砷碱渣中Sb与As的分离

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本文作者：李慧曾桂生邵建广邓孝荣作者单位：南昌航空大学环境与化学工程学院

在锑冶炼中，通常采用加碱鼓风即碱性精炼方法对粗锑进行精炼除砷，产生大量的砷碱渣。砷碱渣中砷的平均含量为1％～15％［1］，并以可溶性砷酸钠形式存在，有剧毒，将对环境造成严重的污染，危害人类的生存安全。砷碱渣一旦泄露，暴露于环境中的砷将进入水体和食物链，轻则危害人体健康，重则导致死亡［1］。

由于砷、锑均为第五主族元素，原子结构相似，难以深度分离。目前有关炼锑砷碱渣处理的报道很少，处理方式包括堆存、火法、湿法等［2－8］。由于没有有效、经济回收利用砷碱渣的技术，目前的砷碱渣仍然普遍采用堆存的方式，使得砷碱渣转化成毒性更大的砷酸钠存在。

本文研究砷碱渣中的锑和砷的分离及过程动力学，以提高锑资源利用率，消除砷碱渣对环境的危害。

1试验方法

1．1砷的浸出

将从某矿山所采砷碱渣研磨破碎，以砷的浸出率为考察指标，采用四因素三水平正交试验，因素和水平分别为：固液比（1∶2、1∶3、1∶4，g／mL）、搅拌速度（400、600、800r／min）、浸出温度（70、80、90℃）、浸出时间（30、60、90min）。

1．2浸出动力学

一般假设液—固相非催化反应中固体颗粒为收缩未反应芯，简称为缩芯模型［9－10］。缩芯模型又分为粒径不变缩芯模型和颗粒缩小缩芯模型。粒径不变缩芯模型的特点是：有固相产物层生成，反应过程中颗粒大小不变；颗粒缩小缩芯模型的特点是：反应过程中反应物颗粒不断缩小，无固相产物层，产物溶于溶液中。

当反应过程被流体滞留膜扩散控制时，其动力学方程为：（略）。

结合反应的活化能来判定是扩散控制还是化学控制，当E小于13kJ／mol时为扩散控制；当E大于42kJ／mol时为化学控制［11］。

根据正交表确定的最优条件，保持其他条件不变，分别改变搅拌速度和浸出温度，然后在浸出过程中间隔一定时间取样，用原子荧光光度计测量砷的浓度［12］。

2试验结果与讨论

2．1正交试验结果

以砷浸出率为考察指标，正交试验结果如表1所示。可以看出影响砷碱渣中砷浸出率的因素优先顺序为：固液比＞温度＞搅拌速度＞浸出时间。最优浸出条件为：固液比1∶4、浸出温度90℃、搅拌速度600r／min、浸出时间60min。

2．2砷的浸出动力学

2．2．1搅拌速度

保持其他条件不变，改变搅拌速度，结果见图1。可以明显观察到，随着搅拌速度的增大，浸出率快速提高。而当达到60min以后浸出率增加不明显。根据试验结果，可认为砷碱渣中砷浸出的反应为收缩未反应核模型，作1－（1－x）1／／3与时间t的曲线，如图2所示。从图2可以看出，1－（1－x）1／／3与时间t有良好的线性关系，说明浸出反应受化学反应控制。

2．2．2温度

保持其他条件不变，改变浸出温度，结果见图3。从图3可看出，砷浸出率随着温度的升高而逐渐增大。温度影响砷浸出率的的速率常数k，作1－（1－x）1／3与时间t的关系图，如图4所示。由图4看出，由图4可求出每条线的斜率k，以lgk对1／T作图，结果如图5所示。由图5可知，lgk～1／T为一直线，直线斜率k＝－35．5570，根据阿伦尼乌斯公式求得反应活化能为666．57kJ／mol。由活化能可知，砷碱渣浸出砷的过程为化学反应控制。

3结论

1）浸出砷最佳条件：固液比1∶4、温度90℃、搅拌速度400r／min、浸出时间60min，在此条件下砷浸出率为87．75％。

2）砷浸出动力学方程为：（略）。