炼锑砷碱渣中锑砷分离及动力学研究

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1、doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2012.03.001炼锑砷碱渣中锑砷分离及动力学研究李慧，曾桂生，王文彬，邓孝荣（南昌航空大学环境与化学工程学院，南昌330063）摘要：研究了砷碱渣中锑和砷的分离及过程动力学。采用正交试验考察了砷碱渣水热浸出时固液比、搅拌速度、浸出温度以及时间对砷浸出率的影响。结果表明，浸出砷的最佳条件为：固液比1∶4、浸出温度90℃、搅拌速度600r/min、浸出时间60min。砷浸出过程动力学方程为，反应活化能666.57kJ/mol，属于化学反应控制。关键词：砷碱渣；锑砷分离；浸出动力学；活化能中图分类号：TF818；TF111.31

2、文献标识码：A文章编号：1007-7545（2012）03-0000-00LeachingKineticsandSeparationofAntimonyandArsenicfromArsenicAlkaliResidueLIHui,ZENGGui-sheng,WANGWen-bin,DENGXiao-rong(SchoolofEnvironmentandChemicalEngineering,NanchangHangkongUniversity,Nanchang330063,China)Abstract：Theleachingkineticsandseparationofantimon

3、yandarsenicfromarsenicalkaliresiduewerestudied.Theeffectsofsolid/liquidratio,stirringvelocity,temperatureandtimeonarsenicleachingratewereinvestigatedwiththeorthogonaltest.Theresultsshowthattheoptimumconditionsincludesolid/liquidratioof1∶4,temperatureof90℃,stirringvelocityof600r/min,andtimeof60mi

4、n.Thekineticequationcanbeexpressedas.Theactivationenergyforarsenicleachingis666.57kJ/molbasedonachemicalreaction-controlledprocess.Keywords:arsenicalkaliresidue；separationofantimonyandarsenic；leachingkinetics;activationenergy在锑冶炼中，通常采用加碱鼓风即碱性精炼方法对粗锑进行精炼除砷，产生大量的砷碱渣。砷碱渣中砷的平均含量为1%～15%[1]，并以可溶性砷酸钠形式

5、存在，有剧毒，将对环境造成严重的污染，危害人类的生存安全。砷碱渣一旦泄露，暴露于环境中的砷将进入水体和食物链，轻则危害人体健康，重则导致死亡[1]。由于砷、锑均为第五主族元素，原子结构相似，难以深度分离。目前有关炼锑砷碱渣处理的报道很少，处理方式包括堆存、火法、湿法等[2-8]。由于没有有效、经济回收利用砷碱渣的技术，目前的砷碱渣仍然普遍采用堆存的方式，使得砷碱渣转化成毒性更大的砷酸钠存在。本文拟研究砷碱渣中的锑和砷的分离及过程动力学，以提高锑资源利用率，消除砷碱渣对环境的危害。1试验方法1.1砷的浸出将从某矿山所采砷碱渣研磨破碎，以砷的浸出率为考察指标，采用四因素三水平正交试验，因素

6、和水平分别为：固液比(1∶2、1∶3、1∶4，g/mL)、搅拌速度(400、600、800r/min)、浸出温度(70、80、90℃)、浸出时间(30、60、90min)。1.2浸出动力学一般假设液—固相非催化反应中固体颗粒为收缩未反应芯，简称为缩芯模型[9-10]。缩芯模型又分为粒径不变缩芯模型和颗粒缩小缩芯模型。粒径不变缩芯模型的特点是：有固相产物层生成，反应过程中颗粒大小不变；颗粒缩小缩芯模型的特点是：反应过程中反应物颗粒不断缩小，无固相产物层，产物溶于溶液中。当反应过程被流体滞留膜扩散控制时，其动力学方程为：基金项目：国家高技术研究发展计划项目(2010AA065204)；江西

7、省自然科学基金资助项目(2010GZH0111)作者简介：李慧（1987-），女，山东滨州人，硕士研究生.（1）当反应过程被化学反应控制时，其动力学模型可表示为：（2）（3）其中：为固体反应物的密度，为固体颗粒初始反应半径，为固体反应物计量系数，为固体反应物的摩尔质量，为反应速率常数，为液体反应物质量分数。对于某一固定体系，且流体反应物质量分数近似不变时，其可视为一常数，并且可以认为是总表观反应速率常数k的倒数。因此，式(2)可简化为：(4)结