[发明专利]从含砷溶液回收金属和分离砷的方法和设备

说明书

技术领域

本发明通常涉及含砷材料中砷的除去，具体地说，涉及由这种材料所形 成的溶液中砷的固定。

背景技术

水、土壤和废料中砷的存在可源自如下过程或通过如下过程浓缩：地球 化学反应、采矿和熔炼操作、工业废物的填埋、化学试剂的处理、以及过去 的含砷杀虫剂的制造和使用。由于高浓度砷的存在可对活体具有致癌和其它 有害效应，并且由于人类主要通过饮用水遭受砷，美国环境保护机构(EPA) 和世界卫生组织已经将饮用水中砷的最高污染水平(MCL)设定为一亿分之 一(10ppb)。因此，例如采矿、金属精炼、钢制造、玻璃制造、化学和石化 和电力生产的工业所面临的问题是从工艺物流、流出物和副产物中减少或除 去砷。

砷在水生环境中以无机形式存在，主要是固相砷例如砷华(As₂O₃)、砷酸 酐(As₂O₅)和雄黄(AsS₂)的溶解的结果。在水中砷以四种氧化或价态出现，即 -3、0、+3、和+5。在正常情况下，发现砷以+3和+5氧化态溶解于水性或水 生体系中，通常为亚砷酸根(AsO₂^-1)和砷酸根(AsO₄^-3)的形式。通过凝固技术 有效地除去砷需要砷为砷酸根的形式。其中砷以+3氧化态存在的亚砷酸根 通过吸附和凝固技术仅部分地除去，因为其主要形式亚砷酸(HAsO₂)为弱酸 并且在吸附最有效时的5～8的pH值下保持未离子化。

已经使用了多种技术从水性体系除去砷。这些技术的实例包括在高表面 积材料如氧化铝、活性碳、氧化镧和二氧化铈上的吸附、与阴离子交换树脂 的离子交换、沉淀和电渗析。在固体或半固体材料的情况下，已经尝试原位 固化或稳定化砷以防止迁移到周围土壤或地下水中。然而，由于这种稳定化 过程趋于是非常昂贵的，并且在一些情况下是未证实的，需要处理这种材料 中砷的替代方法和技术。

发明内容

在一个实施方式中，本发明提供从含砷溶液中回收金属和分离砷的方 法。该方法包括如下步骤：将含砷溶液与固定剂在其中至少部分砷通过固定 剂固定的条件下接触以产生砷贫化溶液和负载砷的固定剂，该固定剂包括含 稀土化合物；将负载砷的固定剂与砷贫化溶液分离；和从含砷溶液和砷贫化 溶液中的一种或多种分离可回收金属。

含稀土化合物可包括铈、镧或镨中的一种或多种。在该含稀土化合物包 括含铈化合物的情况下，该含铈化合物可得自碳酸铈的热分解。该含稀土化 合物可包括二氧化铈。当可回收金属溶解在含砷溶液中时，固定剂包括不与 可回收金属反应形成不溶产物的不溶性化合物。

可通过使含砷溶液流过固定剂的床或将固定剂加入含砷溶液中使含砷 溶液与固定剂接触。当含砷溶液与固定剂接触时，该含砷溶液可具有大于约 7、或者大于约9、或者大于约10的pH。在其它实施方式中，当含砷溶液与 固定剂接触时，该含砷溶液可具有小于约7、或者小于约4、或者小于约3 的pH。当该含砷溶液与固定剂接触时，该含砷溶液可包含至少约1000ppm 的无机硫酸盐。

含砷溶液和砷贫化溶液中的一种或多种可包含可回收金属。该可回收金 属可包括来自第IA族、第IIA族、第VIII族和过渡金属的金属。从含砷溶 液中分离可回收金属可包括从含砷溶液电解或沉淀可回收金属。从砷贫化溶 液中分离可回收金属可包括从砷贫化溶液电解或沉淀可回收金属。

该方法可任选地包括如下步骤：使含砷材料与溶浸剂接触以形成含砷溶 液和砷贫化固体；和将砷贫化固体与该含砷溶液分离。该溶浸剂可包括无机 盐、无机酸、有机酸和碱剂中的一种或多种。当砷贫化固体包含可回收金属 时，该方法可任选地包括将砷贫化固体加入金属精炼工艺中的原料以分离可 回收金属的步骤。

在另一实施方式中，本发明提供从含砷溶液回收金属和分离砷的设备。 该设备包括用于接收含砷溶液的砷固定装置。该砷固定装置包括具有包括含 稀土化合物的固定剂的接触区，用于接触含砷溶液并固定至少部分砷以产生 砷贫化溶液和负载砷的固定剂。该砷固定装置的接触区可设置于罐、管、塔 或其它合适的器皿中。