專利名稱：：從溶液中除去砷的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明通常涉及水溶液中有毒金屬的除去，并且更具體地說涉及水溶液如工業(yè)工藝物流、流出物、由副產(chǎn)物和廢料制備的溶液、以及飲用水中砷的除去。
背景技術(shù)：
：水、土壤和廢料中砷的存在可源自如下過程或通過如下過程濃縮地球化學(xué)反應(yīng)、采礦和熔煉操作、工業(yè)廢物的填埋、化學(xué)試劑的處理、以及過去的含砷殺蟲劑的制造和使用。由于高濃度砷的存在可對活體具有致癌和其它有害效應(yīng)，并且由于人類主要通過飲用水遭受砷，美國環(huán)境保護(hù)機(jī)構(gòu)(EPA)和世界衛(wèi)生組織已經(jīng)將飲用水中砷的最高污染水平(MCL)設(shè)定為一億分之一(IOppb)。因此，例如采礦、金屬精煉、鋼制造和電力生產(chǎn)的工業(yè)所面臨的問題是從工藝物流、流出物和副產(chǎn)物中減少或除去砷。砷在水生環(huán)境中以無機(jī)形式存在，主要是固相砷例如砷華(AS2(D3)、砷酸酐(As20s)和雄黃(AsS2)的溶解的結(jié)果。在水中砷以四種氧化或價態(tài)出現(xiàn)，即-3、0、+3、和+5。在正常情況下，發(fā)現(xiàn)砷以+3和+5氧化態(tài)溶解于水性或水生體系中，通常為亞砷酸根(As02")和砷酸根(As(V"的形式。通過凝固技術(shù)有效地除去砷需要砷為砷酸根的形式。其中砷以+3氧化態(tài)存在的亞砷酸根通過吸附和凝固技術(shù)僅部分地除去，因?yàn)槠渲饕问絹喩樗?HAs02)為弱酸并且在吸附最有效時的5~8的pH值下保持未離子化。已經(jīng)使用了多種技術(shù)從水性體系除去砷。這些技術(shù)的實(shí)例包括在高表面積材料如氧化鋁、活性碳、氧化鑭和二氧化鈰上的吸附、與陰離子交換樹脂的離子交換、沉淀和電滲析。在含有砷的固體或半固體廢料和副產(chǎn)物的情況下，已經(jīng)嘗試原位固化或穩(wěn)定化砷以防止遷移到周圍土壤或地下水中。然而，由于這種穩(wěn)定化過程趨于是非常昂貴的，并且在一些情況下是未證實(shí)的，需要處理這種材料中砷的替代方法和技術(shù)。
發(fā)明內(nèi)容在一個實(shí)施方式中，本發(fā)明提供從含砷溶液中分離砷的方法。該方法包括將含砷溶液與固定劑的第一部分在至少部分砷通過固定劑固定的條件下接觸以產(chǎn)生部分貧化的溶液和負(fù)載砷的固定劑的步驟。所述固定劑包括舍稀土化合物。含稀土化合物可包括鈰、鑭或鐠中的一種或多種。更具體地說，所述含稀土化合物可包括得自碳酸鈰的含鈰化合物。在其它實(shí)施方式中，所述含稀土化合物包括二氧化鈰。固定劑的第一部分可在與所述含砷溶液接觸之前基本上不含砷或者可用砷部分飽和。當(dāng)部分飽和時，相對于每克固定劑，該固定劑可包含約0.1mg~約80mg的砷。該方法包括以下步驟將負(fù)載砷的固定劑與部分貧化的溶液分離并使該部分貧化的溶液與固定劑的第二部分在至少部分砷通過固定劑固定的條件下接觸以產(chǎn)生砷貧化溶液。當(dāng)部分貧化的溶液與固定劑的第二部分接觸的步驟產(chǎn)生部分飽和的固定劑時，該方法可任選地包括將部分飽和的固定劑與砷貧化溶液分離。