Способ вывода мышьяка из технологического процесса Советский патент 1989 года по МПК C22B30/04 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам вывода мьшьяка из технологических процессов и его обезвреживания при переработке мьшьяксодержащих материалов .

Цель изобретения - снижение загрязнения окружающей среды.

.Способ осуществляется следующим образом.

Опыты по отработке данного способа проводили в лабораторных условиях. В качестве исходного материала использовали:

-сульфидный мьппьяксодержащий концентрат состава, мас.%: Fe 28,6; Си 4,96; S 33,4; As 16,5; Sn 1,06;

-пиритный концентрат, состава, мас.%: Fe 38,0; Си 5,0; S 45,0;

As 0,8;

-шлак медного произв одства состава, мас.%: FeO 35,0; 5,0;

SiOj 40,0; СаО 8,0; AljOj 5,0; ZnO 3,0.

Опыты проводили на лабораторной установке, имитирующей условия отгонки мьшьяка из плавильного агрегата в условиях обжига-плавки и кон,

со to

ел

3149

такта возгонов с сорбентом в условиях обжига пириткого концентрата. Установка состояла из кварцевой ампулы с нижним патрубком в донной части которой устанавливается тигль с мышьяксодержащим сульфидным концентратом, а на высоте -10-15 см - конусный тигель с решетчатым дном с помещенным в него пиритным кон- центратом. Посадку тигля проводили на асбестовое уплотнение с тем расчетом, чтобы все газы от обжига пробы мьппьякового материала и принудительного дутья через патрубок ам- пулы проходили только через пробу, пиритного концентрата в решетчатом тигле, создавая при регулировании дутья условия оптимального окислительного обжига без вьщува материа- па. Подачу дутья, обогаш,енного кислородом, осуществляли исключительно газовое пространство над тиглем с мышьяксодержащей пробой. Этим достигали практически полную отгонку мышьяка из пробы в возгоны в форме сульфидов или элементного (частичного и Л1,,), которые в газовом прстранстве окислялись до высших окислов и с направленным потоком посту-- пали в тигль с сорбентом. Избыток. кислорода в дутье позволял проводить окисление пиритного концентрата до огарка, на котором осуществлялась сорбция оксида мьшьяка. От- ходящие газы после тигля с сорбентом отсасывали через систему поглотительных сосудов с щелочным раствором и индикатором на мьш1ьяк н выходе.

Реакционную ампулу вставляли в вертикальную трубчатую печь. Нагрев по высоте ампулы контролировали и регулировали, термопарами в зоне тигля с образцом и в зоне тигля с сорбентом. Температура нагрева сорбента всегда опережала и достигала необходимые значения, после чег нагревали зону тигля с исходной пробой концентрата.

Введение полученных мьщ1ьяксо- держащих сорбат ов в шлаковые расплавы проводили в тигельной печи, загрузкой их в требуемом соотно- шении к шлаку в подготовленную ших- ту и плавкой полученной смеси в тиглях при 1250-1300°С и вьщержкой 1,0- 1,5ч при данной температуре.

10 15 35

25

40

45 §0

55

Контроль миграции мьш1ьяка и его распределение между продуктами плавки и отходящими газами проводили химическим анализом проб получаемых продуктов и растворов .поглотительных сосудов. Анализ на содержание мышьяка проводили по стандартньм методикам.

Результаты опытов сведены в таблицу .

Пример 1. Опыт проводили при весовом соотношении мышьяка к пи- ритному огарку, равному 1:6,2, температуре сорбента (пиритного огарка) 800 С, при весовом соотношении суммы серы и мышьяка к кислороду в дуть.е, равном 0,8. При этом в огарке исходной пробы осталось 1,2% мьш1ьяка, в сорбат перешло 93,8% (при содержании в нем 13,3% мьш1ьяка), а с газами ушло 5,0% от исходного. Далее, при плавке со шлаком при добавлении 10% СаО и 30% SiO (к весу сорбата) при соотношении полученной смеси к шлаку, равном 1:10, выход в шлак составил 9.4,0%, а в газы 4,1% мышьяка от задаваемого на плавку. Содержание мышьяка в шлаке равно 0,95%. Структура шлака гомогенна, вымывание из него при вьщержке (3 мес.) пробы в воде при рН 7,51-7,84 бьшо 0,05 мг/л.

