强化铜冶炼废酸中三价砷硫化物的固液分离：As2S3晶种与PAM絮凝剂的协同增效机制研究

《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Enhanced Solid-Liquid Separation of As(Ⅲ) Sulfide from Copper Smelting Waste Acid: Synergistic Effect and Mechanism of As 2S 3 Seed and PAM Flocculant

　　本文针对铜冶炼废酸（CSWA）中三价砷（As(Ⅲ)）的深度去除难题，系统探讨了硫化物（S(-Ⅱ)）投加方式、酸度及共存离子对As(Ⅲ)硫化物的去除效率与颗粒尺寸分布的影响机制。研究创新性地提出利用砷渣制备As2S3晶种（10 g/L）作为异相成核核心，并联合非离子型聚丙烯酰胺（PAM，5 ml/L）絮凝剂构建骨架支撑，使As(Ⅲ)硫化物的沉降速度提升约170%，为工业浓密机中强化重力沉降性能提供了关键技术路径。

　　

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Reagents

本研究使用的亚砷酸钠（NaAsO₂）、九水合硫化钠（Na₂S·9H₂O）、二水合醋酸锌（ZnAc₂·2H₂O）、三水合醋酸钠（NaAc·3H₂O）、N,N-二甲基对苯二胺（C₈H₁₂N₂·2HCl）及硫酸铁铵（NH₄Fe(SO₄)₂）均由上海阿拉丁生化科技股份有限公司提供。硫酸（H₂SO₄）、硫酸铜（CuSO₄）、八水合硫酸镉（CdSO₄·8/3H₂O）、硫酸铁（Fe₂(SO₄)₃）、七水合硫酸锌（ZnSO₄·7H₂O）、氯化钠（NaCl）、氟化钠（NaF）及非离子型聚丙烯酰胺（PAM）均为分析纯，实验用水为超纯水。

S(-Ⅱ) source

以Na₂S作为硫化剂，为As(Ⅲ)的硫化反应提供S(-Ⅱ)源。根据pH-Eh分布图（图S2），在酸性条件下S(-Ⅱ)以气体或溶解性H₂S形式存在。因此，在200 g/L H₂SO₄的强酸环境中，硫化沉淀过程实质是As(Ⅲ)与H₂S之间的化学反应。不可避免地，H₂S气体的溶解-扩散速率（即H₂S逃逸速率）直接影响了反应体系中S(-Ⅱ)的过饱和水平——这可是调控成核与生长博弈的关键参数！

Conclusion

在铜冶炼行业，高效脱砷意义重大，尤其是铜冶炼废酸（CSWA）的硫化处理。然而，过程中产生的大量细微As(Ⅲ)硫化物颗粒严重阻碍了固液分离。

1. 1.
   为实现高浓度As(Ⅲ)的高效去除，最优硫化参数设定为-3 cm投加位点与0.333 mmol/s投加速率。过量的S(-Ⅱ)投加与过低酸度虽能提升As(Ⅲ)去除效率，却会助长颗粒细化，给沉降设下陷阱。