伴随铜、铅、锌等有色金属冶炼产能的扩张，高砷烟尘已成为有色金属行业最为显著的砷污染源之一。其具有砷含量较高、伴生金属成分复杂的特点，若缺乏有效的预处理措施，后续有价金属的回收以及无害化处置均难以开展。因此，对砷的高效预脱除是回收其中有价金属的必要前提。本文基于碱性浸出体系，以硫化钠作为助浸剂，实现了砷的高效脱除，并系统揭示了砷物相转化与溶出规律，获得了砷浸出率大于95%、渣含砷低于0.5%的优化指标。文章指出：采用NaOH-Na₂S-H₂O体系，Na₂S的加入能够促使硫酸盐物相发生解离及相变，使其中包裹或共伴生的砷释放了出来，增大了含砷物相与碱浸液接触机会，从而使得砷的浸出率显著提高。相关成果发表于矿冶期刊群《有色金属（冶炼部分）》2026年第1期。题目：含砷烟尘中砷在NaOH-Na₂S-H₂O体系的浸出行为。作者：李田玉，黄凌云，高文成，田炳阳，尚鹤，温建康。

引文格式：李田玉，黄凌云，高文成，田炳阳，尚鹤，温建康.含砷烟尘中砷在NaOH-Na₂S-H₂O体系的浸出行为[J].有色金属（冶炼部分）,2026(1):1-8.

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砷与自然界中的大多数有色金属矿物伴生或共生，在我国，其主要与铜、铅、锡、锌、金等矿产资源伴生，约有100万t的砷伴生在铜矿中。有色金属冶炼尤其是铜铅锌冶炼，一直被认为是最大的砷产生及排放源。含砷烟尘主要产生于焙烧、吹炼等工序并由电除尘装置收集起来的固体粉尘中。每产1t精炼铜，就会产生0.4t以上的含砷物料，其元素组成较为复杂，含有铜、锌、铅、砷、铋、锑、铁、金、银等金属元素，具有很高的回收价值，若能对其进行全量综合回收，不仅能解决环境污染的问题，同时也能产生较大的经济效益。

值得注意的是，含砷烟尘中的砷以及各有价元素的赋存状态较为复杂，这给有价金属的回收带来了很大难度。一般来说，对于含砷烟尘中有价金属的回收，要先对砷进行脱除预处理，再对有价金属进行分步回收。目前含砷烟尘预处理脱砷的方法主要有火法、湿法、火法-湿法联合。火法主要是利用砷及其氧化物易挥发的特点，常用于处理砷赋存状态为氧化砷、硫化砷、单质砷或砷酸盐的物料，主要有氧化焙烧挥发、还原焙烧挥发、酸化焙烧、还原熔炼法和真空脱砷法等。火法具有原料适应性强、处理规模大、自动化程度高等优点，不过也存在着能耗高、高温腐蚀，以及部分金属如（锌、锑等）伴生挥发导致分离流程长等问题。湿法主要是利用浸出剂将烟尘中的砷溶解或浸出至溶液中，然后再进行脱砷处理的方法。湿法根据浸出剂的不同主要分为水浸、酸浸、碱浸、复合浸出和生物浸出等。水浸主要是针对砷为简单物相的烟尘，可直接将砷溶解至溶液中。酸性浸出过程中，铜、锌、镉等有价金属也会同砷一起进入溶液，这给有价金属的分离带来了难度。此外，酸法处理含砷烟尘的过程中需注意产生有毒气体AsH₃，碱法相对来说较为安全。湿法需要根据物料性质的不同来选择浸出工艺，也存在试剂消耗大、成本高、废液量大的缺点。火法-湿法联合技术主要路线是先将含砷烟尘进行火法焙烧，使砷由复杂物相转成简单物相，再通过湿法将砷浸出至溶液中进行脱砷。火法-湿法联合技术相比较而言，适用于处理含砷物相赋存状态较为复杂的烟尘，是火/湿法脱砷的补充选择。

