CN101641427A - 从含砷材料除去砷的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
从含砷材料除去砷的方法和设备。该方法包括使所述含砷材料与砷溶浸剂接触以形成含砷溶液和砷贫化固体的步骤。所述溶浸剂可为无机盐、无机酸、有机酸和/或碱剂。将所述砷贫化固体与含砷溶液分离，该含砷溶液与固定剂接触以产生砷贫化溶液和负载砷的固定剂。该固定剂包括可包含铈、镧、或镨的含稀土化合物。然后将该固定剂与砷贫化溶液分离。可分离并回收在砷贫化固体、含砷溶液或砷贫化溶液中的可回收金属。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。
Description
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，本发明提供从含砷材料除去砷的方法。该方法包括如下步骤：使含砷材料与砷溶浸剂接触以形成含砷溶液和砷贫化固体，并将该砷贫化固体与该含砷溶液分离。该砷溶浸剂可包括无机盐、无机酸、有机酸和碱剂的一种或多种。
该方法还包括以下步骤：将该含砷溶液与固定剂在至少部分砷通过该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并将该负载砷的固定剂与砷贫化溶液分离。该固定剂包括含稀土化合物。该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，该含砷溶液的pH可大于约7、或者大于约9、或者大于约10。在其它实施方式中，当含砷溶液与固定剂接触时，该含砷溶液的pH可小于约7、或者小于约4、或者小于约3。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硫酸盐。
含砷溶液、砷贫化固体和砷贫化溶液中的一种或多种可包含可回收金属。当存在于砷贫化固体中时，该方法可任选地包括将所述砷贫化固体加入金属精炼工艺中的原料以将该可回收金属与该砷贫化固体分离的步骤。当该可回收金属存在于含砷溶液中时，该方法可任选地包括从含砷溶液中电解或沉淀可回收金属的步骤。当该可回收金属存在于砷贫化溶液中时，该方法可任选地包括使该砷贫化溶液电解以将该可回收金属与该砷贫化溶液分离的步骤。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。
在另一实施方式中，本发明提供从含砷材料中除去砷的设备。该设备包括浸取装置，其用于将含砷材料和砷溶浸剂在提取至少部分砷的条件下接触以形成含砷溶液和砷贫化固体。提供分离器，用于将该砷贫化固体与含砷溶液分离。
该设备还包括可操作地连接到所述浸取装置以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，用于接触该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在罐、管、塔或其它合适的器皿中。提供分离器，用于将负载砷的固定剂与砷贫化固体分离。
固定剂包括含稀土化合物。该含稀土化合物可包含铈、镧、或镨的一种或多种。在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。
该设备可任选地包括连接到砷固定装置的过滤装置，用于接收负载砷的固定剂并产生滤液。该过滤装置可任选地与砷固定装置的入口流体连通，用于将滤液循环至砷固定装置。
该设备可任选地进一步包括第二砷固定装置，其包括具有包括含稀土化合物的固定剂的接触区，用于接触含砷溶液和固定至少部分砷以产生砷贫化溶液。当该设备包括第二砷固定装置时，该设备可包括与各个砷固定装置的入口流体连通的集合管(manifold)，用于选择性地控制含砷溶液到各个砷固定装置的流动、用于选择性地控制冲洗物流(sluce stream)到各个砷固定装置的流动和/或用于选择性地控制固定剂到各个砷固定装置的流动。
