硫化矿冶炼烟气分级除尘制备高纯砷并联产硫酸的方法技术

本发明专利技术公开了一种硫化矿冶炼烟气分级除尘制备高纯砷并联产硫酸的方法，其是将还原剂与抑制剂粉料经气泵与硫化矿冶炼烟气混合后一起通入高温干式电滤除尘装置中，在惰性气氛下经过高温干式电滤除尘，同时烟气中的砷组分还原为As2O3并升华为气态，其他有价金属和杂质被截留到高温干式电滤除尘装置中；气态As2O3经冷却转化为固体颗粒进入布袋除尘器获得白砷；进一步采用液相

【技术实现步骤摘要】
硫化矿冶炼烟气分级除尘制备高纯砷并联产硫酸的方法


[0001]本专利技术涉及硫化矿火法冶金过程产生的含砷烟尘的处理方法，具体涉及一种干式电滤耦合装置高效分离砷的连续化工艺。

技术介绍

[0002]硫化矿作为重要的有色金属矿产资源，在有色金属冶炼行业和国民经济中占有重要地位，广泛应用于冶金工业、机械工业、电气工业、军事工业、化学工业、轻工业和医药业等领域。硫化矿主要包括磁黄铁矿、黄铁矿、硫化铜矿、硫化铅锌矿等，值得注意的是，硫化矿物冶炼产生的副产品是砷的主要来源。砷大多数以硫化物的形式夹杂在铜、铅、锡、镍、钴、锌、金等矿中。常见的含砷硫化矿物有斜方砷铁矿（FeAs2）、雌黄（As2S3）、辉钴矿（CoAsS）、雄黄（AsS）、砷黄铁矿（又名毒砂FeAsS）、辉砷镍矿（NiAsS）、硫砷铜矿（Cu3AsS4）等。
[0003]元素砷基本无毒，但其氧化物以及砷酸盐毒性较强。砷与硫属同族元素，易与细胞中含巯基的酶结合，抑制细胞氧化，麻痹血管运动中枢，人若长期处于含砷量过高的环境中，会引发慢性砷中毒，严重者可致癌。在含砷矿物冶炼过程中，砷以精矿的形式进入冶炼厂，并以气体、液体和固体形式排放到环境中。由于砷的沸点低，大部分砷在冶炼过程中转移到气相，形成高砷烟道粉尘，且经冶炼过程的砷几乎均以化合物的形式存在。化合物形式的砷是重要的有害污染物，对生态系统、人类健康和社会可持续性构成严重威胁，因此，硫化矿冶炼过程中含砷废物的安全收集和资源化回收十分迫切。
[0004]目前为止，已经进行了大量的研究来分离和处理冶炼烟尘中的含砷物相与其他金属、杂质。大多数研究都集中在混合冶炼粉尘中用于处理砷的技术上，如基于溶液中砷氧化物溶解度的湿法冶金、基于砷氧化物在高温下的挥发性的火法冶金、固化/稳定化和玻璃化等。湿法冶金试剂消耗量高，处理步骤复杂，并且会进一步处理有毒的含砷溶液。由于砷的组成和相的复杂性，使用火法除砷也有很大局限性。如果把烟尘直接返回火法冶炼过程中，大部分杂质元素将会在冶炼系统中闭路循环，导致炉子负担增加、降低冶炼效率、损坏耐火衬里；同时，无论是在还原还是氧化气氛下，砷酸盐和硫化砷都难以同时转化为挥发性As2O3，后续分离的难度大大增加。所以，亟待找到一种方式对硫化矿冶炼烟气进行单独处理，分离砷和回收其中的有价金属，避免砷等有害杂质在系统中闭路循环和产生含砷废水，减少二次污染。进一步，若将分离的砷经过处理制得高纯砷，处理后烟气直接进入制酸工艺，可大大简化处理流程和提高烟气处理效率。
[0005]目前，国内外已经有数十家公司可以生产高纯砷，产量在50~70 t/年左右。制备高纯砷的主要方法有氯化还原法、铅合金升华法、热分解法、硫化还原法、蒸汽区域精制和单结晶法等。其中氯化还原法和铅合金升华法是最常用的两种方法，后者产品中Pb、Sb的杂质含量较高，只能做到99.9999 %(6N)，前者可用于制备更高纯度(7N)砷产品。若As2O3纯度达到3N，则制出的砷纯度可达7N。国内高纯砷的次品率高，产品稳定性差，主要依赖进口。2016年中国高纯砷销量38.5吨，2017年中国高纯砷销量38.9吨，2018年中国高纯砷销量39.7吨，2019年中国高纯砷销量41.0吨，2020年中国高纯砷销量42.6吨。
[0006]高纯砷作为生产化合物半导体和制造集成电路、砷化镓的基础原料，其用途越来越广，需求量也越来越高。当今容量最大、体积最小、传输速度最快、耗电最小、抗震动、抗辐射、抗衰老最强的芯片就由砷化镓制成。在超高速大规模集成电路、计算机、雷达、探测、通讯、自动控制、信息显示、航空航天、卫星、太阳能电池、激光与红外等军事、高科技领域中，高纯砷也获得了广泛应用。在未来的5
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10年，我国高纯砷行业将会持续保持快速增长的趋势持续发展，市场前景广阔。
[0007]专利CN213060988U公开了一种通过还原白砷来生产单质砷的设备，本技术可以提高白砷升华为白砷蒸汽的效率，提高生产单质砷的效率。但该方式的设备和仪器组成复杂，由于As和As2O3都易升华，单质砷纯度不高且对温度条件要求苛刻。专利CN109881015A公开了一种硫化砷渣处理并联产单质砷的方法，该方法所制得的单质砷纯度可达到99%，但远远无法达到高纯砷的6N标准。专利CN114107698A公开了一种高稳定性高纯砷的生产方法。但此法以硫化砷为原料，硫化砷本身就难以分离，且难以产业化实施。

