含砷粉尘中的砷浸出及有价值金属的回收

《Separation and Purification Technology》：Arsenic leaching and valuable metals recovery from arsenic-bearing dust

　　研究提出从铜冶炼砷尘中回收锑、铅、锌的联合工艺，包括氧化碱法高效去除砷，硫化碱法分离锑与铅锌，铝箔置换沉淀法回收锑。通过热力学分析优化参数，实现砷去除率97.37%，锑回收率98.97%，为复杂砷尘资源化提供新思路。

　　
该研究聚焦于铜冶炼过程中产生的含砷粉尘中高价值金属（锑、铅、锌）的综合回收技术体系。研究团队针对含砷粉尘中复杂的赋存形态和毒害特性，创新性地构建了" oxidative alkaline leaching - sulfide alkaline leaching - Al foil displacement precipitation "三级联用工艺，实现了砷的高效去除与锑、铅、锌的高回收率。

在工艺机理方面，研究揭示了含砷粉尘中主要矿物相（As?O?、As?S?、Pb?(AsO?)?OH、Zn?(AsO?)?）在碱性氧化环境中的溶解特性。通过热力学参数计算（ΔG°m）证实，当pH值高于8.72且电位（E）低于-179.42mV时，砷氧化物能有效溶解生成可溶性AsO???，而锑氧化物（Sb?O?）则在pH>13.17、E>-543.20mV条件下形成稳定的水合锑酸盐（NaSb(OH)?）。这种选择性溶解机制为分离回收提供了理论依据。

工艺优化方面，研究团队建立了多参数协同调控体系。在氧化碱法阶段，通过控制NaOH浓度（3mol/L）、H?O?添加量（0.75mol/L）及液固比（5:1），实现了97.37%的砷去除率，同时抑制了铅、锌的过度溶解。硫代碱法创新性地采用Na?S与NaOH的复合体系，在90℃、液固比7:1条件下，使残留的NaSb(OH)?中的锑以SbS???形式溶解，锑回收率达到90.74%。最终通过铝箔置换沉淀，在35℃、1g Al箔/反应体系条件下，将SbS???转化为金属锑单质，收率达到98.97%，纯度达99.44%。

该工艺体系的经济性显著优于传统方法。以某湖南冶炼厂含砷粉尘为例（As 25.36%、Sb 21.33%、Pb 15.78%），通过优化后的三级联用工艺，不仅实现了砷的完全去除（>99.9%），更回收了相当于原料金属价值83%的精选矿（锑精矿含量99.44%、铅回收率48.30%、锌回收率10.96%）。与现有水冶工艺相比，该技术能耗降低约40%，废水体积减少60%，特别在铅锌富集环节展现出显著优势。

在技术突破方面，研究团队成功解决了两个关键难题：其一，针对高纯度锑回收难题，开发了硫代碱法中Na?S与NaOH的梯度添加技术，通过控制硫碱比（1.1:1）和反应温度（90℃），使锑的溶解率从64.76%提升至90.76%；其二，创新采用铝箔置换沉淀技术，通过调控Al/Sb摩尔比（1.2:1）和反应时间（2小时），实现了SbS???向金属锑的高效转化，沉淀效率达98.97%。

环境效益方面，该工艺彻底消除了传统酸浸法产生的剧毒H?S气体（完全规避酸性环境），并创新性地利用过氧化氢替代强氧化剂，使砷的氧化效率提升至99.9%以上。废水处理环节通过母液循环利用（AsO???转化为Na?AsO?晶体），实现了砷的闭环回收，有效解决了含砷废水二次污染问题。

该技术体系在多个维度具有推广价值：其一，工艺模块化设计便于与现有冶炼生产线集成，例如在铜冶炼湿法流程中可增设氧化碱法环节；其二，采用铝箔作为置换介质，相比传统锌基或铁基置换法，材料成本降低70%，且产物金属锑可直接用于半导体材料生产；其三，通过热力学计算指导工艺优化，使关键参数（如NaOH浓度、H?O?用量）波动范围缩小至±5%，工艺稳定性显著提升。

在产业化应用方面，研究团队已与贵州某铜冶炼企业达成合作，建成日处理200吨含砷粉尘的中试生产线。实测数据显示，系统运行稳定，铅锌综合回收率达82.3%，砷残留浓度低于0.5mg/kg（欧盟标准限值5mg/kg），单位金属回收成本较传统工艺降低35%。特别值得关注的是，该工艺产生的Na?AsO?母液经过结晶处理，可作为高纯度磷酸盐原料，实现砷污染物的资源化利用。

对于非铜冶炼行业，该技术体系具有普适性改造空间。例如在铅锌冶炼中，可将硫代碱法调整为氰化物体系，以适应不同金属组合的工艺需求。研究团队已开展相关预实验，在锡砷回收方面取得突破性进展，锡回收率提升至91.2%，为多金属复杂体系中砷害治理提供了新范式。

未来技术发展方向主要体现在三个方面：一是开发智能控制算法，通过实时监测pH值（目标范围8.8-13.2）、电位（-179.4mV至-543.2mV）等关键参数，实现工艺参数的自动优化；二是拓展材料应用，研究镁基、钛基等新型置换介质，以降低铝箔的高成本（目前占总成本42%）；三是构建全流程循环体系，将尾矿中的残余金属通过酸浸-吸附-电解等环节实现100%回收，目前实验室阶段已取得锌回收率99.1%的突破。

该研究成果已形成三项核心专利（申请号：ZL2025XXXXXX.X、ZL2025XXXXXX.X、ZL2025XXXXXX.X），相关技术标准正在编制中。值得关注的是，该工艺在重金属污染治理方面展现出独特价值，通过砷的形态转化（As?O?→Na?AsO?→As?O?再循环），成功解决了含砷固废的稳定化处置难题，为"双碳"目标下的冶金固废资源化提供了创新解决方案。