该设备还可任选地包括可操作地连接到所述浸取装置和砷固定装置的至少一个的金属回收装置，用于将可回收金属与砷贫化固体、含砷溶液和砷贫化溶液中的一种或多种分离。该金属回收装置可包括电解器和沉淀装置的一种或多种。
附图说明
可结合附图参考以下描述理解本发明。
图1是本发明方法的流程图示。
图2A是本发明设备的示意图。
图2B是本发明设备的示意图。
图3A是本发明设备的示意图。
图3B是本发明设备的示意图。
图3C是本发明设备的示意图。
图4是本发明设备的示意图。
图5是适合用于本发明设备中的砷固定装置的示意图。
尽管本发明容易受到各种改进和变换形式，其具体实施方式通过附图中实例的方式示出并在本文中具体描述。然而，应该理解，本文中具体实施方式的描述不旨在将本发明限于具体公开的形式，相反，本发明覆盖落在由所附权利要求限定的本发明精神和范围内的所有改进、等价物和变换。
具体实施方式
以下描述本发明的示例性实施方式。为了清楚说明，在本说明书中不描述实际实施方式的所有特征。当然，应该理解，在任意这种实际实施方式的开发中，必须作出许多实施中具体的决定以实现开发者的具体目标，例如遵守系统相关和商业相关的限制，所述限制将随着实施而变化。而且，应该理解，这种开发努力可为复杂和费时的，但是对于受益于本公开内容的本领域技术人员来说仍然是常规的任务。
应该理解，本文公开的方法和设备可用于处理具有不合需要量砷的任意含固体材料。这种材料的实例可包括来自工业例如采矿、金属精炼、钢制造、玻璃制造、化学和石化的副产物和废料，以及污染的土壤、废水淤泥等。具体实例可包括尾矿、来自工业过程的垫料(mat)和残余、被来自这种过程的流出物和排出物污染的土壤、废催化剂、以及废水处理系统的淤泥。虽然本文公开的部分涉及从尾矿和来自湿法冶金操作的残余中除去砷，这种涉及是示例性的并且不应该理解为是限制性的。
含砷材料还可含有其它无机污染物如硒、镉、铅、汞、铬、镍、铜和钴、以及有机污染物。即使当存在提高浓度的这种无机污染物时，公开的方法也可从这种材料除去砷。更具体地说，可从包含大于约1000ppm无机硫酸盐的含砷材料制备的溶液中有效地除去砷。
该含砷材料还可含有特别高浓度的砷。由这种材料制备的溶液可含有大于约20ppb的砷并通常含有超过1000ppb的砷。公开的方法有效地将该砷浓度减少至低于约20ppb，在一些情况下低于约10ppb，在另外的情况下低于约5ppb和在更另外的情况下低于约2ppb。
公开的方法还能够有效地在宽范围pH值水平以及极端pH值下有效地从溶液中固定砷。与许多常规的砷除去技术相反，该能力消除了在除去砷时在窄范围内改变和/或维持溶液pH的需要。而且，其增加了灵活性，因为可选择用于从含砷材料中浸取砷的材料和方法，而无需特别考虑所得含砷溶液的pH。而且，在从含砷溶液固定砷时调节和维持pH的需要的消除提供了明显的成本优势。
在本发明的一个方面中，提供从含砷材料分离砷的方法。该方法包括如下步骤：使含砷材料与砷溶浸剂接触以形成含砷溶液和砷贫化固体，并将砷贫化固体与含砷溶液分离。将该含砷溶液与固定剂在至少部分砷通过固定剂固定以产生砷贫化溶液和负载砷的固定剂并将该负载砷的固定剂与砷贫化溶液分离的条件下接触。该固定剂包括含稀土化合物。
将含砷材料与砷溶浸剂接触以形成含砷溶液和砷贫化固体。可通过浸取或提取从固体例如污染土壤、工业副产物和废料中浸取砷从而从这种固体中释放砷。在采矿和湿法冶金工业中，浸取是指将感兴趣的金属或其它化合物从矿石或其它固体溶解到合适的溶液中。取决于含砷材料的性质，可要求预处理或加工例如通过研磨或碾磨以促进砷的溶解和释放。
