一种基于超细氢氧化铁胶体分离砷碱渣中砷与碱的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于超细氢氧化铁胶体分离砷碱渣中砷与碱的方法，该方法是将砷碱渣通过水浸出，浸出液通过氧化脱锑，得到含碳酸钠和砷酸钠的溶液；在该溶液中加入砷酸铁晶核和超细氢氧化铁胶体反应得到砷酸铁晶体，固液分离，得到含碳酸钠的溶液和砷酸铁产品；在含碳酸钠的溶液中通入二氧化碳反应析出碳酸氢钠晶体，碳酸氢钠晶体经过热分解，得到碳酸钠产品。该方法利用高度活性的超细Fe(OH)3胶体来吸附和转化砷碱渣浸出液中砷酸根生成稳定、溶解度小、结晶性好的砷酸铁沉淀，实现了砷碱渣浸出液中砷碱高效分离，克服了强碱性条件下铁盐除砷利用效率低、净化不彻底等难题，且该方法过程简单、操作方便，满足工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种基于超细氢氧化铁胶体分离砷碱渣中砷与碱的方法
本专利技术涉及一种砷碱渣中砷和碱分离的方法，特别涉及一种超细Fe(OH)3胶体的制备及其用于砷碱渣中砷与碱高效分离的方法，属于资源综合利用

技术介绍
当前砷污染已引起世界范围内的广泛关注，砷碱渣的有效治理刻不容缓。砷碱渣是火法炼锑碱法除砷过程产生的固体废渣。在锑冶炼过程中，砷被氧化还原后进入到粗锑中，粗锑精炼时加入纯碱除砷得到精锑；锑精炼产出的砷碱渣主要成分为碳酸钠、砷酸钠、亚锑酸钠、硫代亚锑酸钠及少量的金属锑，其中砷酸钠剧毒且易溶于水，因此不宜露天堆放。目前，我国砷碱渣的堆存总量已经达到20万多吨，且每年以0.5～1万吨的速度增加。大量的砷碱渣积压使许多锑冶炼企业的管理成本增加，同时也给生态环境造成严重的威胁。砷碱渣的处理方式有填埋、火法、湿法等处理方法。填埋处理由于安全性低，管理费用高，已经很少采用。采用氧化焙烧挥发法处理砷碱渣制取As2O3易带来二次污染，且处理含砷较低的砷碱渣效果不佳。在湿法处理工艺中，通常采用热水浸出砷碱渣，金属锑、锑酸钠等保留在砷锑渣中，碳酸钠、砷酸钠、硫酸钠、硫代硫酸钠等可溶性钠盐进入浸出液，然后蒸发结晶得到砷、碱混合盐，由于该混合盐成分不稳定，应用价值不大。砷碱渣处理的关键是对砷碱渣浸出液中的砷进行处理，使出水达标排放，同时产生的沉砷渣不会对环境造成二次污染。传统的钙渣法通过加入大量石灰使砷酸根转变为砷酸钙，生成的砷酸钙不易进一步处理，且渣品位低/渣量大，砷渣后续处理成本高，没有从根本上解决砷污染的威胁。大量研究表明，铁盐是一种最常见和运用最广泛的除砷药剂，相比于其除砷药剂，铁盐具有除砷效果好、成本低、操作简单等优点，且砷酸铁是一种很稳定的化合物，在水溶液中的溶解度极小，长期堆存不会造成二次污染，但是现有的常规铁盐除砷一般获得絮状沉淀，难以获得过滤性能较好的砷酸铁沉淀，导致分离困难。
技术实现思路
针对现有技术中砷碱渣处理方法存在成本高、效率低、除砷废渣难处理等缺陷，本专利技术的目的是提供一种利用高活性的超细氢氧化铁从碱性砷碱渣浸出液中吸附富集砷酸根并将砷酸根转化成稳定砷酸铁晶体实现砷碱渣浸出液中砷与碱高效分离的方法，该方法成本低、环保、过程简单、操作方便，满足工业化生产。为了实现上述技术目的，本专利技术提供了一种基于超细氢氧化铁胶体分离砷碱渣中砷与碱的方法，其包括以下步骤：1)酸性Fe3+溶液通过两步快速中和方法制备超细氢氧化铁胶体；2)含亚铁盐和亚砷酸盐的溶液通过氧化反应和中和反应制备砷酸铁晶核；3)将砷碱渣通过水浸出，得到含碳酸钠、砷酸钠和亚锑酸钠的浸出液；所述含碳酸钠、砷酸钠和亚锑酸钠的浸出液通过氧化脱锑，得到含碳酸钠和砷酸钠的溶液；4)在含碳酸钠和砷酸钠的溶液中加入砷酸铁晶核和超细氢氧化铁胶体反应得到砷酸铁晶体，固液分离，得到含碳酸钠的溶液和砷酸铁产品；5)在含碳酸钠的溶液中通入二氧化碳反应析出碳酸氢钠晶体，碳酸氢钠晶体经过热分解，得到碳酸钠产品。