本发明属于高纯度砷酸钠晶体制备领域，具体涉及一种利用
铜冶炼烟尘碱浸制备高纯砷酸钠的方法。
背景技术：
循环经济是我国经济发展的必然趋势，在铜冶炼工业中，普遍存在对资源的消耗量大、生产所需能耗高、二次资源利用率低的问题。近年来，金属铜的应用领域不断扩大，铜烟尘为目前铜冶炼行业中主要废弃物之一，其中含有铜、锌、铅、铋等多种有价金属，合理回收这些有价金属，对促进循环经济发展具有重要意义；同时，在铜冶炼工业中，不可避免导致有害元素的富集，如砷等。原料中砷含量的增加，导致铜冶炼阳极板砷超标，电解净液车间超负荷运转，砷处置难、费用高等问题，若不将砷单独处理，会使得砷在系统中的循环累积，因此，如何将砷开路处理，增加其附加值，实现可持续发展具有重要的意义。
针对铜冶炼含砷物料的脱砷，现有的处理工艺主要有以高温处理为主的火法流程和以浸出为主的湿法流程。火法流程包括挥发焙烧法、还原焙烧法以及真空脱砷法等，因其操作较为简便，无需复杂的工艺流程，具有一点的广谱性，而被很多冶炼厂采用，主要缺点是脱砷不彻底，脱砷率不高，过程中产生的烟尘产生二次污染。湿法流程包括酸浸法、碱浸法以及氯化浸出法等，虽为单一浸出工艺，流程较长，产生的浸出液酸碱含量较高，不利于后续的萃取工艺流程，砷回收困难。当前，环保要求越来越严格，湿法提砷虽然需要消耗一定的试剂，成本高，但仍为重要方法。通过酸浸法或碱浸法将砷浸出后，有价金属得到富集，返回熔炼炉熔炼。砷元素制备成砷酸钠等产品，直接销售，提高经济附加值。
当前，从烟尘中脱砷的学术论文和相关专利报道很多，但由于原料不同，有价元素综合回收率低；由于砷及其化合物绝大部分都具有很强的毒性，易对人体及环境产生危害，砷产品的开发和利用趋势总体受到了一定限制，砷产品市场受到限制，但高纯度，毒性相对较低的砷产品具有一定的应用前景，如，性质特殊的无机和有机化合物以及合金工业中，在玻璃工业，木材防腐剂，农药制备，合金，光电材料，医药合成中广泛应用。
根据某冶炼厂的生产规划，每年需要6万吨金属铜，即30万吨铜精矿（含砷0.9%~1.3%），砷以1%计，则含砷3000吨。2016年年处理砷达2600多吨，处理费用高达8000万元。若能通过一定的方法将此高砷物料中的砷提取出来，提纯后销售，使得物料无害化，不但可以增加企业效益，减轻环境污染，而且避免砷在冶炼系统中恶性循环，避免后续阳极板砷超标、电解净液车间超负荷运转、砷无害化处置难等问题，并有效降低后续工段砷处理成本，研究具有重要的现实意义。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种利用铜冶炼烟尘碱浸制备高纯砷酸钠的方法，冶炼烟尘中的有价元素得以富集，砷元素制成砷酸钠晶体，以便后续高附加值利用。该发明资源利用率高，工艺流程简单、高效，经济实用且环保。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种利用铜冶炼烟尘碱浸制备高纯砷酸钠的方法，以铜冶炼厂闪速炉烟尘为原料，中性浸出后固液分离，得到中浸液和中浸渣；将中浸渣湿法磁选后固液分离，得到磁选渣；进一步将磁选渣湿法碱浸后固液分离，得到碱浸液；将碱浸液冷冻后，制得高纯砷酸钠晶体。
进一步地，铜冶炼厂闪速炉烟尘中主要金属元素含量：cu（19%）、fe（15%）、s（8%）、as（5%）、zn（3.5%）、pb（2.5%），主要物相为水合硫酸铜、磁铁矿、三氧化二砷等，将烟尘置于干燥环境下备用）
进一步地，中性浸出的条件为：液固比3:1-7:1，温度：30℃-90℃，时间1h-4h，反复浸出三次；中浸渣湿法磁选的条件为：激磁电流为1a、2.5a、3a或3.6a；反复磁选三次后固液分离。
磁选渣湿法碱浸的条件为：naoh浓度为40g/l-120g/l；na2s浓度为10g/l-90g/l；液固比3:1-7:1，温度：30℃-90℃，时间1h-4h；碱浸液冷冻结晶的条件为：冷冻结晶温度为20℃-40℃，冷冻结晶时间为2h-10h。
本发明所得的高纯砷酸钠晶体（na3aso4?12h2o）纯度达到98%，呈柱状、棒状。
本发明的显著优点在于：
（1）本发明为铜冶炼烟尘中有价元素的回收利用提供新的思路，实现资源的充分利用和可持续发展；
（2）本发明为铜冶炼烟尘中有害元素砷的降低提供新的方法，工艺简单，药剂消耗少，