Пример 2. Опыт проводили при весовом соотношении мышьяка к пиритному огарку (сорбенту), равном 1:6,6, температуре 900°С, при весовом соотношении суммы мьштьяка и серы к кислороду в дутье, равном 0,7. При этом в огарке исходной пробы осталось 1,3%,.в сорбент перешло 94,5%, а в -газы после -сорбции - 4,2% мышьяка. Полученный сорбат содержал 13,0% мышьяка.

Далее при плавке со шлаком (температура 1250-1350°С) с добавкой 8% СаО и 20% SiO (от веса сорбата) и при соотношении смеси к шлаку, равном 1:12, выход в пшак мышьяка составил 93,3%, а в:газы - 6,4% (при невязке 0,3%) от задаваемого на плавку. Содержание мышьяка в шпаке равно 0,90%. Структура шлака гомогенна, вымывание мьш1ьяка из него при выдержке в воде (3 месяца) при рН 7,23-7,73 было 0,05 мг/л.

Пример 3. Опыт проводили при весовом соотношении мьш1ьяка к пиритному огарку (сорбенту), равном 1:6,6, температуре 900 С, при весоBOM соотношении суммы мышьяка и серы к кислороду в дутье, равном 0,8. При этом в огарке исходной пробы осталось 1,5%, в сорбент перешло 94,0%, а в газы после сорбции - 4,5% мышьяка. Получаемый сорбат со- Держал 12,8% мьшьяка. Далее при плавке сорбата со шлаком (при 1250- 1350°С) с добавкой 10% СаО и 25% SiOj. (к весу сорбата) и при соотношении смеси к пшаку, равном 1:15, выход в шлак мышьяка составил 95,6% а в газы - 3,7% (при невязке 0,7%) от задаваемого на плавку при содержании его в шлаке 0,81%. Структура шлака гомогенна, вымывание мышьяка из него при вьщержке 2,5 мае, воде с рН 7,53-7,81 было 0,05 мг/л

„,, „ .. ., .,„, „„.. „,„ ...,„.

(при Т:Ж 1:10 и свободном доступе

воздуха).

Пример 4. Опыт проводили при следующих параметрах: соотношение мьш1ьяка к пиритному огарку (сорбенту) 1:6,6, температура 900 С, весовое соотношение мьш1ьяка и серы к кислороду в дутье 0,8. При этом в огарке исходной пробы осталос 1,8%, в сорбент перешло 94,7%, а .в газы после сорбции - 3,5% мьшьяка. Полученный сорбатсодержал 13,3% .

При плавке сорбата со шлаком при параметрах: температура 1250-1350 С, добавки 10% СаО и 25% SiO (к весу сорбата), соотношение смеси к шлаку 1:16, выход в шлак мышьяка составил 96,0%, а в газы - 3,5% (при невязке- 0,5%). Содержание мышьяка в шлаке в данном опыте снизилось до 0,68%. Структура и результаты вымывания аналогичны примерам 1-3.

Пример 5. Условия опыта:

40 увеличению в газы после сорбции (9,5%), а также снижению перехода мьш1ьяка в шлак (89,5%) и повышению потери его с газами (10,3%). Первое объясняется началом частичного спе-

соотношение мьппьйка к пиритному

огарку (сорбенту) 1:5,9, температура 45 «ания материала сорбата, а второе загустеванием шлака при температуре 1250-1350 С, что приводит к неоднородной вязкой структуре шлака и

( ухудшению растворения в нем мышья92,2%, а в газы после сорбции - 6,6% 50 ковой фазы.

мьшьяка от исходного содержания.Пример 9. Условия опыта отличаются снижением подачи кислорода в дутье (соотношение суммы серы и мышьяка к кислороду 0,9). Это приво- 55 дит к снижению улавливания мьшьяка на сорбенте (80,5%) вследствие неполного окисления компонентов, участвующих в реакции взаимодействия (оксид мышьяка + оксиды железа).