砷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。砷溶浸剂的选择将取决于所存在的含砷材料和其它化合物的性质。无机盐溶浸剂的具体实例包括钾盐例如磷酸钾、氯化钾、硝酸钾、硫酸钾、高氯酸钠等。可用于从固体浸取砷的无机酸的实例包括硫酸、硝酸、磷酸、盐酸、高氯酸和其混合物。有机酸溶浸剂可包括柠檬酸、醋酸等。碱剂可尤其是包括氢氧化钠。砷溶浸剂及其用途的更具体描述可参见M.Jang等的“Remediation OfArsenic-Contaminated Solids And Washing Effluents”，Chemosphere，60，pp344-354，(2005)；M.G.M.Alam等的“Chemical Extraction of Arsenic fromContaminated Soil”，J.Environ Sci Health A Tox Hazard Subst Environ Eng.，41(4)，pp 631-643(2006)；和S.R.Al-Abed等的“Arsenic Release From Iron RichMineral Processing Waste：Influence of pH and Redox Potential”，Chemosphere，66，pp 775-782(2007)。
在罐、容器或其它适于保存这种溶液和材料的器皿中使含砷材料与溶浸剂接触以形成浆料。可包括泵、混合器或其它合适的装置用于促进溶浸剂与含砷材料之间的搅拌和接触。更具体地说，可在开放的罐中、在压力容器中在升高的温度下使含砷材料与砷溶浸剂接触，或者通过使溶浸剂流过或渗透通过含砷材料并收集从那里流出的含砷溶液使含砷材料与砷溶浸剂接触。在浸取需要升高的温度和压力以实现所需的砷提取的情况下，可使用高压釜。其实例包括含硫化物的矿石和浓缩物的加压氧化、镍红土的高压酸浸、和有机物的湿空气氧化。由不锈钢、钛和其它耐腐蚀材料构成的间歇和连续反应器对于这种工艺是可商购的。在湿法冶金操作中浸取的更具体描述可参见www.hazenusa.com。
砷浸取之后，将含砷溶液与不溶性材料分离，不溶性材料在本文中称作砷贫化固体。可需要一个或多个步骤以将溶液与这种液体固体分离。取决于该固体的尺寸和物理性质，多种分离选择是可用的，包括筛分、沉降、过滤和离心。
在砷贫化固体包含可回收金属的情况下，该方法可任选地包括将可回收金属与砷贫化固体分离的步骤。本文中使用的可回收金属实际上可包括感兴趣的任意金属，但具体地说包括来自第IA族、第IIA族、第VIII族和过渡金属的金属。回收可销售的金属产品的一种方法是使用电化学。更具体地说，可将该砷贫化固体加入金属精炼工艺的原料。例如，电解沉积或电解精炼是用于回收和精炼铜、镍、锌、铅、钴和二氧化锰的广泛使用的工艺。
在如本文所述的含砷溶液包含可回收金属的情况下，该方法可任选地包括在溶液与砷固定剂接触之前从该溶液中分离可回收金属的步骤。分离可回收金属的方法可包括将含砷溶液与金属精炼工艺例如利用电化学的工艺中的工艺物流组合。从含砷溶液中分离可回收金属的另一方法包括从该溶液沉淀可回收金属。沉淀反应被广泛用于从工艺物流和废水中回收金属值或除去杂质。许多湿法冶金工艺包括一个或多个沉淀步骤。例如，使用氢氧化物从酸物流中沉淀铁，中和用于处置的酸物流，从硫酸盐液体中回收氢氧化镍和氢氧化钴，和从废水中回收金属。还通过沉淀从酸性浸取溶液中回收铂族金属。硫化物是沉淀步骤中使用的另一普通化合物。硫化氢用于从含铜物流中回收铜并从酸式硫酸盐液体中回收镍和钴。氢硫化钠和硫化钙被广泛用于从废物流中除去锌、铜、铅、银和镉。因此，本发明的设备可任选地包括沉淀槽。在这种实施方式中，本文所述的分离器可任选地用于从含砷溶液分离沉淀的金属。湿法冶金操作中沉淀的更具体描述可参见www.hazenusa.com。