在這種實(shí)施方式中，該方法任選地包括如下步驟將部分飽定的條件下接觸以得到第二部分貧化的溶液和負(fù)載砷的固定劑；和將第二部分貧化的溶液與負(fù)載砷的固定劑分離。這種方法還可任選地包括將第二部分貧化的溶液和固定劑的第三部分在至少部分砷通過固定劑固定的條件下接觸以得到砷貧化溶液的步驟。在砷貧化溶液包含可回收金屬的情況下，該方法可任選地包括從砷貧化溶液分離可回收金屬的步驟。該可回收金屬可包括來自第IA族、第IIA族、第VIII族和過渡金屬的金屬?？赏ㄟ^將該砷貧化溶液與金屬精煉工藝中的工藝物流組合、從該砷貧化溶液沉淀可回收金屬和/或電解該砷貧化溶液來從該砷貧化溶液中分離可回收金屬。金屬精煉工藝可包括電解砷貧化溶液。當(dāng)可回收金屬處于溶解狀態(tài)時，固定劑優(yōu)選為不與可回收金屬反應(yīng)形成不溶產(chǎn)物的不溶性化合物。當(dāng)所述含砷溶液與固定劑的第一部分接觸時，該含砷溶液的pH可小于約7。當(dāng)所述含砷溶液與固定劑的第一部分接觸時，更具體地說，該含砷溶液的pH可小于約4，且進(jìn)一步更具體地說，該含砷溶液的pH可小于約3。在其它實(shí)施方式中，當(dāng)所述含砷溶液與固定劑的第一部分接觸時，該含砷溶液的pH可大于約7。當(dāng)所迷含砷溶液與固定劑的第一部分接觸時，更具體地說，該含砷溶液的pH可大于約9,且進(jìn)一步更具體地說，該含砷溶液的pH可大于約10。該方法還可任選地包括通過使含砷材料與溶浸劑接觸形成含砷溶液的步驟，所述溶浸劑包括無機(jī)鹽、無機(jī)酸、有機(jī)酸和堿劑中的一種或多種。當(dāng)該溶浸劑包括堿劑時，該堿劑可包括氬氧化鈉。當(dāng)含砷溶液與固定劑的第一部分接觸時，該含砷溶液可包含大于約1000ppm的硫酸鹽。在另一實(shí)施方式中，本發(fā)明提供從含砷溶液分離砷的設(shè)備。該設(shè)備包括適于接收含砷溶液的第一接觸區(qū)。該第一接觸區(qū)具有固定劑，用于接觸含砷溶液并固定至少部分砷以產(chǎn)生部分貧化的溶液。該固定劑包括含稀土化合物。該含稀土化合物可包含鈰、鑭或鐠中的一種或多種。更具體地說，該含稀土化合物可包括得生自碳酸鈰的含鈰化合物。在其它實(shí)施方式中，該含稀土化合物包括二氧化鈰。還包括適于接收部分貧化的溶液的第二接觸區(qū)，該第二接觸區(qū)具有固定劑，用于接觸部分貧化的溶液和固定至少部分砷以產(chǎn)生砷貧化溶液。該設(shè)備還包括設(shè)置于所述第一接觸區(qū)和第二接觸區(qū)中間的第一分離器，用于將固定劑與部分貧化的溶液分離。該設(shè)備可任選地包括連接到所述第二接觸區(qū)的第二分離器，用于將固定劑與砷貧化溶液分離。當(dāng)存在第二分離器時，其可包括提供與所述第一接觸區(qū)流體連通的出口，用于將部分飽和的固定劑引入所述第一接觸區(qū)。該設(shè)備還可任選地包括可操作地連接到所述第一分離器的過濾裝置，用于接收負(fù)載砷的固定劑并產(chǎn)生濾液。當(dāng)存在過濾裝置時，其可包括提供與所述第一接觸區(qū)流體連通的出口，用于將濾液引入所述第一接觸區(qū)。該設(shè)備可任選地包括金屬回收裝置，用于從砷貧化溶液分離可回收金屬。該金屬回收裝置可包括沉淀槽和/或電解器的一種或多種?？山Y(jié)合附圖參考如下說明理解本發(fā)明。圖l是表示本發(fā)明方法的流程圖示。