900 С, весовое соотношение суммы серы и мьш1ьяка к кислороду в дутьё 0,8. При этом в огарке исходной пробы осталось 1,2%, в сорба г перешло

Содержание мышьяка в сорбате составило 13,5%.

При плавке сорбата со шлаком при параметрах: температура 1 250-1 З50 с, добавки 10% СаО и 30% 510 (к весу сорбата), соотношение смеси к шлаку 1:12, выход в шлак мышьяка составил

93,6%5 а в газы 6,1% (при невязке 0,3%). Содержание мышьяка в шлаке равно 0,86%, Структура шлака и результаты вымывания аналогичны опытам 1-4.

В опыте при снижении количества пиритного огарка (соотношение 1:5,9) налицо снижение улавливания

мышьяка в сорбат (92,2%) и повы- шение его потери в газы (6,6%).

Пример 6. Условия опыта: соотношение мышьяка к пиритному огарку 1:5,5 и шихты сорбата к шлаку 1:Р.

В результате отмечается снижение распределения мьш1ьяка в сорбат (90,6%), увеличение в газы после сорбции (7,9%), а также снижение перехода мьш1ьяка в шлак (88,8%) и увеличение

. азах ui,-/oJ.

Пример 7. Условия опыта отличаются от условий примеров 1-3 снижением температуры сорбции (750 С), что приводит к снижению перехода

25 мьш1ьяка в сорбат (90,2%) и увеличенному переходу в газы (6,2%), а также повьш1енному остатку в огарке исходно пробы (3,6%). Это обусловлено бни- жением взаимодействия оксидов же30 леза и мышьяка с образованием устойчивых фаз, а также некоторым снижением отгонки мьшьяка,из материала пробы.

Пример 8. Условия опыта

,г отличаются повышенной температурой сорбции (950°С) и повьш1енной под- шихтовкой СаО и SiO (15 и 35% соответственно) , что привело к снижению извлечения мышьяка в сорбент (89,7%)

40 увеличению в газы после сорбции (9,5%), а также снижению перехода мьш1ьяка в шлак (89,5%) и повышению потери его с газами (10,3%). Первое объясняется началом частичного спе-

Пример 10. Условия опыта отличаются снижением подшихтовки СаО и SiO до нижнего предела (5 и 15% соответственно). Результаты показывают, что это изменение не ухудшает данные по извлечению мышьяка в сорбент (95,1%) и переводу его в шлак (95,5%).

Пример 11. Условия опыта отличаются снижением подшихтовки шлакообразующих СаО и SiO ниже нижнего предела (3 и 10% соответственно). Результаты показьгоают, что в этом случае, хотя распределение в ишак мышьяка относительно высокое (94,8%),. а в газы плавки незпачи- тельно (5,2%), структура шлака н,е является гомогенной, в вшаке заметны неоднородные вкрапления, которые образуются за счет ышJ якoвoй фазы. При этом отмечается повышение вьиы- вания мышьяка из пшака при выдерзкке (2,5 мсс. в воде с рП 7,,69), которое достигало 0|063 мг/л.

Результаты опытов, приведены в таблице.

Для оценки оптимальных условий рассчитано общее извлечение мышьяка, которое зависит от стадий сорбции ег.о из газовой фазы и плавки - введения сорбата в расплавленный шлак. Сорб- ционное извлечение мьшьяка зависит от температуры, расхода окислителя и количества сорбента. При температуре i 800° С (пример 7) и .900 с (пример 8) извлечение мьпаьяка составляет , а при оптимальной температуре сорбции 800-900 С оно равно 94-95%.

Сорбция зависит от расхода окислителя на образование пятиокиси мьш1ьяка. При отношении суммы As, S к кислороду, равном 0,6 (пример 10) извлечение As составляет 95%, а при 0,9 (пример 9) извлечение падает до 80,5%. Оптимальное отношение glAs, S к кислороду ё:0,8. Избыточньй расход кислорода может лимитироваться только по экономическим соображениям.