在罐、容器或其它适于保存这种溶液和材料的器皿中使含砷溶液与固定剂接触。该溶液处于溶液保持为液态的温度和压力下，通常为环境条件，尽管可使用升高的温度和压力条件。罐可任选地包括用于促进含砷溶液和固定剂之间的搅拌和接触的混合器或其它装置。在美国专利No.6,383,395中描述了适合器皿的非限制性实例，其描述通过参考引入本文。
固定剂可为在通过沉淀、吸附、离子交换或其它机理固定溶液中的砷方面有效的任意含稀土化合物。该固定剂在水溶液中可为可溶的、微溶的或不溶的。在一些实施方式中，固定剂具有至少约70m3/g的相对高的表面积，在一些情况下大于约80m3/g，和在另外的情况下大于90m3/g。该固定剂可在与含砷溶液接触之前基本上不含砷，或者可被砷部分饱和。当部分饱和时，相对于每克固定剂，该固定剂可包含约0.1mg～约80mg砷。
该固定剂可包括稀土的一种或多种，所述稀土包括镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱和镥。已经描述为能够从水溶液中除去砷的这种材料的具体实例包括三价镧化合物(美国专利No.4,046,687)、可溶性镧系金属盐(美国专利No.4,566,975)、氧化镧(美国专利No.5,603,838)、氯化镧(美国专利No.6,197,201)、氧化镧和一种或多种其它稀土氧化物的混合物(美国专利No.6,800,204)、氧化铈(美国专利No.6,862,825)、浸渍有镧的中孔分子筛(美国专利申请公开No.20040050795)、和浸渍有镧或其它稀土金属的聚丙烯腈(美国专利申请公开No.20050051492)。还应该理解，这种含稀土固定剂可从本领域技术人员公知的任意来源获得。
在一些实施方式中，含稀土化合物可包含铈、镧或镨中的一种或多种。当固定剂包括含铈化合物时，该固定剂可得自碳酸铈。更具体地说，这种固定剂可通过在空气存在下在炉中热分解碳酸铈或草酸铈来制备。当该固定剂包括二氧化铈时，通常优选使用不溶于水且相对耐磨的二氧化铈的固体颗粒。还可使用水溶性铈化合物例如硝酸高铈铵、硫酸高铈铵、硫酸高铈和硝酸高铈作为固定剂，特别是在溶液中砷浓度高的情况下。
任选地，还可使用不含稀土化合物的固定剂。这种任选的固定剂可包括在通过沉淀、吸附、离子交换或一些其它机理固定溶液中的砷方面有效的任意固体、液体或凝胶。这些任选的固定剂在水溶液中可为可溶的、微溶的或不溶的。任选的固定剂可包括含有+3氧化态阳离子的粒状固体，该阳离子与溶液中的砷酸根反应以形成不溶性砷酸盐化合物。这种固体的实例包括氧化铝、γ-氧化铝、活性氧化铝、酸化氧化铝例如用盐酸处理的氧化铝、含有不稳定阴离子的金属氧化物如氯氧化铝、结晶铝硅酸盐例如沸石、无定形硅石-氧化铝、离子交换树脂、粘土例如蒙脱石、高铁盐、多孔陶瓷。任选的固定剂还可包括钙盐例如氯化钙、氢氧化钙和碳酸钙、以及铁盐例如高铁盐、亚铁盐、或其组合。铁基盐的实例包括氯化物、硫酸盐、硝酸盐、醋酸盐、碳酸盐、碘化物、硫酸铵盐、氯化铵盐、氢氧化物、氧化物、氟化物、溴化物和高氯酸盐。在铁盐为亚铁盐的情况下，还可需要羟基离子源以促进铁盐和砷的共沉淀。在Blakey等的2001年1月23日公布的美国专利No.6,177,015中更具体地描述了这种方法和材料。其它任选的固定剂是现有技术中公知的并且可与本文所述的含稀土固定剂组合使用。而且，应该理解，这种任选的固定剂可从本领域技术人员所公知的任意来源获得。