有效减少砷在铜冶炼系统中的循环累积，提高企业经济和环保效益。
（3）本发明为高纯砷酸钠晶体的制备提供新的途径，其中,中性浸出使烟尘中可溶于水的水合硫酸铜溶解，磁选的目的是使烟尘中的磁铁矿分离，中性浸出和磁选都是可以富集原料中的砷元素；而碱液硫化钠处理使砷元素从含砷化合物中浸出，并抑制铅、锌等元素的浸出，从而提高了含砷浸出液的纯度；控制冷冻实验的条件，砷酸钠晶体进一步提纯。
砷酸钠用于杀虫剂，反腐剂，在医药和农药方面具有一定的研究和应用价值，制备的砷酸钠纯度达到98%以上。
附图说明
图1为实施例1利用铜冶炼烟尘碱浸制备高纯砷酸钠工艺步骤流程图；
图2为实施例1利用铜冶炼烟尘碱浸制备高纯砷酸钠的x射线衍射图谱；
图3为实施例1利用铜冶炼烟尘碱浸制备高纯砷酸钠的二次电子图。
具体实施方式
为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。
实施例1
一种利用铜冶炼烟尘碱浸制备高纯砷酸钠的方法，以某铜冶炼厂闪速炉烟尘为原料，中性浸出后固液分离，得到中浸液和中浸渣；将中浸渣湿法磁选后固液分离，得到磁选渣；进一步将磁选渣湿法碱浸后固液分离，得到碱浸液；将碱浸液冷冻后，制得高纯砷酸钠晶体。具体步骤如下：
所述原料是铜冶炼厂闪速炉烟尘，主要金属元素含量：cu（19%）、fe（15%）、s（8%）、as（5%）、zn（3.5%）、pb（2.5%），主要物相为水合硫酸铜、磁铁矿、三氧化二砷。
烟尘中性浸出的具体步骤：液固比5:1，温度：80℃，时间3h，反复浸出三次后固液分离，中浸液主要为含铜溶液，中浸渣备用。
中浸渣磁选的步骤：激磁电流设定为3a，中浸渣的磁铁矿进入精矿中回收，磁选渣干燥后备用；
磁选渣碱性浸出的步骤：naoh浓度为80g/l；na2s浓度为50g/l；液固比5:1，温度：80℃，时间2h，固液分离。
碱浸液冷冻结晶步骤：结晶温度分别为20℃，结晶10h，固液分离；
所得高纯砷酸钠晶体（na3aso4?12h2o）纯度达到98%，呈柱状、棒状。
图1为实施例1利用铜冶炼烟尘碱浸制备高纯砷酸钠工艺步骤流程图。从图中可以看出，利用铜冶炼烟尘碱浸制备高纯砷酸钠的流程简单，可操作性强。
图2为利用铜冶炼烟尘碱浸制备高纯砷酸钠的x射线衍射图谱。从图中可以看出，制备的砷酸钠晶体的纯度高，通过对比cod和pdf卡片，定量分析表明，98%以上为na3aso4?12h2o。
图3为实施例1利用铜冶炼烟尘碱浸制备高纯砷酸钠的二次电子图片。从图中可以看出，制备的砷酸钠晶体的呈柱状、棒状。
实施例2
一种利用铜冶炼烟尘碱浸制备高纯砷酸钠的方法，以铜冶炼厂闪速炉烟尘为原料，中性浸出后固液分离，得到中浸液和中浸渣；将中浸渣湿法磁选后固液分离，得到磁选渣；进一步将磁选渣湿法碱浸后固液分离，得到碱浸液；将碱浸液冷冻后，制得高纯砷酸钠晶体。具体步骤如下：
所述原料是铜冶炼厂闪速炉烟尘，主要金属元素含量：cu（19%）、fe（15%）、s（8%）、as（5%）、zn（3.5%）、pb（2.5%），主要物相为水合硫酸铜、磁铁矿、三氧化二砷。
烟尘中性浸出的具体步骤：液固比6:1，温度：70℃，时间4h，反复浸出三次后固液分离，中浸液主要为含铜溶液，中浸渣备用。
中浸渣磁选的步骤：激磁电流设定为3.6a，中浸渣的磁铁矿进入精矿中回收，磁选渣干燥后备用；
磁选渣碱性浸出的步骤：naoh浓度为100g/l；na2s浓度为40g/l；液固比6:1，温度：70℃，时间2h，固液分离。
碱浸液冷冻结晶步骤：结晶温度分别为25℃，结晶10h，固液分离；
所得高纯砷酸钠晶体（na3aso4?12h2o）纯度达到95%，呈柱状、棒状。
实施例3
一种利用铜冶炼烟尘碱浸制备高纯砷酸钠的方法，以铜冶炼厂闪速炉烟尘为原料，中性浸出后固液分离，得到中浸液和中浸渣；将中浸渣湿法磁选后固液分离，得到磁选渣；进一步将磁选渣湿法碱浸后固液分离，得到碱浸液；将碱浸液冷冻后，制得高纯砷酸钠晶体。具体步骤如下：
所述原料是铜冶炼厂闪速炉烟尘，主要金属元素含量：cu（19%）、fe（15%）、s（8%）、as（5%）、zn（3.5%）、pb（2.5%），主要物相为水合硫酸铜、磁铁矿、三氧化二砷。
