次氯酸钠一步法从磷酸富砷渣中浸砷和还原冷冻结晶的工艺研究

摘要

综合传统硫化砷渣处理方法的优势和劣势，本文以次氯酸钠溶液作浸出剂，从磷酸富砷渣中浸出砷。浸出渣除去硫和磷后，进行填埋处理。将浸出液二次氧化，使其中的三价砷尽可能全部氧化为五价砷。二次氧化后的溶液经酸解、蒸发浓缩，然后通入二氧化硫气体进行还原，使溶液中的H3AsO4尽可能全部还原为HAsO2。最后，将还原后的溶液进行冷冻结晶，过滤得HAsO2和结晶母液。HAsO2烘干得As2O3，结晶母液除砷后，经蒸发、冷却结晶得硫酸钠晶体，剩余残液循环于蒸发浓缩工艺。经试验，可得如下不同操作的最佳工艺条件。
　　 (1)碱浸-氧化脱硫操作:逆流浸出;次氯酸钠溶液用量为理论用量的4倍;浸出温度为30℃;浸出时间为10min。在此工艺条件下，砷总体浸出率达到99.97％以上，残渣中砷含量占残渣质量的0.1396％。
　　 (2)浸出液二次氧化操作:次氯酸钠溶液用量为理论用量的2倍;溶液pH值为6;氧化温度为30℃;氧化时间为1.5h。在此条件下，三价砷的氧化程度达到98％以上。
　　 (3)还原操作:常温30℃;还原时间2.5h;溶液pH=2;溶液浓度为26.66g/L。在该条件下五价砷还原率接近98.15％。
　　 (4)冷冻结晶操作:冷冻结晶温度为-15℃;冷冻结晶时间为2.5h;溶液pH值为0。在此工艺条件下，砷结晶率率为89.72％，砷总体直收率为89.43％。
　　 整个工艺设备简单、操作时间短、无废水和废气排放、砷浸出率高。但是该工艺所需的次氯酸钠溶液用量大，生产成本较高。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 文献综述与研究设想

1．1 磷酸富砷渣的概况

1．2 磷酸富砷渣的处理方法

1．2．1 干法

1．2．2 湿法

1．3 本研究工作的设想

1．4 本研究工作的内容

第二章 理论分析

2．1 碱浸-氧化脱硫过程

2．1．1 碱浸-氧化脱硫反应的热力学分析

2．1．2 影响碱浸-氧化脱硫过程的主要因素

2．2 浸出液二次氧化过程

2．2．1 浸出液二次氧化反应的热力学分析

2．2．2 影响浸出液二次氧化过程的因素

2．3 还原过程

2．3．1 还原过程的热力学分析

2．3．2 影响还原过程的因素

2．4 冷冻结晶过程

2．4．1 冷冻结晶过程的热力学分析

2．4．2 影响冷冻结晶过程的因素

第三章 实验部分

3．1 实验原料

3．2 实验试剂与设备

3．3 实验步骤

3．4 分析方法

第四章 碱浸-氧化脱硫浸出工艺研究

4．1 碱浸-氧化脱硫工艺

4．1．1 次氯酸钠溶液的用量对砷浸出率、AsS33ˉ脱硫程度的影响

4．1．2 浸出温度对砷浸出率、AsS33ˉ脱硫程度的影响

4．1．3 浸出时间对砷浸出率、AsS33ˉ脱硫程度的影响

4．1．4 不同浸出工艺对砷浸出率的影响

4．2 浸出液二次氧化工艺

4．2．1 次氯酸钠溶液用量对三价砷氧化程度的影响

4．2．2 溶液pH值对三价砷氧化程度的影响

4．2．3 温度对三价砷氧化程度的影响

4．2．4 氧化时间对三价砷氧化程度的影响

4．3 小结

第五章 还原、冷冻结晶工艺的研究

5．1 还原工艺

5．1．1 还原时间对五价砷还原程度和砷结晶率的影响

5．1．2 还原温度对五价砷还原程度和砷结晶率的影响

5．1．3 溶液浓度对五价砷还原程度和砷结晶率的影响

5．1．4 溶液pH值对五价砷还原程度和砷结晶率的影响

5．2 冷冻结晶工艺

5．2．1 冷冻结晶温度对砷结晶率的影响

5．2．2 冷冻结晶时间对砷结晶率的影响

5．2．3 溶液pH对砷结晶率的影响

5．3 结晶产物的质量分析与物相表征

5．4 小结

第六章 残渣和母液的处理

6．1 残渣的处理

6．1．1 次氯酸钠溶液用量对残渣中硫含量的影响

6．1．2 浸出温度对残渣中硫含量的影响

6．1．3 浸出时间对残渣中硫含量的影响

6．2 冷冻结晶母液的处理

6．3 小结

第七章 结论和展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

附录1 砷渣和溶液中砷含量的分析方法

附录2 溶液中三价砷含量的分析方法

附录3 残渣中硫含量的测定方法

附录4 浸出液脱硫率的分析方法

附录5 实验数据

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文