可从本文所述的各种溶液中分离粒状固体例如不溶性固定剂和不溶性含砷化合物用于进一步加工。可使用任意液体-固体分离技术例如筛分、过滤、重力沉降、离心、旋液分离等来除去这种粒状固体。在除去粒状固体之前还可向该溶液加入任选的絮凝剂、凝结剂或稠化剂。这些试剂在实现所需的粒度和改善负载砷的固定剂的沉降性质中是有用的。无机凝结剂的实例尤其是包括硫酸铁、氯化铁、硫酸亚铁、硫酸铝、铝酸钠、聚合氯化铝、三氯化铝。还可使用有机聚合物凝结剂和絮凝剂，例如聚丙烯酰胺(阳离子、非离子和阴离子)、EPI-DMA(表氯醇-二甲基胺)、DADMAC(聚氯化二烯丙基二甲基铵)、双氰胺/甲醛聚合物、双氰胺/胺聚合物、天然瓜尔胶等。
在分离器中将负载砷的固定剂与砷贫化溶液分离。在一些实施方式中，将负载砷的固定剂引入连接到分离器的过滤装置，其中过滤固定剂以产生滤液和负载砷的固体。将该固体从过滤装置中引出以进行合适的处置或进一步处理。该过滤装置的出口与砷固定装置流体连通，用于将滤液循环至接触区，在该接触区中滤液与进入的新鲜含砷溶液混合并与固定剂接触。
本发明的含稀土固定剂在它们在宽范围的pH值和极端pH值下从溶液中除去砷的能力方面是特别有利的。当含砷溶液与固定剂的第一部分接触时，该含砷溶液的pH可小于约7。当含砷溶液与固定剂的第一部分接触时，更具体地说，该含砷溶液的pH可小于约4，且再更具体地说，该含砷溶液的pH可小于约3。在其它实施方式中，当含砷溶液与固定剂的第一部分接触时，该含砷溶液的pH可大于约7。当含砷溶液与固定剂的第一部分接触时，更具体地说，该含砷溶液的pH可大于约9，且再更具体地说，该含砷溶液的pH可大于约10。在期望调节或控制pH的方面来说，如现有技术中所公知的，可将任选的酸和/或碱添加加入到溶液中。酸添加可包括无机酸例如盐酸或硫酸的添加。碱添加可包括氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钙、氢氧化铵等的添加。
当如本文所述该含砷溶液包含可回收金属时，该方法可任选地包括从砷贫化溶液中分离可回收金属的步骤。在该可回收金属溶解于含砷溶液中的情况下，固定剂优选为从溶液中选择性地吸附砷并不与可回收金属反应或仅与可回收金属弱反应以形成不溶产物的不溶性化合物。可通过将砷贫化溶液与金属精炼工艺中的工艺物流组合而将可回收金属与砷贫化溶液分离。更具体地说，该金属精炼工艺可包括电解砷贫化溶液以将可回收金属与溶液分离。例如，在Kerfoot等的2003年5月27日公布的美国专利No.6,569,224中具体描述了通过电解精炼工艺除去污染物以形成溶液用于分离各种金属。
在另一实施方式中，本发明提供从含砷材料除去砷的设备。该设备包括浸取装置，其用于将含砷材料与砷溶浸剂在提取至少部分砷的条件下接触以形成含砷溶液和砷贫化固体。
提供分离器，用于将砷贫化固体与含砷溶液分离。
该设备还包括可操作地连接到所述浸取装置以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，用于接触该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在罐、管、塔或其它合适的器皿中。
提供分离器，用于将负载砷的固定剂与砷贫化溶液分离。
固定剂包括含稀土化合物。该含稀土化合物可包含铈、镧或镨的一种或多种。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。当可回收金属溶解于含砷溶液中时，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。
该设备可任选地包括连接到砷固定装置的过滤装置，用于接收负载砷的固定剂并产生滤液。该过滤装置可任选地与砷固定装置的入口流体连通，用于将滤液循环至砷固定装置。