烟尘中性浸出的具体步骤：液固比7:1，温度：90℃，时间2h，反复浸出三次后固液分离，中浸液主要为含铜溶液，中浸渣备用。
中浸渣磁选的步骤：激磁电流设定为2.5a，中浸渣的磁铁矿进入精矿中回收，磁选渣干燥后备用；
磁选渣碱性浸出的步骤：naoh浓度为120g/l；na2s浓度为30g/l；液固比7:1，温度：90℃，时间2h，固液分离。
碱浸液冷冻结晶步骤：结晶温度分别为30℃，结晶10h，固液分离；
所得高纯砷酸钠晶体（na3aso4?12h2o）纯度达到94%，呈柱状、棒状。
实施例4
一种利用铜冶炼烟尘碱浸制备高纯砷酸钠的方法，以铜冶炼厂闪速炉烟尘为原料，中性浸出后固液分离，得到中浸液和中浸渣；将中浸渣湿法磁选后固液分离，得到磁选渣；进一步将磁选渣湿法碱浸后固液分离，得到碱浸液；将碱浸液冷冻后，制得高纯砷酸钠晶体。具体步骤如下：
所述原料是铜冶炼厂闪速炉烟尘，主要金属元素含量：cu（19%）、fe（15%）、s（8%）、as（5%）、zn（3.5%）、pb（2.5%），主要物相为水合硫酸铜、磁铁矿、三氧化二砷。
烟尘中性浸出的具体步骤：液固比4:1，温度：80℃，时间3h，反复浸出三次后固液分离，中浸液主要为含铜溶液，中浸渣备用。
中浸渣磁选的步骤：激磁电流设定为3a，中浸渣的磁铁矿进入精矿中回收，磁选渣干燥后备用；
磁选渣碱性浸出的步骤：naoh浓度为100g/l；na2s浓度为60g/l；液固比4:1，温度：90℃，时间2h，固液分离。
碱浸液冷冻结晶步骤：结晶温度分别为20℃，结晶8h，固液分离；
所得高纯砷酸钠晶体（na3aso4?12h2o）纯度达到95%，呈柱状、棒状。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
技术特征：
1.一种利用铜冶炼烟尘碱浸制备高纯砷酸钠的方法，其特征在于：以铜冶炼厂闪速炉烟尘为原料，中性浸出后固液分离，得到中浸液和中浸渣；将中浸渣湿法磁选后固液分离，得到磁选渣；再将磁选渣湿法碱浸后固液分离，得到碱浸液；然后将碱浸液冷冻结晶后，制得高纯砷酸钠晶体。
2.根据权利要求1所述的利用铜冶炼烟尘碱浸制备高纯砷酸钠的方法，其特征在于：烟尘的中性浸出的条件为：液固比3:1-7:1，温度：30℃-90℃，时间1h-4h，反复浸出三次后固液分离。
3.根据权利要求1所述的利用铜冶炼烟尘碱浸制备高纯砷酸钠的方法，其特征在于：中浸渣湿法磁选的条件为：激磁电流为1a、2.5a、3a或3.6a，反复磁选三次后固液分离。
4.根据权利要求1所述的利用铜冶炼烟尘碱浸制备高纯砷酸钠的方法：其特征在于：磁选渣湿法碱浸的条件为：naoh浓度为40g/l-120g/l；na2s浓度为10g/l-90g/l；液固比3:1-7:1，温度：30℃-90℃，时间1h-4h，浸出后固液分离。
5.根据权利要求1所述的利用铜冶炼烟尘碱浸制备高纯砷酸钠的方法，其特征在于：碱浸液冷冻结晶的条件为：冷冻结晶温度为20℃-40℃，冷冻结晶时间为2h-10h。
6.根据权利要求1所述的利用铜冶炼烟尘碱浸制备高纯砷酸钠的方法，其特征在于：所述高纯砷酸钠晶体纯度达到98%，呈柱状、棒状。
技术总结
本发明公开了一种利用铜冶炼烟尘碱浸制备高纯砷酸钠的方法，其是以铜冶炼厂闪速炉烟尘为原料主要原料，中性浸出后固液分离，得到中浸液和中浸渣；将中浸渣湿法磁选后固液分离，得到磁选渣；进一步将磁选渣湿法碱浸后固液分离，得到碱浸液；将碱浸液冷冻后，制得高纯砷酸钠晶体。本发明适用于铜冶炼高砷烟尘的开路提砷，可以实现烟尘中有价元素的富集和回收，其工艺流程清晰高效、资源利用率高，且经济实用、安全环保，具有良好的工业前景和社会效益。
技术研发人员：钟祥华;衷水平;刘文元;陈素余;吴晓林
受保护的技术使用者：福州大学
技术研发日：2020.05.19
技术公布日：2020.07.10
声明：
“利用铜冶炼烟尘碱浸制备高纯砷酸钠的方法与流程” 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：福州大学
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2024年05月24日 ~ 26日 
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