技术实现思路

[0008]本专利技术提供了一种硫化矿冶炼烟气分级除尘制备高纯砷并联产硫酸的方法，本方法是利用As2O3随温度发生相变的特性，将还原剂与抑制剂粉料经气泵与硫化矿冶炼烟气混合后一起通入高温干式电滤除尘装置中，在惰性气氛下，硫化矿冶炼烟气在高温干式电滤除尘装置中经过高温干式电滤除尘，同时烟气中的砷组分还原为As2O3并升华为气态，其他有价金属和杂质截留到高温干式电滤除尘装置的电滤袋中与砷组分分离；气态As2O3经冷却至150℃~280℃转化为固体颗粒进入布袋除尘器，经收尘得到纯度高于99%白砷As2O3；以白砷为原料，采用液相
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氯化还原法制备出6N的高纯砷；布袋除尘器过滤得到烟气中SO2含量达95%，用于制备硫酸。
[0009]所述硫化矿冶炼烟气是硫化矿选矿后产物火法冶金过程中产生的含砷烟气，其主要成分的质量百分比范围为：As 5.0 ~40.0%，Pb 0.50 ~ 30.0%，Cu 0.50 ~ 30.0%，Zn 0.50 ~ 20.0%，Fe 0.50 ~ 20.0%，Sb 0.50 ~20.0%，S 0.50 ~ 20.0%，Bi 0.50 ~ 15.0%，。
[0010]所述高温干式电滤除尘装置结构同申请号201911124719.5的针对碳热还原炉烟气干式中高温分级电滤除尘的方法与装置中的装置，高温干式电滤除尘装置中高温电加热电滤耦合组件是由纵筋和支撑环纵横叠交焊接而成的中空圆柱形笼体，中空圆柱形笼体外套装有滤网，滤网的制备材料为钢铁、铝合金、铁铬铝合金、镍铬合金、不锈钢、金属纤维针刺毡、高硅氧、陶瓷纤维中的一种；滤布层或金属网上孔径为1~300μm；高温干式电滤除尘装置的工作电压选自10kV~100kV的直流高压电、10kV~ 300kV的交流高压电、10kV ~ 200kV的脉冲高压电；放电极为星形线电极、角钢芒刺线电极、管状芒刺线电极、鱼骨针刺线状电极中的一种，电极材料为石墨、钨铜、不锈钢、纯钼、氧化钼中的一种；高温干式电滤除尘装置中温度为500~700℃。
[0011]所述还原剂选自黄铁矿、碳粉，还原剂在硫化矿冶炼烟气中的质量体积浓度为10~30%。
[0012]所述抑制剂选用（NH4）2SO4，抑制剂在硫化矿冶炼烟气中的质量体积浓度为10~20%。
[0013]所述冷却烟气板式换热器、回转式GGH冷却器、翅片管冷却器、密排管式冷却器中
的一种，冷却介质可采用水或空气，经此冷却工艺降温后使进入布袋除尘器的烟气温度在150 ~280℃之间。
[0014]所述布袋除尘器中滤袋本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硫化矿冶炼烟气分级除尘制备高纯砷并联产硫酸的方法，其特征在于：将还原剂与抑制剂粉料经气泵与硫化矿冶炼烟气混合后一起通入高温干式电滤除尘装置中，在惰性气氛下，硫化矿冶炼烟气在高温干式电滤除尘装置中经过高温干式电滤除尘，同时烟气中的砷组分还原为As2O3并升华为气态，其他有价金属和杂质截留到高温干式电滤除尘装置的高温电加热电滤耦合组件中与砷组分分离；气态As2O3经冷却转化为固体颗粒进入布袋除尘器，经收尘得到白砷；以白砷为原料，采用液相
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氯化还原法制备出6N的高纯砷；布袋除尘器过滤得到烟气以SO2为主用于制备硫酸。2.根据权利要求1所述的硫化矿冶炼烟气分级除尘制备高纯砷并联产硫酸的方法，其特征在于：还原剂选自黄铁矿、碳粉，还原剂在硫化矿冶炼烟气中的质量体积浓度为10~30%。3.根据权利要求1所述的硫化矿冶炼烟气分级除尘制备高纯砷并联产硫酸的方法，其特征在于：抑制剂为（NH4）2SO4，抑制剂在硫化矿冶炼烟气中的质量体积浓度为10~20%。4.根据权利要求1所述的硫化矿冶炼烟气分级除尘制备高纯砷并联产硫酸的方法，其特征在于：高温干式电滤除尘装置中温度为500~700℃，布袋除尘器中温度为150~280℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：瞿广飞，陈伊婷，汤慧敏，李军燕，李志顺成，吴缓缓，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：