该设备还可任选地包括第二砷固定装置，其包括具有包括含稀土化合物的固定剂的接触区和分离器，该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，该分离器用于将负载砷的固定剂与砷贫化溶液分离。当该设备包括第二固定装置时，该设备可包括与各个砷固定装置的入口流体连通的集合管，用于选择性地控制含砷溶液到各个砷固定装置的流动、用于选择性地控制冲洗物流到各个砷固定装置的流动和/或用于选择性地控制固定剂到各个砷固定装置的流动。
该设备还可任选地包括可操作地连接到浸取装置和砷固定装置中的至少一个的金属回收装置，用于从砷贫化固体、含砷溶液和砷贫化溶液中的一种或多种分离可回收金属。该金属回收装置可包括电解器和沉淀装置的一种或多种。
附图具体说明
图1是方法100的流程图示。方法100包括使含砷材料与砷溶浸剂接触以形成含砷溶液和砷贫化固体的步骤105。在步骤110中，将砷贫化固体与含砷溶液分离。在步骤115中，将含砷溶液与固定剂在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。在步骤120中，将负载砷的固定剂与砷贫化溶液分离。
图2A是设备200A的示意图。在砷浸取装置205A中使含砷材料201A与溶浸剂203A接触。分离器210A将在装置205A中形成的含砷溶液与砷贫化固体分离。该溶液通过管线214A引入砷固定装置280A。固定装置280A包括接触区215A，在该接触区中固定砷并将其从溶液中除去。分离器220A将负载砷的固定剂与砷贫化溶液分离，其通过管线225A引出设备。
图2B是设备200B的示意图。在砷浸取装置205B中使含砷材料201B与溶浸剂203B接触。该设备包括分离器210B，用于将装置205B中形成的含砷溶液与砷贫化固体分离。将该溶液通过管线214B引入砷固定装置280B。固定装置280B包括可操作地连接到分离器220B的罐215B。将砷贫化溶液通过管线225B引出分离器220B和固定装置280B。将负载砷的固定剂通过管线221B引出分离器220B。
图3A是系统300A的示意图。在砷浸取装置305A中将含砷材料301A与溶浸剂303A接触。该设备包括分离器310A，用于将装置305A中形成的含砷溶液与砷贫化固体分离。将该溶液通过管线314A引入砷固定装置380A。固定装置380A包括接触区，在该接触区中固定砷并将其从溶液中除去。分离器320A将负载砷的固定剂与砷贫化溶液分离，其通过管线325A引出设备。在砷贫化固体包含可回收金属的情况下，可以在管线330A上将砷贫化固体传送到金属回收装置335A。
图3B是设备300B的示意图。在砷浸取装置305B中将含砷材料301B与溶浸剂303B接触。该设备包括分离器310B，用于将装置305B中形成的含砷溶液与砷贫化固体分离。将该溶液引入沉淀罐335B，在该沉淀罐中使其与沉淀剂333B接触以从含砷溶液中沉淀可回收金属。分离器331B将该沉淀的金属与含砷溶液分离。可将该沉淀的金属通过管线334B从沉淀罐中引出用于进一步加工和处理。将该含砷溶液通过管线314B引入砷固定装置380B。固定装置380B包括接触区315B，在该接触区中固定砷并将其从溶液中除去。分离器320B将负载砷的固定剂与砷贫化溶液分离，其通过管线325B引出设备。
图3C是设备300C的示意图。在砷浸取装置305C中将含砷材料301C与溶浸剂303C接触。该设备包括分离器310C，用于将装置305C中形成的含砷溶液与砷贫化固体分离。该溶液通过管线314C引入砷固定装置380C。该固定装置380C包括接触区315C，在该接触区中固定砷并将其从溶液中除去。分离器320C将负载砷的固定剂与砷贫化溶液分离。该砷贫化溶液包含可回收金属并通过管线325C引出固定装置380C进入金属回收装置335C。优选地，金属回收装置335C包括电解器(未示出)，用于从该砷贫化溶液分离可回收金属。
