[发明专利]一种高稳定性固砷矿物的制备方法

说明书

本发明涉及一种高稳定性固砷矿物的制备方法，将含高砷溶液脱砷并将其固化，使含砷溶液得到无害化处理。本发明将含砷溶液中的三价砷经催化氧化为五价砷后，氧化后液采用石灰沉砷法和分布结晶法、调控生长法、水热法三种中的任一种结合，合成高稳定的固砷矿物，可直接堆存。先通过石灰沉砷法获得砷酸钙，再采用分布结晶法、调控生长法、水热法三种中的任一种将砷酸钙转变为高稳定性的固砷矿物，毒性浸出符合GB5085.3‑2007(固体废物鉴别标准‑浸出毒性鉴别)规定。本发明工艺流程短，沉砷效果好，沉砷后液可直接排放，合成的固砷矿物稳定性高，可在宽pH值范围2～11及强还原性条件下稳定堆存。

技术领域

本发明属于矿物固砷技术领域，涉及一种高稳定性固砷矿物的制备方法。

背景技术

砷是一种剧毒元素，且有高致癌性，广泛伴生于各种有色金属冶炼工艺系统中。近三十年来，随着我国有色金属行业飞速发展，砷污染问题愈发严峻，严重威胁着人们的生命健康。因此，进行砷污染治理研究是一项急迫且有重大意义的课题。

目前固砷技术主要包括包封和矿物固砷两类。包封就是用水泥、玻璃等材料，对含砷物料进行包覆，使其能够稳定堆存。这一方法固废量大、成本高，难以广泛应用。矿物固砷即将砷转化为稳定性高的含砷矿物堆存。固砷矿物的选择，应从浸出稳定性、矿物含砷量、浸出产物毒性、制备难易程度和成本等多方面综合权衡。原生和次生砷矿物，尽管总数多达300余种，但其中能用于固砷的“满意之选”实属难得。在Ca(II)-As(V)-H₂O体系中，不同条件下能合成一系列砷酸钙矿物，其稳定性较高；但是，砷酸钙在酸性条件下溶解度较大，且其中的Ca(II)离子可与溶解态CO₂反应，生成碳酸钙而重新释放出砷。因此，砷酸钙类矿物并不宜用作固砷矿物。在Fe(III)-As(V)-H₂O体系中，改变反应条件能制备出一系列组成、晶型和结晶度各异的砷酸铁沉淀。其中，臭葱石(FeAsO₄·2H₂O)，因其稳定性高、理论含砷量高达32％、呈结晶态易于液固分离、渣含水低等优点，是目前公认的最佳固砷矿物。

目前臭葱石的制备方法主要分为三大类：水热法、常压法和改进常压法。其中水热法由于需要的高温高压，能耗较大，难以工业应用；常压法在常压下制备臭葱石，但其周期较长；改进常压法在常压，75～90℃条件下通过缓慢氧化亚铁离子控制过饱和度，在7小时内制备了高结晶度臭葱石，是目前公认的最佳制备方法。臭葱石具有较强的稳定性，在以往的研究中砷的浸出浓度最低达0.5mg/L，但这仅限于弱酸性(pH值2～6)和氧化条件下，而在强酸性或碱性区域、或在还原性条件下，其浸出稳定性较差。因此，进一步研究制备对碱性和强还原性环境稳定的臭葱石是十分有必要的。

目前公布的专利中，日本同和矿业有限公司的发明专利(CN 102153145 A，CN101952204 A)首次提出用二价铁为铁源，处理含砷溶液，并制备得到臭葱石和砷酸铁粉末，该方法沉砷彻底，简单方便，但是制备的臭葱石和砷酸铁仅在较窄的pH(2～6)范围内能稳定堆存，在碱性或强还原性条件下砷的毒性浸出远超过GB5085.3-2007国家标准规定的限值(<5mg/L)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高稳定性固砷矿物的制备方法，可以制备得到一种在宽pH范围和强还原性条件下稳定的固砷矿物。本发明的工艺简单，操作方便，制备的固砷矿物含砷量较高，毒性浸出浓度非常低，且稳定区域宽，能在强还原性条件下稳定堆存。

为实现本发明的目的，提供以下技术方案：

一种高稳定性固砷矿物的制备方法，包括以下步骤：

(1)含砷溶液催化氧化

通过催化氧化的方式，向含砷溶液中加入氧化性气体和催化剂，将溶液中的As³⁺转变成As⁵⁺；

(2)氧化后液沉砷