一种硫化砷渣的处理方法

技术领域

本发明涉及湿法冶金节能减排技术领域，尤其涉及一种硫化砷渣的处理方法。

背景技术

自然界中的砷主要分布于金、铜、铅、锌、锡、镍、钴等有色金属矿产资源中，因此，在上述有色金属冶炼过程中会产生大量的含砷危险废物。砷的毒性极强，其应用领域及市场容量非常有限。目前，工业上主要采用钙盐-铁盐沉砷工艺和硫化沉砷工艺来固化含砷污酸或废水中的砷，产出的砷渣属于危险固体废弃物，还需进一步无害化处理。

采用钙盐-铁盐沉砷工艺产出的砷酸铁、砷酸钙的混合沉砷渣一般含砷约为5％，通常进入柔性危废渣库堆存，但随着环保要求的日益严格，新危废渣库的批复极为困难，所以该方法面临的挑战日益严峻。而采用硫化沉砷工艺产出的硫化砷渣一般含砷35～42％，属于高污染危废砷渣，需进行无害化处理。虽然硫化沉砷工艺因过程操作简单，除砷效率高被广泛使用，但硫化沉砷工艺产出的硫化砷渣为非晶形态的絮状物，对水的物理吸附结合能力很强，含水率高达45～75％，其无害化处理成本中一半以上与水相关，造成了社会资源和能源的不必要消耗。

目前，硫化砷渣常用的处理方法是将硫化砷渣转化为雌黄、三氧化二砷、砷单质等含砷产品。由于全球对砷的消费需求非常有限，采用这种方法将硫化砷渣转化为三氧化二砷、砷单质后，含砷产品的品级质量达不到要求，一般进行刚性填埋，但刚性填埋场建设费用高，也存在着安全隐患。

因此，如何提供一种低成本、高效率的硫化砷渣处理方法成为了本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种硫化砷渣的处理方法，该方法在高温反应釜内实现了非晶硫化砷物相向硫化砷准晶物相的转化，克服了砷渣处理过程成本高、试剂消耗量大、操作条件苛刻、二次污染严重等问题。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种硫化砷渣的处理方法，包括以下步骤：

S1、将硫化砷渣与转化液混合后进行预热，得到预热矿浆；

S2、预热矿浆经转化反应得到反应矿浆；

S3、反应矿浆经固液分离得到转化液和转化砷渣，转化液返回步骤S1与硫化砷渣混合后进行预热，得到预热矿浆。

进一步的，所述硫化砷渣为硫化沉淀法沉砷后得到的沉砷渣，所述硫化砷渣的含水率为45～75％。

进一步的，所述转化液的pH为0.5～2。

进一步的，所述步骤S1中硫化砷渣与水的质量体积比为1g：2～10mL；步骤S3中硫化砷渣与转化液的质量体积比为1g：2～10mL。

进一步的，所述步骤S1和步骤S3预热的温度独立的为60～90℃，时间独立的为30～120min。

进一步的，所述步骤S2中转化反应的温度为150～220℃，时间为1～6h。

进一步的，所述步骤S3得到的转化液含砷20～1000mg/L，转化砷渣含水2～10％；将转化砷渣进行无害化处理或刚性填埋。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明的处理方法使硫化砷渣从砷物相组成上实现由非晶态向准晶的转变，从外观形貌上实现由膨松絮凝状向坚硬沙粒状的转变，减弱了砷渣对水的物理结合吸附能力，从而大幅降低砷渣含水率，使其含水率由45～75％降为2～10％，砷渣减重65～75％，硫化砷渣无害化处置成本或刚性填埋成本仅为转化减重前的25～35％；

2、本发明处理过程中产生的低浓度含砷的弱酸性转化液返回系统继续与硫化砷渣制备预热矿浆，实现了废液在系统内部的循环，克服了砷渣处理过程成本高、试剂消耗量大、操作条件苛刻、二次污染严重等问题；

3、本发明所述处理方法无需添加任何化学试剂，利用化合物在高温水溶液中的复溶-重结晶内动力达到硫化砷渣微观结构转变的目的，无需花高额代价将硫化砷渣转化为砷浸出毒性小于5mg/L的砷固化产物，更无需将硫化砷渣转化为具有晶体结构的晶型硫化砷或雌黄，由于晶型硫化砷或雌黄等固砷产物性质不稳定，在当前的环保要求下不能直接堆存或回填矿坑，需要进行二次无害化处理，增加了硫化砷渣的综合处理成本，与上述现有技术相比，本发明的处理方法具有无试剂消耗、工艺流程简单、无新增污染物等优点。

