本发明属于
有色冶炼烟尘处理技术领域，涉及一种有色冶炼过程中排出的含砷烟尘脱除砷的方法。
背景技术：
含砷烟气作为一种危害较大的废气，主要来源于有色冶炼过程中，特别是铜、铅、锡、锌等有价金属的火法冶炼过程中。在
火法炼铜的过程中，砷进入烟气中主要以砷的氧化物(三氧化二砷)以及与其他有价金属的复合氧化物等形式存在烟尘中。如果将含砷烟气直接排放进入大气中，将会对环境造成较大的危害。同时砷在冶炼烟气中与其他重金属元素混杂，对后期除尘造成很大的压力。
目前常见的含砷烟尘脱砷方法有火法、湿法以及火法-湿法联合三种。湿法工艺脱砷是指采用含有脱砷剂的水溶液在温度100℃以内的条件下处理，使砷以砷酸(盐)或亚砷酸(盐)的形式进入溶液，从而与固体物料分离，常见的浸出剂有酸浸出剂、碱浸出剂、无机盐浸出剂等。湿法脱砷和火法-湿法联合脱砷近年来受到国内外学者的广泛关注和研究，但是却有一系列的弊端：流程较长，且容易产生二次污染，脱砷成本较高，不适宜处理大批量的烟尘。相对湿法脱砷和火法-湿法联合脱砷而言，火法脱砷具有简单方便，不需要添加额外的生产设备和流程，经过脱砷后的物料可以直接返回熔池熔炼系统，具有较高的经济效益。目前文献报道的火法焙烧脱砷常加入的添加剂有焦炭、碱性物质、氧化物、硫酸盐等，加入焦炭脱砷需要在1100℃的温度下进行，对设备要求较高，能耗较大，其它有价金属也会随之挥发；加入碱性物质焙烧，使含砷化合物转化为砷酸盐，后续进行湿法脱砷及砷的稳定化处理，但是过程比较复杂，工艺流程较长，不适合工业化生产。
技术实现要素：
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种高效、经济、环保、的含砷烟尘中脱除砷的方法，采用严格的梯度控温以实现重金属和砷的有效分离，排除了其他重金属对于除砷过程的干扰，然后再利用黄铜矿作为吸附剂来吸附烟气中的砷后，经气固分离达到精确除砷的目标。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种含砷烟尘中脱除砷的方法，包括以下步骤：
(1)将含砷烟尘先进行一次降温处理，控制其温度为450-550℃，然后经高温电除尘移除烟气中重金属颗粒后得到预处理烟尘；
(2)将预处理烟尘进行二次降温处理，控制其温度为100-200℃，然后加入黄铜矿作为砷吸附剂，再经旋风除尘得到富砷颗粒和脱砷烟气。
本发明首先对含砷烟尘进行一次降温，严格控制其温度，保证一次降温后的含砷烟尘中的砷仍然以气态的形式存在，降温后的含砷烟尘再进行高温电除尘，移除烟气中其他重金属颗粒，实现重金属颗粒和砷的有效分离，减少后续除尘负荷，同时便于后续分离砷；预处理烟尘再进行二次降温，严格控制其温度，然后向二次降温后的含砷烟尘中添加黄铜矿作为砷吸附剂富集砷，再通过旋风除尘使得富集砷后的颗粒与脱砷烟气分离，以便获得深度处理过的富砷颗粒。
优选的，所述含砷烟尘为
有色金属火法冶炼中产生的烟尘，温度为800-1200℃。
优选的，步骤(1)中，高温电除尘的条件为：含砷烟尘流速为1-1.2m/s，停留时间为30-60s。
优选的，步骤(2)中，黄铜矿的平均粒径为1.5-2μm，黄铜矿和预处理烟尘的质量比为1:0.05-1:0.1。
优选的，步骤(2)中，富砷颗粒经氧化酸浸、蒸发结晶得到三氧化二砷。
更优选的，富砷颗粒投入至ph为5-6的酸性溶液中，同时加入30wt％的h2o2溶液选择性氧化，分离得到富砷溶液和黄铜矿，富砷溶液进行蒸发结晶即可得到高纯度的三氧化二砷，而黄铜矿则返回作为砷吸附剂循环使用。