本专利技术的技术方案关键在于利用高活性的超细氢氧化铁来吸附富集砷碱渣浸出液中的砷酸根离子并实现砷酸根离子转化成稳定、结晶性好、溶解度小的砷酸铁沉淀，从而很容易实现砷和碱的分离。本专利技术的技术方案首先通过两步快速中和方法来制备高反应活性、高比表面的超细氢氧化铁胶体，这种超细氢氧化铁胶体在高浓度碱性溶液中可以通过物理吸附和化学吸附砷酸根离子，并将砷酸根离子转化成稳定的砷酸铁沉淀，同时在砷酸铁晶核的作用下，改善其结晶性能，获得结晶性较好的大颗粒砷酸铁晶体，从而很容易实现砷碱渣浸出液中砷与碱液的分离，大大提高了砷碱分离效率。优选的方案，在温度为5～10℃条件下，向浓度大于20g/L且pH小于1的Fe3+溶液中快速加入碱性中和剂搅拌反应，先调节溶液体系pH至4～6，反应5～15min，再调节pH至8～9，进一步搅拌反应，即得超细氢氧化铁胶体。本专利技术的技术方案关键在于对水解条件进行控制以获得粒度小于50nm的高活性超细氢氧化铁胶体。通常三价铁离子的水解pH始于2.4左右，生成氢氧化铁胶体或结晶沉淀，且其结晶性能还受铁离子浓度和温度影响。本专利技术技术方案控制高铁离子浓度及快速加入碱中和剂调节至较高pH值，同时控制较低温度，使大量铁离子瞬间水解成核，且来不及规则化排列结晶，将会生成无定型胶体，且浓度越高、反应速率越快，无定型程度越高，所得到的胶体的胶粒越小、比表面积越大、活性越高。本专利技术的的快速加入碱性中和剂指的是按所需碱性中和剂用量一次加入碱性中和剂，这是本领域技术人员公知的。优选的方案，通过高酸度和高浓度Fe3+溶液为原料，通过逐步快速中和反应，可以获得超细、高比表面积的氢氧化铁胶体，这种氢氧化铁胶体对砷酸根离子具有较强物理和化学吸附能力，同时具有较高的反应活性，可以将酸根离子转化成稳定的砷酸铁沉淀。较优选的方案，所述碱性中和剂包括碳酸钠和/或氢氧化钠。优选的方案，控制含亚铁盐和亚砷酸盐的溶液的温度为80～90℃，向溶液体系中缓慢加入氧化剂进行氧化反应直至亚铁离子和亚砷酸离子转化成铁离子和砷酸根离子，再向溶液体系中加入碱性中和剂，调节溶液体系pH至5～6，即得砷酸铁晶核。优选的方案可以获得结晶性好的砷酸铁晶核，利用晶体生长促进剂能改善砷酸铁金属盐的结晶性能，获得结晶性较好的大颗粒砷酸铁金属盐晶体，改善固液分离性能，大大提高了砷碱分离效率。较优选的方案，所述氧化剂包括双氧水、氧气、臭氧、次氯酸钠和高氯酸钠中至少一种。优选的氧化剂不会在溶液体系中引入新的杂质。较优选的方案，所述碱性中和剂包括碳酸钠和/或氢氧化钠。优选的方案，所述水浸的条件为：液固比L/S为4～6mL/g，温度为80～85℃，时间为45～60min。通过水浸，使得砷碱渣中可溶性砷和碱及亚锑酸盐等进入溶液，而高价锑酸盐以不溶物形式存在，实现锑的初步分离。优选的方案，所述砷碱渣磨矿至粒度满足-200目颗粒质量百分比含量占80％以上。经过磨矿至适当粒度，有利于提高砷的浸出效率。优选的方案，所述氧化脱锑的过程为：向含碳酸钠、砷酸钠和亚锑酸钠的浸出液中加入磁黄铁矿催化剂及氧化剂进行催化氧化反应，磁选分离回收磁黄铁矿催化剂后，固液分离，固相即为锑酸钠富集渣，液相即为含碳酸钠和砷酸钠的溶液。锑酸钠富集渣直接返回锑冶炼系统。较优选的方案，所述氧化剂包括双氧水、氧气、臭氧、次氯酸钠和高氯酸钠中至少一种。