综上，采用何种方案脱除烟尘中砷，主要取决于烟尘中砷的赋存状态及物相特征。本研究所用的冶炼厂产出烟尘中砷的物相较为复杂，采用硫酸溶液进行酸性浸出时，砷的浸出率不高，仅为70%~80%，铜、锌等有价金属的浸出率也仅有80%~90%，该物料的资源化利用较为困难。同时，为避免AsH₃等有害气体的产生，试验拟采用碱法对含砷烟尘进行脱砷处理，并研究含砷烟尘中的砷在碱性体系下的浸出行为。本研究采用NaOH作为碱浸剂，系统考察碱液浓度、反应温度、反应时间、助剂类型及用量等对砷浸出率的影响，得到较优的工艺参数和操作条件，掌握含砷烟尘中砷的碱浸行为及规律，为含砷烟尘中砷的高效脱除提供理论及试验基础。

含砷烟尘试验样品来自某冶炼厂，其形貌如图1(a)所示。含砷烟尘中主要的有价金属元素为：铜3.68%、铅12.97%、锌5.50%、铋4.48%、镉3.61%、钼0.48%，具有一定的回收价值；此外虽然含有257.47g/t铟和35.46g/t锗，但价值不高。值得注意的是，该含砷烟尘中砷含量较高，为4.71%，需要对其进行预脱除。对含砷烟尘进行XRD分析，结果如图1(b)所示。图1(b)表明，该含砷烟尘的物相组成较为复杂，主要有PbSO₄、As₂O₃、Pb₉As₄S₁₅、CuS和CdSO₄・H₂O等。

图1　含砷烟尘的宏观形貌(a)及XRD谱(b)

1.2.1 试验原理

含砷烟尘的碱浸浸出剂主要是NaOH等强碱，根据物料性质辅以氧化剂或助浸剂等使其中的砷以砷酸钠的形式进入到溶液中。碱浸过程中含砷物相氧化物相较容易与NaOH反应，而含砷的硫化物相则较难发生反应。主要反应如式(1)~(9)所示。

硫化钠在碱浸体系主要参与的反应：

硫化砷物相在碱浸体系的溶解反应：

氧化砷物相在碱浸体系的溶解反应：

三价砷的氧化反应：

1.2.2 试验方法

用纯水在玻璃反应器中配制好所需浓度的NaOH溶液，按照一定的固液比加入含砷烟尘。置于水浴锅中，升温至设定温度进行反应，期间可加入反应助剂，如过氧化氢（质量浓度30%）、无水硫化钠等。待反应完成后，进行抽滤，水洗，收集滤液；滤渣置于烘箱中烘干后称重并送样分析，计算各元素浸出率（式10）。

式中，η为各元素的浸出率（%）；m₁为含砷烟尘的质量（g）；m₂为碱浸渣的质量（g）；ω₁为含砷烟尘中各元素的含量（%）；ω₂为碱浸渣中各元素的含量（%）。

首先采用NaOH-H₂O体系对含砷烟尘进行碱浸脱砷研究，试验条件及结果列于表1中。

表1　NaOH-H₂O浸出体系试验结果

从表1可以看出，采用NaOH作为浸出剂时，对于砷的脱除具有一定的效果。在较高温度以及较高碱浓度下，含砷烟尘中砷的浸出率能够达到73.82%，砷含量能够从4.71%降低到3.99%。此外，表1中浸渣中砷含量较高的原因，主要是浸渣渣率较低而砷未能高效浸出造成的。结果表明，只采用NaOH溶液进行脱砷，烟尘中砷的含量并不能降低至理想水平，需要加入助剂以提高砷的脱除率。

