[发明专利]从酸性铜溶液沉淀稳定的砷酸铁同时保持最小的铜损失

说明书

发明领域

本发明涉及从酸性溶液处理砷的方法。具体地说，本发明涉及一种环保上可接受的从含铜、三价铁和二价铁的酸性溶液处理砷的方法，该方法以没有显著铜量损失的环保上可接受的方式进行。

发明背景

在多种类型的矿床中发现有砷。通常砷与铁、铜、镍、钴、铅、锑、银和金相结合。这种结合或者是作为砷的矿物质，或者是在与硫化物矿物质的固体溶液中。铜、金和铅矿是砷废料的主要生产者。随着采矿工业被迫开始开采多金属矿石体，过去二十年间所产生的砷废料量稳定增长。而与之相伴的是对砷的市场需求的减少，这将砷限制在杀虫剂、铅酸蓄电池、玻璃、药物和木材防腐剂的生产中。

含砷矿物质的多金属矿石实际上通常是硫化物。这些矿石需要一些形式的氧化处理，以达到可接受的分解速率和金属释放。通过在氧化过程如细菌氧化或焙烧期间，砷从它的矿物形式中被释放出来。

由于许多国家对于来自加工操作的废料中可允许的砷含量具有严格的强制限制，因此含砷残余物的安全处理是一个重要的考虑。含砷残余物可以被归类为固体废物或含水废物，固体废物通常由火法治金工艺产生，含水废物通常由湿法冶金或热液作用产生，它们通常在尾矿坝中进行。

由火法冶金氧化产生的固体废物处于三氧化二砷或矿渣的形式。在大多数情况下，砷的矿物质在高温下挥发形成三氧化二砷(As₂O₃)，它在工厂的烟尘处理部分被回收。然后这些粉尘被储存。储存的矿物质可以以精炼后的形式进行销售，或者对其进行处理，将砷氧化为As(V)以形成砷酸(H₃AsO₄)。

在铜的冶炼中，可以通过在氧化阶段向铜中吹入碱性助熔剂使矿渣中的一部分砷被除去。一些砷还残留在铜金属和废气的剩余物中。这些矿渣被倾倒在矿渣堆上。通过含水洗涤净化的废气通常产生酸性溶液，该溶液富含二氧化硫气体、二价的铁和三价的砷。该酸性溶液的中和首先需要氧化亚铁和砷(III)，以形成对尾矿处理稳定的沉淀。

含砷矿物质的矿石的压力氧化包括使矿石(通常为金矿)在高压釜中在富含氧的气氛中经受高温和高压。在该过程中，任何可溶性的砷都将与三价铁反应形成结晶性砷酸铁(臭葱石)。臭葱石的形成仅要求1∶1的三价铁∶砷(V)比例，不象无定形砷酸铁需要大于1∶1的三价铁∶砷(V)比例。这使得臭葱石的形成在少量排出铁时非常具有吸引力。该技术可从在150℃下操作的高压釜的排出物流形成臭葱石。但是高压釜的基建成本通常很高，以致于仅当其与有价值的浓缩物一起氧化时，臭葱石的沉淀才有可能是经济上可行的。就申请人所知，没有一个加工厂仅为了从排出物形成臭葱石而使用高压釜。

含砷进料的湿法治金处理产生含砷(III)和砷(V)的含水排出物流。通常通过加入络合剂如Cd、Ca、Pb、Cu和Fe来对这些物流进行处理，这些络合剂与砷反应，形成具有不同溶解度的可溶性化合物。通常以石灰或石灰石的形式加入钙，以形成砷酸钙。砷酸钙对环境是不稳定的，它与二氧化碳反应，向地下水体系释放砷。

向含砷进料中加入三价铁产生水合砷酸铁形式的砷(V)的沉淀以及仍可溶于含水排出物流的砷(III)。砷酸铁沉淀通常在尾矿坝中处理。在能以环保上可接受的方式处理含水物流之前，需要除去可溶性的砷(III)。该添加的加工步骤包括为了形成对尾矿处理稳定的沉淀而使用添加剂来氧化砷(III)，它将导致基建成本和操作成本的明显增加。

通过用细菌氧化铜浓缩物产生的排出物流含有砷(V)、铜、三价铁和二价铁。三价铁∶砷(V)比例大于1∶1。

已知的先有技术通常涉及pH调整，将pH调整到7-10的范围内。

Kuyucak，N.(1998)(1)和美国专利4,366,128(Weir等)、5,137,640(Poncha)、5,427,691(Kuyucak等)、5,645,730(Malachosky等)、5,651,895(Gordon)都提供了通过加入碱提高pH来处理进料中砷的方法。将用细菌氧化铜浓缩物产生的排出物流的pH调整到该pH水平将使所有需要的铜都与砷发生共沉淀。

用细菌氧化铜浓缩物产生的排出物流含砷(V)和三价铁。由于砷(III)和二价铁的氧化已经实现，因此不需要向排出物流中加入氧化剂。在下文中讨论这些先有技术的例子。