圖2是本發(fā)明設(shè)備的示意圖。盡管本發(fā)明容易受到各種改進(jìn)和變換形式，其具體實(shí)施方式通過附圖中實(shí)例的方式示出并在本文中具體描述。然而，應(yīng)該理解，本文中具體實(shí)施方式的描述不旨在將本發(fā)明限于具體公開的形式，相反，本發(fā)明覆蓋落在由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的所有改進(jìn)、等價物和變換。具體實(shí)施例方式以下描述本發(fā)明的示例性實(shí)施方式。為了清楚說明，在本說明書中不描述實(shí)際實(shí)施方式的所有特征。當(dāng)然，應(yīng)該理解，在任意這種實(shí)際實(shí)施方式的開發(fā)中，必須作出許多實(shí)施中具體的決定以實(shí)現(xiàn)開發(fā)者的具體目標(biāo)，例如遵守系統(tǒng)相關(guān)和商業(yè)相關(guān)的限制，所述限制將隨著實(shí)施而變化。而且，應(yīng)該理解，這種開發(fā)努力可為復(fù)雜和費(fèi)時的，但是對于受益于本公開內(nèi)容的本領(lǐng)域技術(shù)人員來說仍然是常規(guī)的任務(wù)。應(yīng)該理解，本文公開的方法和設(shè)備可用于處理含有不合需要量砷的任意水溶液。其中，這種溶液的實(shí)例包括井水，地表水例如來自湖、池塘和濕地的水，農(nóng)業(yè)用水，工業(yè)工藝物流(processstream),來自工業(yè)過程的廢水和流出物，由工業(yè)廢物和副產(chǎn)物形成的溶液和地?zé)崃黧w。含砷溶液還可含有其它無機(jī)污染物如硒、鎘、鉛、汞、鉻、鎳、銅和鈷、以及一些有機(jī)污染物。即使當(dāng)存在提高濃度的這種無機(jī)污染物時，本發(fā)明的方法和設(shè)備也可從這種溶液除去砷。更具體地說，可從包含大于約1000ppm硫酸鹽的溶液中有效地除去砷。通常，本發(fā)明的方法和設(shè)備可用于處理含有高于約20ppb砷的任何水溶液，和對于處理含有高于約1000ppb砷的溶液是有效的。而且，該方法和設(shè)備有效地將該砷濃度減少至低于約20ppb,在一些情況下低于約10ppb,在另外的情況下低于約5ppb和在更另外的情況下低于約2ppb的量。已經(jīng)確定，用于從水溶液中除去砷的一些固定劑的吸附能力至少部分取決于這些溶液中砷的濃度。更具體地說，已經(jīng)確定，對于給定量的包括含稀土化合物的固定劑，與在單次接觸步驟中用所述量的固定劑處理溶液相比，通過使該溶液與兩部分或更多部分的固定劑接觸并在這些接觸步驟之間從溶液中分離負(fù)載砷的固定劑可從溶液中除去更高量的砷。而且，可使用該方法在寬范圍pH值水平和極端pH值下有效地從這種溶液中除去砷，消除在窄范圍內(nèi)改變和/或維持溶液pH的需要。在本發(fā)明的一個方面，提供從含砷溶液分離砷的方法。該方法包括將含砷溶液與包括含稀土化合物的固定劑的第一部分在至少部分砷通過固定劑固定的條件下接觸以產(chǎn)生部分貧化的溶液和負(fù)載砷的固定劑的步驟。將該負(fù)載砷的固定劑與部分貧化的溶液分離，并且將部分貧化的溶液與固定劑的第在罐、容器或其它適于保存這種溶液和材料的器皿中使含砷溶液與固定劑的第一部分接觸。