与现有技术相比，本发明的优点是：
本发明首先对含砷烟尘进行一次降温，严格控制其温度，保证一次降温后的含砷烟尘中的砷仍然以气态的形式存在，降温后的含砷烟尘再进行高温电除尘，移除烟气中其他重金属颗粒，实现重金属颗粒和砷的有效分离，减少后续除尘负荷，同时便于后续分离砷；预处理烟尘再进行二次降温，严格控制其温度，然后向二次降温后的含砷烟尘中添加黄铜矿作为砷吸附剂富集砷，再通过旋风除尘使得富集砷后的颗粒与脱砷烟气分离，以便获得深度处理过的富砷颗粒。富砷颗粒再经氧化酸浸得到富砷溶液和黄铜矿，富砷溶液进行蒸发结晶即可得到高纯度的三氧化二砷，而黄铜矿则返回作为砷吸附剂循环使用。本发明中的总的除砷效率达到90％以上，制得的三氧化二砷的纯度则达到95％以上。
附图说明
图1为富砷溶液进行蒸发结晶后得到的高纯度的三氧化二砷的sem图。
具体实施方式
以下实施例旨在进一步说明发明内容，而不是限制本发明权利要求的保护范围。
实施例1
取1000g铜余热锅炉烟灰(主要成分as：14.9％，cu：25.7％，o：23.5％，fe：13.2％，s：11.6％，pb：5.4％)投入高温管式炉中进行高温蒸发作为模拟的含砷烟尘，其中加热速率20k/min、加热温度1300k、加热时间30min。
含砷烟尘直接通入直接接触式换热器中，降温速率为60k/s，控制出口温度为735k，降温后的气体进入高温电除尘设备中，含砷烟尘流速为1.2m/s，停留时间为30s，经过高温电除尘的气体接着通过蒸发冷却器中，在蒸发冷却器中以90-100k每秒进行降温，蒸发冷却器出口温度设置为375-425k之间，将二段冷却后的烟气通入旋风
除尘器中，同时以5g/s的速度投入总计50g黄铜矿，进入旋风除尘器前通过管径收缩调整入流速度为8m/s，5min中后暂停通气，从灰斗中取出富砷颗粒，将所述富砷颗粒投入ph＝5的弱酸溶液中，再加入h2o2溶液选择性氧化，分离后得到富砷溶液和黄铜矿，富砷溶液进行蒸发结晶即可得纯度为90.58％的三氧化二砷，黄铜矿返回继续作为砷吸附剂循环使用。经计算，两段综合除砷效率达到92.05％。
实施例2
取1000g铅冶炼余热锅炉烟灰(主要成分as：27.2％，cu：8.7％，o：22％，fe：10.7％，s：8.7％，pb：20.4％)投入高温管式炉中进行高温蒸发作为模拟的含砷烟尘，加热速率30k/min、加热温度1100k、加热时间50min。
含砷烟尘直接通入直接接触式换热器中，降温速率为80k/s，控制出口温度为785k，降温后的气体进入高温电除尘设备中，含砷烟尘流速为1.0m/s，停留时间为60s，经过高温电除尘的气体接着通过蒸发冷却器中，在蒸发冷却器中以80-90k每秒进行降温，蒸发冷却器出口温度设置为400-450k之间，将二段冷却后的烟气通入旋风除尘器中，同时以10g/s的速度投入总计100g黄铜矿，进入旋风除尘器前通过管径收缩调整入流速度为10m/s，10min中后暂停通气，从灰斗中取出富砷颗粒，将所述富砷颗粒投入ph＝5.5的弱酸溶液中，再加入h2o2溶液选择性氧化，分离后得到富砷溶液和黄铜矿，富砷溶液进行蒸发结晶即可得纯度为95.95％的三氧化二砷，黄铜矿返回继续作为砷吸附剂循环使用。经计算，两段综合除砷效率达到97.58％。
对比例1
同实施例1相比，区别仅在于一次降温后的出口温度为873.15k。
当一次降温后的出口温度为873.15k时，由于
铜冶炼含砷烟尘中除砷之外的重金属元素预处理不足，导致砷的分离效果大大降低，分离后得到的富砷溶液含有其他重金属杂质，综合两段去除率仅仅为53.65％。