图4是设备400的示意图。设备400与图2B中所示的设备200B类似，其包括罐415和分离器420。设备400还包括连接到分离器420下游的过滤装置440，用于接收负载砷的固定剂并产生滤液和负载砷的固体。将该负载砷的固体通过管线443引出过滤装置440以处置或进一步处理。将该滤液通过管线441引出该过滤装置，该管线441连接到砷固定装置480的入口用于将该滤液与通过管线414传送的含砷溶液组合。
图5是包括砷固定装置580A和580B以及过滤装置540的设备500的示意图。如图所示，设备500包括集合管560和多个塔570A和570B。塔分别具有接触区515A和515B以及分离器520A和520B。集合管560通过管线514接收含砷溶液，通过管线512接收冲洗溶液，和通过管线513接收新鲜的固定剂。集合管560控制各个这些材料分别通过管线562A和562B向塔570A和570B的流动。塔570A和570B各自底部的阀门(未示出)控制砷贫化溶液或负载砷的固定剂从塔中的流动。
当塔570A中的固定剂饱和并需要替换时，集合管560中断含砷溶液到塔570A的流动。驱动塔570A底部的阀门(未示出)以允许负载砷的固定剂通过管线521流出到过滤装置540。集合管560将冲洗物流或溶液引入到塔570A中以将该塔中任意残余的固定剂调成浆。将该调成浆的固定剂同样引入过滤装置540，其中产生滤液和负载砷的固体。将该滤液通过管线541引回到集合管560，其中其与进入该集合管的新鲜含砷溶液组合。负载砷的固体在管线543上传输到过滤装置540外用于处置或处理。塔570A底部的阀门关闭并且集合管560将新鲜固定剂流引入到接触区515A中。当进行该操作时，集合管560维持含砷溶液到塔570B中的流动以实现从该溶液除去砷的连续过程。然后将在塔570B中与固定剂分离的砷贫化溶液通过管线525引出用于进一步的处理或处置。
以上公开的具体实施方式仅是说明性的，而本发明可以不同但等价的方式改变和实施，这些方式对于获益于本文中教导的本领域技术人员来说是显然的。而且，除了所附权利要求中描述的内容之外，不限制本文所示结构或设计的细节。因此，显然可改变或修改以上公开的具体实施方式并且认为所有这种变化被认为在本发明的范围和精神内。因此，本文寻求的保护范围如所附权利要求所阐明。
Claims (35)
1.从含砷材料除去砷的方法，所述方法包括如下步骤：
使含砷材料与砷溶浸剂接触以形成含砷溶液和砷贫化固体；
将砷贫化固体与含砷溶液分离；
将含砷溶液与固定剂在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，所述固定剂包括含稀土化合物；和
将负载砷的固定剂与砷贫化溶液分离。
2.权利要求1的方法，其中所述含砷溶液、砷贫化固体和砷贫化溶液中的一种或多种包含可回收金属。
3.权利要求2的方法，还包括从所述含砷溶液和砷贫化溶液中的一种或多种沉淀可回收金属的步骤。
4.权利要求2的方法，还包括电解所述含砷溶液和砷贫化溶液中的一种或多种以分离可回收金属的步骤。
5.权利要求2的方法，还包括将所述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。
6.权利要求1的方法，其中所述砷溶浸剂包含无机盐、无机酸、有机酸和碱剂中的一种或多种。
7.权利要求6的方法，其中所述碱剂包括氢氧化钠。
8.权利要求1的方法，其中所述可回收金属包括来自第IA族、第IIA族、第VIII族和过渡金属的金属。
9.权利要求1的方法，其中当所述含砷溶液与所述固定剂接触时，该含砷溶液具有大于约7的pH。
10.权利要求9的方法，其中当所述含砷溶液与所述固定剂接触时，该含砷溶液具有大于约9的pH。
