜冶炼厂产生的大宗固体废物含有丰富的铁源,可作为有效的除砷试剂。鉴于此,本论文主要以含砷污酸无害化、资源化和减量化为目的,利用铜渣作为固体铁源和中和剂对铜冶炼污酸进行除砷及固化研究,通过热力学和动力学分析,分别探索铜渣溶解-原位封装固砷、铜渣除砷及合成臭葱石反应行为及脱砷规律,阐明反应动力学过程,揭示铜渣除砷机理。铜渣主要由铁橄榄石玻璃相(Fe2SiO4)、铁氧化物相(Fe3O4)和少量的碱性氧化物组成,其浸出液p H值为9.11,偏碱性,具有优越的除砷特性。为了获得铜渣除砷反应热力学依据,对Si-Fe-S-H2O、Fe-H2O和As-Fe-S-H2O体系进行热力学分析。研究表明:Fe2Si O4易溶解于硫酸溶液形成稳定的H4Si O4、Fe SO4和Fe2(SO42固体相;Fe3O4酸性条件下以离子态Fe2+和Fe3+存在,而碱性条件下主要以固体相Fe(OH)3和Fe(OH)2存在。在As-Fe-S-H2O体系中As元素呈离子态并且存在形态与溶液p H密切相关,Fe和S以H4Si O4、Fe SO4和Fe2(SO42形式存在。铜渣溶解-原位封装固砷过程符合拟二级动力学模型,该过程主要受铁离子释放速率限制,离子吸附和化学沉淀方式同步进行实现了砷的脱除。铜渣与污酸反应释放大量的铁离子与砷酸根离子反应形成无定型砷酸铁沉淀。溶解的硅离子水解合成硅化物包裹在砷酸铁表面,形成硅化物壳-砷酸铁核结构,增加了含砷沉淀物稳定化。在铜渣/污酸固液比为1:8 g/ml,反应温度为23℃,反应时间为48 h,污酸初始p H为0.77,铜渣粒径为200~300目条件下,铜渣对砷的最大去除容量可达到81.06 mg/g,除砷率达到98.85%;除砷铜渣中砷的毒性浸出浓度为3.45 mg/L,低于砷浸出国家标准规定值5mg/L。此外,本研究对不同批次含砷污酸进行可行性分析并且提出一种铜渣用于有色冶炼污酸处置前瞻性工艺方法。利用铜渣作为固体铁源合成臭葱石沉淀,当Fe/As摩尔比为2,反应温度为80℃,反应时间为12 h时,除砷率高达97.86%,砷沉淀物的砷浸出浓度为3 mg/L,低于国家规定安全堆放标准。首先铜渣与污酸中和反应为臭葱石合成创造一个适宜的p H环境,然后铁离子与砷酸跟离子反应形成稳定的臭葱石沉淀。含砷沉淀XRD、SEM和TEM结果显示Fe SO4/Fe2(SO43和H4Si O4优先于臭葱石形成并且为沉砷反应提供丰富的核位点。铜渣除砷展示出优越的除砷性能,有望成为有色冶炼污酸处置的新方法。
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