附图说明

图1为实施例1所用硫化砷渣的XRD图；

图2为实施例1所得到的转化砷渣的XRD图；

图3为实施例1所用硫化砷渣的外观形貌图；

图4为实施例1所得到的转化砷渣的外观形貌图。

具体实施方式

本发明提供了一种硫化砷渣的处理方法，包括以下步骤：

S1、将硫化砷渣与转化液混合后进行预热，得到预热矿浆；

S2、预热矿浆经转化反应得到反应矿浆；

S3、反应矿浆经固液分离得到转化液和转化砷渣，转化液返回步骤S1与硫化砷渣混合后进行预热，得到预热矿浆。

在本发明中，所述硫化砷渣为硫化沉淀法沉砷后得到的沉砷渣，所述硫化砷渣的含水率为45～75％，优选为48～70％，进一步优选为50～60％。

在本发明中，所述转化液的pH为0.5～2。

在本发明中，所述步骤S1中硫化砷渣与水的质量体积比为1g：2～10mL，优选为1g：4～9mL，进一步优选为1g：5～6mL；步骤S3中硫化砷渣与转化液的质量体积比为1g：2～10mL，优选为1g：4～9mL，进一步优选为1g：5～6mL。

在本发明中，所述步骤S1和步骤S3预热的温度独立的为60～90℃，优选为65～80℃，进一步优选为70～75℃；时间独立的为30～120min，优选为40～100min，进一步优选为60～80min。

在本发明中，所述步骤S2中转化反应的温度为150～220℃，优选为160～210℃，进一步优选为180～200℃；时间为1～6h，优选为2～5h，进一步优选为3～4h。

在本发明中，所述步骤S3得到的转化液含砷20～1000mg/L，含铁500～1500mg/L，转化砷渣含水2～10％，转化液没有达到水溶液中砷浓度为0.5mg/L的排放标准，若对转化液进一步除砷处理会增加成本，因此，在本发明中将低浓度含砷转化液返回步骤S1中的预热工序，工艺流程内实现循环利用，无二次废水产生。而且，由于转化液中砷、铁离子发生共沉淀，从而使其砷含量稳定在一定的浓度范围内，保证了工艺流程的稳定运行。

在本发明中，为保证循环工艺的稳定，优先使用步骤S3得到的转化液与硫化砷渣混合预热得到预热矿浆。

在本发明中，将转化砷渣进行无害化处理或刚性填埋，优选为无害化处理。

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种硫化砷渣的处理方法，具体步骤如下：

将硫化砷渣(含水率55％)与水按质量比为1：5混合调浆后在90℃下预热40min，得到预热矿浆；将预热矿浆由加料泵送入高温反应釜内，反应釜中含有水溶液，控制反应温度为200℃，反应3h得到反应矿浆；将反应矿浆固液分离得到转化液和转化砷渣，转化砷渣进行无害化处理，转化液返回预热工序，将硫化砷渣(含水率55％)与转化液按质量体积比为1g：5mL混合调浆后在90℃下预热40min，再次得到预热矿浆，循环此过程。

经测定，采用本实施例的方法处理硫化砷渣后，得到的转化液含砷60mg/L，转化砷渣含水率2％，转化砷渣含砷率为50.2％，转化前后砷渣减重75％。

本实施例采用的化学原理为：硫化砷渣中硫化砷物相在高温水溶液中发生复溶-重结晶转化，使非晶态的硫化砷(图1所示硫化砷渣)物相转化为硫化砷准晶(图2所示转化砷渣)物相，微观结构的改变直接导致了硫化砷渣外观形貌的变化，使其从蓬松絮凝状(图3所示硫化砷渣)转变为坚硬沙粒状(图4所示转化砷渣)，微观结构及外观形貌的变化使其对水的物理吸附结合能力下降。

实施例2

一种硫化砷渣的处理方法，具体步骤如下：

将硫化砷渣(含水率45％)与水按质量比为1：3混合调浆后在60℃下预热100min，得到预热矿浆；将预热矿浆由加料泵送入高温反应釜内，反应釜中含有水溶液，控制反应温度为150℃，反应6h得到反应矿浆；将反应矿浆固液分离得到转化液和转化砷渣，转化砷渣进行无害化处理，转化液返回预热工序，将硫化砷渣(含水率45％)与转化液按质量体积比为1g：3mL混合调浆后在60℃下预热100min，再次得到预热矿浆，循环此过程。

经测定，采用本实施例的方法处理硫化砷渣后，得到的转化液含砷20mg/L，转化砷渣含水率10％，转化砷渣含砷率为46％，转化前后砷渣减重65％。

实施例3

一种硫化砷渣的处理方法，具体步骤如下：

将硫化砷渣(含水率60％)与水按质量比为1：10混合调浆后在80℃下预热70mim，得到预热矿浆；将预热矿浆由加料泵送入高温反应釜内，反应釜中含有水溶液，控制反应温度为220℃，反应1h得到反应矿浆；将反应矿浆固液分离得到转化液和转化砷渣，转化砷渣进行无害化处理，转化液返回预热工序，将硫化砷渣(含水率60％)与转化液按质量体积比为1g：10mL混合调浆后在80℃下预热70min，再次得到预热矿浆，循环此过程。

经测定，采用本实施例的方法处理硫化砷渣后，得到的转化液含砷100mg/L，转化砷渣含水率4.8％，转化砷渣含砷率为53.1％，转化前后砷渣减重71％。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。