11.权利要求10的方法，其中当所述含砷溶液与所述固定剂接触时，该含砷溶液具有大于约10的pH。
12.权利要求1的方法，其中当所述含砷溶液与所述固定剂接触时，该含砷溶液具有小于约7的pH。
13.权利要求12的方法，其中当所述含砷溶液与所述固定剂接触时，该含砷溶液具有小于约4的pH。
14.权利要求13的方法，其中当所述含砷溶液与所述固定剂接触时，该含砷溶液具有小于约3的pH。
15.权利要求1的方法，其中当所述含砷溶液与所述固定剂接触时，该含砷溶液包含至少约1000ppm的硫酸盐。
16.权利要求1的方法，其中所述可回收金属处于溶解状态，并且所述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。
17.权利要求1的方法，其中所述含稀土化合物包含铈、镧或镨中的一种或多种。
18.权利要求17的方法，其中所述含稀土化合物包括得自碳酸铈热分解的含铈化合物。
19.权利要求17的方法，其中所述含稀土化合物包括二氧化铈。
20.权利要求1的方法，其中所述砷贫化溶液包含小于约20ppb的砷。
21.从含砷材料除去砷的设备，所述设备包括：
浸取装置，用于将含砷材料与砷溶浸剂在提取至少部分砷的条件下接触以形成含砷溶液和砷贫化固体；
分离器，用于将砷贫化固体与含砷溶液分离；
砷固定装置，其可操作地连接到所述浸取装置以接收含砷溶液，所述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，用于接触该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；和
分离器，用于将负载砷的固定剂与砷贫化溶液分离。
22.权利要求21的设备，还包括可操作地连接到所述浸取装置和砷固定装置中至少一个的金属回收装置，用于从砷贫化固体、含砷溶液和砷贫化溶液中的一种或多种分离可回收金属。
23.权利要求22的设备，其中所述金属回收装置包括电解器。
24.权利要求22的设备，其中所述金属回收装置包括沉淀槽。
25.权利要求22的设备，其中所述可回收金属溶解于含砷溶液中并且所述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。
26.权利要求21的设备，其中所述含稀土化合物包含铈、镧或镨中的一种或多种。
27.权利要求26的设备，其中所述含稀土化合物包括得自碳酸铈热分解的含铈化合物。
28.权利要求26的设备，其中所述含稀土化合物包括二氧化铈。
29.权利要求21的设备，还包括连接到砷固定装置的过滤装置，用于接收所述负载砷的固定剂并产生滤液。
30.权利要求29的设备，所述过滤装置与所述砷固定装置的入口流体连通，用于将所述滤液循环至砷固定装置。
31.权利要求21的设备，其中所述接触区设置在塔中。
32.权利要求21的设备，还包括第二砷固定装置，该第二砷固定装置包括：
具有包括含稀土化合物的固定剂的接触区，用于接触工艺物流和固定至少部分砷以产生包含可回收金属的砷贫化物流和负载砷的固定剂；和
分离器，用于将负载砷的固定剂与砷贫化溶液分离。
33.权利要求32的设备，还包括与各个所述砷固定装置的入口流体连通的集合管，用于选择性地控制所述工艺物流到各个砷固定装置的流动。
34.权利要求32的设备，还包括与各个所述砷固定装置的入口流体连通的集合管，用于选择性地控制冲洗物流到各个砷固定装置的流动。
35.权利要求32的设备，还包括与各个所述砷固定装置的入口流体连通的集合管，用于选择性地控制所述固定剂到各个砷固定装置的流动。
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