Количество пиритного огарка определяет емкостной фактор сорбента. При отношении мышьяка к пиритному

10

15

20

25

14972508

значение отношения мътъяка к сорбенту составляет 61:6,2. При плавке количество шлакообразуюпщх агентов СаО «i 5% и SiO приводит к недостаточному связыванию мътъяка и образованию неоднородного шлака (пример 11) и, наоборот, при большом избытке, когда СаО 15% и SiO, 35% (пример 8), извлечение As падает. Оптимальные количества шлакообразую- ащх добавок составляют СаО 10% и SiO 15-30% от веса сорбата.

Оптргмальное соотношение шихта - шлак должно быть равным 1;(10-15). При уменьшении количества шлака (соотношение 1:9) извлечение As составляет 88,8% (пример 6). При соотношении 1:() оно увеличивается до 96%, Верхний предел расхода шлака можно не ограничивать, так как с его увеличением разбавление мышьяка усиливается, но при этом происходит дополнительное разубо- живание по As продукта.

В проведенных опытах наихудшие результаты получены в примерах 11 и .7 - образование неоднородного шлака, 9 и 6 - низкие извлечения As на стадиях сорбции и плавки, 8 и 5 - недостаточное суммарное извлеча- ние As.

Наилучшие результаты достигнуты в примерах 4 и 10, где общее извлечение мышьяка составляет- 91%.

Эти данные подтверждают правильность выбора оптимальных условий осуществления вывода мьшгьяка нологического процесса с одновре- менным его обёзвреясиванием.

Техническими преимуществами предполагаемого изобретения по сравнению с известным являются полнота сорбцтионного улавливания всех летучих соединений мышьяка независимо от его валентности, перевод мьш1ьяка в нетоксичную форму, удобную для складирования.

Формула изобретения

1, Способ вывода мышьяка из технологического процесса в нетоксичную форму, включающий обжиг исходных ма30

35

40

45

50

огарку менее 6,2 (примеры 5-6) извле- териалов, сорбцию соединений мышьяка

чение As не превьпиает 90,6-92,2%, а при увеличении количества сорбента до 6,2-6,6 извлечение достигает 94,0- : 94,7% (примеры 3-4). Оптимальное

из газовой фазы на окислах металлов, например железа, с последующей санитарной обработкой газа, отличающийся тем, что, с целью

из газовой фазы на окислах металлов, например железа, с последующей санитарной обработкой газа, отличающийся тем, что, с целью

снижения загрязнения окружающей среды, мышьяк содержащие газы обжига обогащают кислородом до массового отношения суммы серы и мыщьяка к кислороду ,8, контактируют получ-енную газовую смесь с железным огарком и полученный продукт вводят в шлаковьш расплав,

2.Способ по п.1, о т л и ч а ю- щ и ПС я тем, что обогащение кис- . лородом ведут при 800-900 0,

3.Способ по П.1, отличаю- щ и и с я тем, что массовое соотно

шение мышьяка, поступающего с газово смесью к огарку, поддерживают - 1:6,2.

4.Способ ПОП.1, отличающийся тем, что полученный продукт перед введением в шлаковый расплав шихтуют с флюсами - окислами кальция и кремния при соотношении 5-10% СаО и 15-30% SiO,.

5,Способ по пп.1-4 отличающийся тем, что полученную шихту вводят в шлаковьш расплав при соотношении шихта - шлак 1:(10-15).

Изобретение относится к цветной металлургии ,в частности, к способам вывода мышьяка из технологических процессов и его обезвреживания при переработке мышьяксодержащих материалов. Целью изобретения является снижение загрязнения оккружающей среды. Способ включает обжиг исходных материалов, обогащение мышьяксодержащих газов обжига кислородом до весового соотношения суммы серы и мышьяка к кислороду ≤0,8 при 800-900°С, контактирование полученной газовой смеси с железным огарком в агрегате окислительного обжига железосульфидного материала при весовом соотношении мышьяка к огарку ≤1:6,2, шихтовку полученного продукта с флюсами - окислами кальция и кремния (5-10% CAO и 15-30% SIO₂), введение шихты в шлаковый расплав плавильной печи при соотношении шихта:шлак=1:10-15 с последующей санитарной обработкой отходящих газов. 4 з.п.ф-лы, 1 табл.