СПОСОБ ВЫВОДА МЫШЬЯКА ИЗ МЫШЬЯКСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2004 года по МПК C22B30/04 C22B3/20 C02F1/62 

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано для других отраслей промышленности, имеющих токсичные мышьяксодержащие материалы.

Известен способ вывода мышьяка путем образования щелочных сурьмянисто-мышьяковых концентратов с содержанием мышьяка до 2% с дальнейшей переплавкой на содовый шлак (Мельников С.М., Розловский А.А. Сурьма // Продукты восстановительной плавки и их переработка. - М.: Металлургия, 1977, гл. 5, с.237).

Недостатком способа является образование содового шлака с содержанием токсичного водорастворимого арсената и арсенита натрия, вредного для здоровья человека и окружающей среды.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ вывода мышьяка из производства в виде арсената кальция, включающий осаждение растворенного мышьяка известковым молоком (Са(ОН)₂) (Чижиков Д.М. Металлургия тяжелых цветных металлов // Удаление олова, мышьяка и сурьмы щелочным рафинированием. - М. - Л.: Изд. Академии наук СССР, 1948, гл. XVIII, с.265 и 266).

Основным недостатком данного способа является то, что после осаждения мышьяка в маточном растворе его остается еще достаточное количество, мышьяк в растворенном виде поступает в подземные грунтовые воды и неблагоприятно воздействует на окружающую среду.

Задачей предлагаемого способа является повышение вывода мышьяка из производства, минимальное воздействие на окружающую среду из-за снижения ПДК токсичных растворимых форм.

Поставленная задача решается тем, что в способе вывода мышьяка из мышьяксодержащих материалов, включающем осаждение растворенного мышьяка осадителем, согласно изобретения осаждение проводят в нейтральной среде, а в качестве осадителя мышьяка используют сульфат железа III в весовом соотношении 3,5-5,5:1 к растворенному мышьяку в присутствии окислителя.

Исходным реагентом, для получения сульфата железа III может являться железный купорос (FeSO₄·7H₂O). Осаждение проводят в нейтральной среде. Для перевода ионов Fe²⁺ → Fe³⁺ и As³⁺ → As⁵⁺ необходимо использовать какой-либо окислитель, например пиролюзит (MnO₂), т.к. известно, что соли мышьяковой кислоты значительно сильнее мышьяковистой и, следовательно, арсенаты значительно устойчивее солей мышьяковистой кислоты арсенитов.

При этом происходят следующие химические процессы:

При взаимодействии сульфата железа (II) с двуокисью марганца происходит окисление ионов железа Fe²⁺ → Fe³⁺ (1) с одновременным окислением ионов мышьяка As³⁺ → As⁵⁺ и получением из мышьяковистой кислоты мышьяковой (2). Затем мышьяковая кислота реагирует с растворенным сульфатом железа III с образованием осадка желтого цвета арсената железа III (скородита) и серной кислоты (3), которую можно направлять в оборот на подкисление реакционной среды. Арсенат железа III (скородит) нерастворим в воде и может храниться, не загрязняя окружающей среды.

Одновременно происходит удешевление процесса за счет использования оборотных реагентов.

Способ осуществляется следующим образом: исходный мышьяксодержащий раствор нейтрализуют в случае более кислой среды каустической или кальцинированной содой (NaOH, Na₂CO₃), а в случае щелочной среды серной кислотой (H₂SO₄). Затем проводят осаждение мышьяка, добавляя одновременно железный купорос (FeSO₄7Н₂O) при соотношении 3,5-5,5:1 к растворенному мышьяку и в качестве окислителя пиролюзит (МnO₂) из расчета окисления Fe²⁺ → Fe³⁺ и As³⁺ → As⁵⁺ к исходному количеству железа и мышьяка, избыток растворенного сульфата железа III направляется в оборот на осаждение мышьяка

Пример 1. Проводили осаждение растворенного мышьяка по прототипу. Навеску массой 4,7 г оксида мышьяка V (Аs₂O₃), содержание мышьяка 65,2%, растворяли в 300 мл дистиллированной воды в химическом стакане емкостью 1 л, содержание мышьяка в растворе 10,02 г/л. Осаждение мышьяка проводили добавлением известкового молока в соотношении 2:1 к растворенному мышьяку в течение 3 ч с непрерывным перемешиванием пульпы. Известь, использованная для осаждения мышьяка из водного раствора, содержала 96,4% окиси кальция. Образовавшийся осадок фильтровали, сушили до постоянного веса, взвешивали и определяли фильтрат и осадок на содержание мышьяка.

В результате получили 9,25 г арсената кальция с содержанием мышьяка 30,09%, в растворе после осаждения оставалось 0,93 г/л мышьяка. Извлечение мышьяка в арсенат кальция составило 92,4%.

Пример 2. Проводили осаждение мышьяка по предлагаемому способу. Навеску массой 4,7 г оксида мышьяка III (Аs₂O₃), содержание мышьяка 75,7%, растворяли в 300 мл разбавленной серной кислоты при значении pН 5 в химическом стакане емкостью 1 л, содержание мышьяка в растворе 11,83 г/л. Затем добавляли 2 г двуокиси марганца (MnO₂) по стехиометрии для окисления As³⁺→As⁵⁺. Осаждение мышьяка проводили добавлением раствора сульфата железа III из расчета 3,5:1 к растворенному мышьяку в течение 3 ч с непрерывным перемешиванием пульпы. Наблюдалось образование крупнозернистого осадка желтого цвета. Пульпа отстаивалась быстро. Образовавшийся осадок фильтровали, сушили до постоянного веса, взвешивали и определяли фильтрат и осадок на содержание мышьяка.

В результате получили 9,26 г арсената железа III с содержанием мышьяка 38,37%, в растворе после осаждения мышьяка обнаружено не было, извлечение мышьяка в арсенат железа III составило 99,9%.

Пример 3. Проводили осаждение мышьяка, как указано в примере 2, но добавка сульфата железа III к растворенному мышьяку составила 5,5:1, значение pН раствора довели до 8 прибавлением гидроксида натрия (NaOH).

В результате получили 8,98 г арсената железа III с содержанием мышьяка 38,4%, в растворе после осаждения оставалось 0,33 г/л мышьяка. Извлечение мышьяка в арсенат железа III составило 97,18%.

Из примеров видно, что мышьяк в окисленной форме осаждается достаточно полно, количество железа (III) к растворенному мышьяку рекомендуется поддерживать в соотношении 3,5-5,5:1 при нейтральной среде.

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано для других отраслей промышленности, имеющих токсичные мышьяксодержащие материалы. Техническим результатом является повышение вывода мышьяка из производства, минимальное воздействие на окружающую среду из-за снижения ПДК токсичных растворимых форм, удешевление процесса за счет использования оборотных реагентов. Для достижения технического результата проводят осаждение мышьяка в нейтральной среде сульфатом железа III, исходным реагентом для которого является железный купорос, в весовом соотношении 3,5-5,5:1 к растворенному мышьяку. Для перевода ионов Fe²⁺ → Fe³⁺ и As³⁺ → As⁵⁺ необходимо использовать какой-либо окислитель, например пиролюзит.

Способ вывода мышьяка из мышьяксодержащих материалов, включающий осаждение растворенного мышьяка осадителем, отличающийся тем, что осаждение проводят в нейтральной среде, а в качестве осадителя мышьяка используют сульфат железа III в весовом соотношении 3,5-5,5:1 к растворенному мышьяку в присутствии окислителя.