該溶液處于使得該溶液保持為液態(tài)的溫度和壓力下，通常為環(huán)境條件，雖然可使用升高的溫度和壓力條件。罐可任選地包括用于促進(jìn)含砷溶液和固定劑之間的攪拌和接觸的混合器或其它裝置。在美國專利No.6,383,395中描述了合適器皿的非限制性實(shí)例，其描述通過參考引入本文。本發(fā)明的設(shè)備包括第一接觸區(qū)和第二接觸區(qū)，在它們之間設(shè)置有分離器。第一接觸區(qū)和第二接觸區(qū)可安置在共用的器皿或反應(yīng)器中，或可分開安置。固定劑可為在通過沉淀、吸附、離子交換或其它機(jī)理固定溶液中的砷方面有效的任意含稀土化合物。該固定劑在水溶液中可為可溶的、微溶的或不溶的。在一些實(shí)施方式中，固定劑可具有至少約70mVg的相對高的表面積，和在一些情況下大于約80mVg,和在另外的情況下大于90mVg。固定劑可包括稀土中的一種或多種，所述稀土包括鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、札、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿和镥。已經(jīng)描述為能夠從水溶液中除去砷的這種材料的具體實(shí)例包括三價鑭化合物(美國專利No.4,046,687)、可溶性鑭系金屬鹽(美國專利No.4,566,975)、氧化鑭(美國專利No.5,603,838)、氯化鑭(美國專利No.6,197,201)、氧化鑭和一種或多種其它稀土氧化物的混合物(美國專利No.6,800,204)、氧化鈰(美國專利No.6,862,825)、浸漬有鑭的中孔分子篩(美國專利申請公開No.20040050795)、和浸漬有鑭或其它稀土金屬的聚丙烯腈(美國專利申請公開No.20050051492)。還應(yīng)該理解，這種含稀土固定劑可從本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的任意來源獲得。在一些實(shí)施方式中，含稀土化合物可包含鈰、鑭、或鐠中的一種或多種。當(dāng)固定劑包括含鈰化合物時，該固定劑可得自碳酸鈰。更具體地說，這種固定劑可在空氣存在下通過在爐子中熱分解碳酸鈰或草酸鈰來制備。當(dāng)該固定劑包括二氧化鈰時，通常優(yōu)選使用不溶于水且相對耐磨的二氧化鈰的固體顆粒。還可將水溶性鈰化合物例如硝酸高鈰銨、硫酸高鈰銨、硫酸高鈰、和硝酸高鈰用作固定劑，特別是在溶液中砷濃度高的情況下。部分中、與部分貧化的溶液接觸的固定劑的第二部分中或者固定劑的第一、第二和任意額外的部分的每個中。固定劑的第一部分可在與含砷溶液接觸之前基本上不含砷或者該第一部分可用砷部分飽和。當(dāng)部分飽和時，相對于每克固定劑，該固定劑包含約0.1mg-約80mg的砷。任選地，還可在本發(fā)明的方法和設(shè)備中使用不含稀土化合物的固定劑。這種任選的固定劑可包括在通過沉淀、吸附、離子交換或一些其它機(jī)理固定溶液中的砷方面有效的任意固體、液體或凝膠。這些任選的固定劑在水溶液中可為可溶的、微溶的或不溶的。任選的固定劑可包括含有+3氧化態(tài)陽離子的粒狀固體，該陽離子與溶液中的砷酸根反應(yīng)以形成不溶性砷酸鹽化合物。這種固體的實(shí)例包括氧化鋁、，氧化鋁、活性氧化鋁、酸化氧化鋁例如用鹽酸處理的氧化鋁、含有不穩(wěn)定陰離子的金屬氧化物如氯氧化鋁、結(jié)晶鋁硅酸鹽例如沸石、無定形硅石-氧化鋁、離子交換樹脂、粘土例如蒙脫石、高鐵鹽、多孔陶瓷。