氧化剂的用量为将浸出液中亚砷酸钠和亚锑酸钠氧化成砷酸钠和锑酸钠所需氧化剂理论摩尔量的1～1.2倍，以保证锑的高效脱除。较优选的方案，催化氧化反应时间为20～30min。较优选的方案，所述磁选分离采用的磁场强度为800～1000GS。较优选的方案，所述磁黄铁矿催化剂的细度为<10μm，磁黄铁矿催化剂的含碳酸钠、砷酸钠和亚锑酸钠的浸出液中的添加量为0.1～0.3g/L。采用超细磁黄铁矿催化剂作为催化剂具有催化活性高，易于磁选回收等优点。较优选的方案，超细氢氧化铁胶体在含碳酸钠和砷酸钠的溶液中的加入量为砷酸根离子与Fe3+反应转化成砷酸铁理论摩尔量的2.5～5倍。较优选的方案，砷酸铁晶核在含碳酸钠和砷酸钠的溶液中的加入量为0.2～0.5g/L。较优选的方案，4)中的反应温度为室温，反应时间为2～4h。本专利技术提供的基于超细氢氧化铁胶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于超细氢氧化铁胶体分离砷碱渣中砷与碱的方法，其特征在于：包括以下步骤：1)酸性Fe3+溶液通过两步快速中和方法制备超细氢氧化铁胶体；2)含亚铁盐和亚砷酸盐的溶液通过氧化反应和中和反应制备砷酸铁晶核；3)将砷碱渣通过水浸出，得到含碳酸钠、砷酸钠和亚锑酸钠的浸出液；所述含碳酸钠、砷酸钠和亚锑酸钠的浸出液通过氧化脱锑，得到含碳酸钠和砷酸钠的溶液；4)在含碳酸钠和砷酸钠的溶液中加入砷酸铁晶核和超细氢氧化铁胶体反应得到砷酸铁晶体，固液分离，得到含碳酸钠的溶液和砷酸铁产品；5)在含碳酸钠的溶液中通入二氧化碳反应析出碳酸氢钠晶体，碳酸氢钠晶体经过热分解，得到碳酸钠产品。

【技术特征摘要】
1.一种基于超细氢氧化铁胶体分离砷碱渣中砷与碱的方法，其特征在于：包括以下步骤：1)酸性Fe3+溶液通过两步快速中和方法制备超细氢氧化铁胶体；2)含亚铁盐和亚砷酸盐的溶液通过氧化反应和中和反应制备砷酸铁晶核；3)将砷碱渣通过水浸出，得到含碳酸钠、砷酸钠和亚锑酸钠的浸出液；所述含碳酸钠、砷酸钠和亚锑酸钠的浸出液通过氧化脱锑，得到含碳酸钠和砷酸钠的溶液；4)在含碳酸钠和砷酸钠的溶液中加入砷酸铁晶核和超细氢氧化铁胶体反应得到砷酸铁晶体，固液分离，得到含碳酸钠的溶液和砷酸铁产品；5)在含碳酸钠的溶液中通入二氧化碳反应析出碳酸氢钠晶体，碳酸氢钠晶体经过热分解，得到碳酸钠产品。2.根据权利要求1所述的一种基于超细氢氧化铁胶体分离砷碱渣中砷与碱的方法，其特征在于：在温度为5～10℃条件下，向浓度大于20g/L且pH小于1的Fe3+溶液中快速加入碱性中和剂搅拌反应，先调节溶液体系pH至4～6，反应5～15min，再调节pH至8～9，进一步搅拌反应，即得超细氢氧化铁胶体。3.根据权利要求2所述的一种基于超细氢氧化铁胶体分离砷碱渣中砷与碱的方法，其特征在于：所述碱性中和剂包括碳酸钠和/或氢氧化钠。4.根据权利要求1所述的一种基于超细氢氧化铁胶体分离砷碱渣中砷与碱的方法，其特征在于：控制含亚铁盐和亚砷酸盐的溶液的温度为80～90℃，向溶液体系中缓慢加入氧化剂进行氧化反应直至亚铁离子和亚砷酸离子转化成铁离子和砷酸根离子，再向溶液体系中加入碱性中和剂，调节溶液体系pH至5～6，即得砷酸铁晶核。5.根据权利要求4所述的一种基于超细氢氧化铁...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡岳华，孙伟，韩海生，许志杰，刘屾淼，张荥斐，王丽，杨越，张晨阳，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43