在NaOH浸出体系的基础上，首先选用过氧化氢作为助剂，探讨其脱砷效果以期强化砷的浸出。试验条件以及结果列于表2中。

表2　NaOH-H₂O₂ -H₂O浸出体系试验结果

从表2对比1# 、7# 和8# ；6# 、9# 和10# 试验可看出，在相同试验条件下，添加过氧化氢能够略微促进砷的浸出，效果不明显。升高温度对于NaOH-H₂O₂-H₂O体系来说脱砷效果也不明显，碱浸渣中砷的含量仍较高。对比13# 和15# ，以及14# 和16# 试验，延长时间，对砷浸出率有所提高，不过仅有约61%的浸出率，效果不明显，而且浸渣中砷的含量仍较高。此外，表2中浸渣中砷含量较高的原因与表1基本一致，主要是浸渣渣率较低而砷未能高效浸出造成的。结果表明采用NaOH-H₂O₂-H₂O体系的浸砷效果并不理想。

基于上述试验结果，初步判断砷浸出率不高的原因有可能是含砷物相被包裹于硫酸盐中物相，需要将其进行解离或转相以增大含砷物相与碱浸液的接触机会。因此，试验选取硫化钠作为助浸剂，以考察对砷的脱除效果。考察的主要因素有无水硫化钠的加入量（相对于含砷烟尘，以质量分数表示）、反应时间、氢氧化钠浓度、反应温度和固液比等。

2.3.1 硫化钠用量的影响

首先考察硫化钠用量（范围为6%~36%）的影响，试验条件：反应温度90℃、反应时间2h、氢氧化钠浓度150g/L、固液比1∶4g/mL。试验结果如图2所示。

图2　硫化钠用量的影响

从图2可以看出，硫化钠的加入大大促进了砷的浸出，在硫化钠用量为18%时，砷的浸出率能够达到91.51%，此时砷含量降低至0.72%，渣率为55.56%。整体趋势来看，随着硫化钠用量的增加，砷的浸出率出现先升高后略微降低的趋势，这可能是由于硫酸钠用量较高时，溶液中的少量砷与硫化钠发生了沉淀反应，导致其浸出率稍微降低。因此选择硫化钠用量18%为较优条件。

2.3.2 反应时间的影响

在反应温度90℃、硫化钠用量18%、氢氧化钠浓度150g/L、固液比1∶4g/mL的条件下，考察了反应时间对砷浸出率的影响。试验结果如图3所示。

图3　反应时间的影响

从图3可以看出，时间的延长对砷的浸出有着促进作用。随着反应时间的延长，砷的浸出率出现先升高后基本不变的趋势。在反应时间为5h时，砷的浸出率可达到94.58%，此时浸渣中砷含量能降低至0.49%。因此选择反应时间5h为较优条件进行后续试验。

2.3.3 碱浓度的影响

继续考察氢氧化钠浓度对砷浸出率的的影响，试验条件：反应温度90℃、硫化钠用量18%、反应时间5h、固液比1∶4g/mL。试验结果如图4所示。

图4　氢氧化钠浓度的影响

从图4可以看出，氢氧化钠浓度对砷浸出率的影响呈现先快速升高后增加较缓的趋势，当氢氧化钠浓度大于150g/L后，砷的浸出率基本保持不变。结果显示，在氢氧化钠浓度高于125g/L时，砷的含量可降低至1%以下；在150g/L条件下砷含量能够降低到0.73%，此时浸出率为89.63%，而当碱浓度高于150g/L后，浓度对砷浸出率的影响很小，而反应结束后浆料的过滤将会变得较困难。综合考虑氢氧化钠浓度150g/L为较优条件。

2.3.4 固液比的影响

在氢氧化钠浓度150g/L、反应温度90℃、硫化钠用量18%、反应时间5h的条件下考察固液比对砷浸出率的影响，结果见图5。

图5　固液比的影响

从图5可以看出，随着固液比的降低，砷的浸出率出现逐步升高的趋势，这主要是反应介质变得充足后，砷可与碱液进行充分接触，促进了砷的浸出。在固液比为1∶6g/mL时，砷的浸出率能够达到96.98%，此时砷能够降低至0.33%，渣率为43.06%。而固液比降低至1∶7g/mL后，砷的浸出率变化不大，因此选择固液比较优条件为1∶6g/mL。