任選的固定劑還可包括鈣鹽例如氯化鈣、氫氧化鈣和碳酸4丐、以及鐵鹽例如高鐵鹽、亞鐵鹽、或其組合。鐵基鹽的實(shí)例包括氯化物、硫酸鹽、硝酸鹽、醋酸鹽、碳酸鹽、碘化物、硫酸銨鹽、氯化銨鹽、氫氧化物、氧化物、氟化物、溴化物和高氯酸鹽。在鐵鹽為亞鐵鹽的情況下，還可需要羥基離子源以促進(jìn)鐵鹽和砷的共沉淀。在Blakey等的2001年1月23日公布的美國專利No.6,177,015中更具體地描述了這種方法和材料。其它任選的固定劑是現(xiàn)有技術(shù)中公知的并且可與本文所述的含稀土固定劑組合使用。而且，應(yīng)該理解，這種任選的固定劑可從本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的任意來源獲得。將粒狀固體例如不溶性固定劑和不溶性含砷化合物從本文所述的各種溶液中分離用于進(jìn)一步的加工?？墒褂萌我庖后w-固體分離技術(shù)例如過濾、重力沉降、離心、旋液分離等來除去這種粒狀固體。在除去粒狀固體之前還可向該溶液加入任選的絮凝劑、凝結(jié)劑或稠化劑。這些試劑在實(shí)現(xiàn)所需的粒度和改善負(fù)載砷的固定劑的沉降性質(zhì)中是有用的。無機(jī)凝結(jié)劑的實(shí)例尤其是包括硫酸鐵、氯化鐵、硫酸亞鐵、硫酸鋁、鋁酸鈉、聚合氯化鋁、三氯化鋁。還可使用有機(jī)聚合物凝結(jié)劑和絮凝劑，例如聚丙烯酰胺(陽離子、非離子和陰離子)、EPI-DMA(表氯醇-二甲基胺)、DADMAC(聚氯化二烯丙基二甲基銨)、雙氰胺/曱醛聚合物、雙氰胺/胺聚合物、天然瓜爾膠等。在一個實(shí)施方式中，在第一分離器中將負(fù)載砷的固定劑與部分貧化的溶液分離。然后將該負(fù)載砷的固定劑引入與該分離器連接的過濾裝置，其中該固定劑進(jìn)一步過濾以產(chǎn)生濾液和負(fù)載砷的固體。將該固體從過濾裝置中引出以進(jìn)行合適的處置或進(jìn)一步處理。該過濾裝置的出口與第二接觸區(qū)流體連通，用于將濾液循環(huán)至第二接觸區(qū)，其中濾液與部分貧化的溶液組合并與新鮮的固定劑接觸。在另一實(shí)施方式中，將砷貧化溶液和部分飽和的固定劑的混合物引出第二接觸區(qū)并引入第二分離器用于將該固定劑與溶液分離。將該砷貧化溶液$1出分離器以進(jìn)行使用、處置或額外的加工。該分離器的出口與第一接觸區(qū)流體連通，用于將部分飽和的固定劑的漿料引到第一接觸區(qū)，其中該漿料與進(jìn)入的新鮮含砷溶液接觸。本發(fā)明的含稀土固定劑在它們在寬范圍的pH值和極端pH值下從溶液中除去砷的能力方面是特別有利的。當(dāng)含砷溶液與固定劑的第一部分接觸時，該含砷溶液的pH可小于約7。當(dāng)含砷溶液與固定劑的第一部分接觸時，更具體地說，該含砷溶液的pH可小于約4，且再更具體地說，該含砷溶液的pH可小于約3。在其它實(shí)施方式中，當(dāng)含砷溶液與固定劑的第一部分接觸時，該含砷溶液的pH可大于約7。當(dāng)含砷溶液與固定劑的第一部分接觸時，更具體地說，該含砷溶液的pH可大于約9,且再更具體地說，該含砷溶液的pH可大于約10。在期望調(diào)節(jié)或控制pH的方面來說，如現(xiàn)有技術(shù)中所公知的，可將任選的酸和/或石威添加加入到溶液中。