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目前,对于黑铜泥的处理研究,以治理“砷害”为主,基本上是回收Cu、 As或者单独回收As,由于Sb产品价值较高、市场较好,这样就造成了Sb的浪费。本研究设计了两条工艺路线,在回收Cu、As的同时,也对Sb进行回收。工艺路线一为黑铜泥酸浸、酸浸渣经硫化钠浸出回收Sb,工艺路线二为黑铜泥直接硫化钠浸出回收Sb。探讨研究了硫化钠浸出过程的动力学机理,主要完成了以下几个方面的工作:(1)通过单因素变量实验,确定了黑铜泥酸浸的最佳条件: H2SO4浓度为1mol/L,温度80℃,液固比为10:1,浸出时间为4h,空气量为0.7m3/h,搅拌速度为400r/min。在最佳工艺条件下,酸浸渣率约为25%,Cu的浸出率超过90%, As的浸出率超过88%, Sb的浸出率低于5%。 Sb在酸浸渣中富集,用硫化钠浸出回收Sb、As。酸浸液回收Cu、As。(2)通过单因素实验,确定了黑铜泥酸浸渣最优的硫化钠碱性浸出条件:硫化钠的过量系数为1.3,NaOH质量浓度为30g/L,液固比为6:1,浸出时间为2.5h,温度85℃,搅拌速度为500r/min。在上述最佳实验条件下,Sb、As、Cu的浸出率约为85%、81%、1%。通过硫化钠浸出可实现Sb、As与其他金属的分离。(3)保持强碱性介质用H2O2做氧化剂氧化硫浸液,可得到粗锑酸钠和氧化液。粗锑酸钠通过酸溶、中和工序,制得Sb的质量分数为48.98%的焦锑酸钠产品,符合有色金属行业锑酸钠质量标准(YS221992)一级标准。氧化液浓缩结晶得到Na3AsO4含量为37.06%~40.57%的产品。(4)酸浸液经蒸发结晶得到质量分数为98.16%的CuSO4·5H2O晶体,其符合硫酸铜国家标准(GB4371993)一级标准。结晶硫酸铜后液,制备砷酸铜产品,其质量标准能够达到企业标准。实现了Cu、As的综合回收。(5)对工艺路线二黑铜泥直接硫化钠浸出回收Sb,本文参考工艺路线一的工艺参数,做了全流程实验。制得Sb质量分数为49.11%的焦锑酸钠产品,符合有色金属行业锑酸钠质量标准(YS221992)一级标准。氧化液浓缩结晶得到Na3AsO4含量为36.08%~40.02%的产品。(6)硫化钠浸出过程符合液-固反应的“未反应核收缩模型”, Sb、 As浸出速率并不是由单独一个步骤控制,而是由液体边界层外扩散、固体产物层内扩散和界面化学反应三个步骤混合控制。