2.3.5 反应温度的影响

根据前述影响因素考察中确定的较优的条件，在氢氧化钠浓度150g/L、固液比1∶6g/mL、硫化钠用量18%、反应时间5h的条件下考察反应温度对砷浸出率的影响。试验结果见图6。

图6　反应温度的影响

从图6可以看出，随着温度的升高，砷的浸出率也在逐渐升高，不过影响程度较为有限。随着反应的进行，砷的含量也在逐渐下降，在碱浸温度大于70℃时，含砷烟尘中的砷能够开始降低至0.5%以下了，此温度下砷的浸出率能够达到95.60%，渣中砷的含量为0.48%。随着温度升高至90℃，砷的含量能够降低至0.33%，砷的浸出率可达到96.98%，相较之70℃下的试验结果有所升高但变化不大，因此选择70℃为较优条件。

2.3.6 优化条件下各元素的浸出结果

综合来看，含砷烟尘碱浸脱砷试验通过各影响因素的详细考察，得到了较优的条件为：氢氧化钠浓度150g/L、硫化钠用量18%、固液比1∶6g/mL、反应温度70℃、反应时间5h。在此条件下，含砷烟尘中砷的浸出率达到95.60%，砷的含量降低至0.48%。在优化条件下，含砷烟尘中砷及其他金属元素的浸出率及在浸渣中的含量结果列于表3中。

表3　含砷烟尘各元素浸出结果

从表3可以看出，采用NaOH-Na₂S-H₂O体系进行浸出，在较优条件下，砷、钼和锗均具有较高的浸出率，分别为95.60%、97.94%和94.50%。与此同时，锌在碱浸过程中也有28.67%被浸出至溶液中。而其他金属，如铜、铅、铋、镉和铟等，则几乎不被浸出或浸出率很低。

对在优化条件下得到的碱浸渣进行XRD物相表征分析，结果如图7所示。

图7　含砷烟尘碱浸渣的XRD谱

由图7可以看出，含砷烟尘碱浸渣中主要物相为PbS，其他主要以硫化物相为主，如Pb₆Bi₂S₉、CdS、Cu₃BiS₃、Zn₃As₂等。该物料可进入铅冶炼系统进行有价金属的回收。

结合NaOH-Na₂S-H₂O体系浸出渣物相来看，硫化钠的加入促进了硫酸盐物相，如硫酸铅、硫酸镉等向硫化物相进行转变。从试验结果可以看出，NaOH-H₂O体系中加入硫化钠后，砷的浸出率有了显著提升。这可能是由于含砷物相被包裹或共伴生于硫酸盐物相中，硫化钠的加入使得硫酸物相发生解离及相变，使得含砷物相增大了与碱浸液的接触机会，从而使得砷的浸出率显著提高。

1）采用NaOH-Na₂S-H₂O浸出体系，可以实现含砷烟尘中砷的高效浸出。优化条件为：氢氧化钠浓度150g/L、硫化钠用量18%（相对于含砷烟尘）、固液比1∶6g/mL、反应温度70℃、反应时间5h，含砷烟尘中砷的浸出率达到95.60%，砷的脱除效果显著。碱浸过程中，钼和锗也具有较高的浸出率，分别为97.94%和94.50%。与此同时，锌在也有28.67%被浸出至溶液中，而其他金属，如铜、铅、铋、镉和铟等，则几乎不被浸出或浸出率很低。

2）根据XRD物相初步分析，含砷烟尘主要物相为主要有PbSO₄、As₂O₃、Pb₉As₄S₁₅、CuS和CdSO₄・H₂O等。采用NaOH-Na₂S-H₂O体系浸出后，碱浸渣中主要物相为PbS，其他物相以硫化物相居多。NaOH-H₂O体系中加入硫化钠后，对含砷烟尘中砷的脱除率有了显著提升。这可能是由于含砷物相被包裹或共伴生于硫酸盐物相中，硫化钠的加入使得硫酸物相发生解离及相变，使得含砷物相增大了与碱浸液的接触机会，从而使得砷的浸出率显著提高。