对比例2
同实施例1相比，区别仅在于一次降温后的出口温度为673.15k。
当一次降温后的出口温度为673.15k时，铜冶炼含砷烟尘中除砷之外的重金属元素预处理不足，导致砷的分离效果大大降低，分离后得到的富砷溶液含有其他重金属杂质，综合两段去除率为48.27％。
对比例3
同实施例1相比，区别仅在于二次降温后的出口温度为523.15k。
当二次降温后的出口温度为523.15k时，铜冶炼含砷烟尘中的砷并没有完全冷凝转化为三样化二砷，导致砷的分离效果降低，分离后得到的富砷溶液中砷含量降低，蒸发结晶后三氧化二砷纯度为37.36％，综合去除率为41.27％。
对比例4
同实施例1相比，区别仅在于二次降温后的出口温度为523.15k。
当旋风除尘中不加入黄铜矿作为吸附剂而直接分离时，由于二次降温仍存在少许金属杂质，所以分离后的烟尘仍有杂质，继续处理后综合去除率降低为73.86％。
技术特征：
1.一种含砷烟尘中脱除砷的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将含砷烟尘先进行一次降温处理，控制其温度为450-550℃，然后经高温电除尘移除烟气中重金属颗粒后得到预处理烟尘；
(2)将预处理烟尘进行二次降温处理，控制其温度为100-200℃，然后加入黄铜矿作为砷吸附剂，再经旋风除尘得到富砷颗粒和脱砷烟气。
2.根据权利要求1所述的一种含砷烟尘中脱除砷的方法，其特征在于：所述含砷烟尘为有色金属火法冶炼中产生的烟尘，温度为800-1200℃。
3.根据权利要求1所述的一种含砷烟尘中脱除砷的方法，其特征在于：步骤(1)中，高温电除尘的条件为：含砷烟尘流速为1-1.2m/s，停留时间为30-60s。
4.根据权利要求1所述的一种含砷烟尘中脱除砷的方法，其特征在于：步骤(2)中，黄铜矿的平均粒径为1.5-2μm，黄铜矿和预处理烟尘的质量比为1:0.05-1:0.1。
5.根据权利要求1所述的一种含砷烟尘中脱除砷的方法，其特征在于：步骤(2)中，富砷颗粒经氧化酸浸、蒸发结晶得到三氧化二砷。
6.根据权利要求5所述的一种含砷烟尘中脱除砷的方法，其特征在于：富砷颗粒投入至ph为5-6的酸性溶液中，同时加入30wt％的h2o2溶液选择性氧化，分离得到富砷溶液和黄铜矿，富砷溶液进行蒸发结晶即可得到高纯度的三氧化二砷，而黄铜矿则返回作为砷吸附剂循环使用。
技术总结
本发明公开了一种含砷烟尘中脱除砷的方法，包括以下步骤：(1)将含砷烟尘先进行一次降温处理，控制其温度为450?550℃，然后经高温电除尘移除烟气中重金属颗粒后得到预处理烟尘；(2)将预处理烟尘进行二次降温处理，控制其温度为100?200℃，然后加入黄铜矿作为砷吸附剂，再经旋风除尘得到富砷颗粒和脱砷烟气。本发明采用严格的梯度控温以实现重金属和砷的有效分离，排除了其他重金属对于除砷过程的干扰，然后再利用黄铜矿作为吸附剂来吸附烟气中的砷后，经气固分离达到精确除砷的目标。
技术研发人员：曾伟志;颜旭;梁彦杰;杨志辉;李垦;郭文香;胡辉;李博;刘山;丁文杰
受保护的技术使用者：中南大学
技术研发日：2020.09.18
技术公布日：2021.01.05
声明：
“含砷烟尘中脱除砷的方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：中南大学
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