酸添加可包4舌無才幾酸例如鹽酸或石危酸的添加。堿添加可包括氬氧化鈉、碳酸鈉、氬氧化鉤、氫氧化銨等的添加。當(dāng)含砷溶液包含可回收的金屬時，該方法可任選地包括在連接到第二接觸區(qū)的金屬回收裝置中從砷貧化溶液中分離可回收金屬的步驟。本文中使用的可回收金屬實(shí)際上可包括感興趣的任意金屬，但具體地說包括來自第IA族、第IIA族、第vni族和過渡金屬的金屬。在可回收金屬溶解于含砷溶液中的情況下，固定劑優(yōu)選為選擇性地從溶液吸附砷且不與可回收金屬反應(yīng)或者僅與可回收金屬弱反應(yīng)形成不溶產(chǎn)物的不溶性化合物?？赏ㄟ^使砷貧化溶液與金屬精煉工藝中的工藝物流組合從砷貧化溶液中分離可回收金屬。在一些實(shí)施方式中，可電解該砷貧化溶液以從溶液中分離可回收金屬。例如，在Kerfoot等的2003年5月27日公布的美國專利No.6，569，224中具體描述了通過電解精煉工藝除去污染物以形成溶液用于分離各種金屬。在其它實(shí)施方式中，可在連接到第二接觸區(qū)的沉淀槽中從砷貧化溶液中沉淀可回收金屬。ii當(dāng)部分貧化的溶液與固定劑第二部分接觸的步驟產(chǎn)生部分飽和的固定劑時，該方法可任選地包括將部分飽和的固定劑與砷貧化溶液分離。在這種實(shí)施方式中，該方法可進(jìn)一步包括將部分飽和的固定劑與含砷溶液的新鮮部分在至少部分砷通過部分飽和的固定劑固定的條件下接觸以形成第二部分貧化的溶液和負(fù)載砷的固定劑的步驟。將負(fù)載砷的固定劑與第二部分貧化的溶液分離。該方法還可任選地包括將第二部分貧化的溶液與固定劑的第三部分在至少部分砷通過固定劑固定的條件下接觸以得到砷貧化溶液的步驟?？赏ㄟ^浸取或提取從固體例如污染土壤、工業(yè)副產(chǎn)物和廢料中提取砷以從這種固體中釋放砷。因此，該方法還可任選地包括通過使含砷材料與砷提取劑接觸而形成含砷溶液的步驟，該砷提取劑包括無機(jī)鹽、無機(jī)酸、有機(jī)酸和堿劑中一種或多種。無機(jī)鹽砷提取劑的具體實(shí)例包括鉀鹽例如磷酸鉀、氯化鉀、硝酸鉀、硫酸鉀、高氯酸鈉等?？捎糜趶墓腆w中提取砷的無機(jī)酸的實(shí)例包括硫酸、硝酸、磷酸、鹽酸、高氯酸和其混合物。有機(jī)酸提取劑可包括檸檬酸、醋酸等。堿劑可包括氫氧化鈉等。在罐、容器或其它適于保存這種溶液和材料的器皿中使含砷材料與提取劑接觸?？砂ū谩⒒旌掀骰蚱渌线m的裝置用于促進(jìn)提取劑與含砷材料之間的攪拌和接觸。砷提取劑及其用途的更具體描述可參見M.Jang等的"RemediationOfArsenic-ContaminatedSolidsAndWashingEffluents"，CTz,神ere,60,pp344-354,(2005);M.GM.Alam等的"ChemicalExtractionofArsenicfromContaminatedSoil",/￡>vz,raw//e禍爿7bx脂aW5toE謂.訓(xùn)41(4),pp631-643(2006);和S.R.Al-Abed等的"ArsenicReleaseFromIronRichMineralProcessingWaste:InfluenceofpHandRedoxPotential",CTzemo—ere,66,pp775-782(2007)。附圖具體說明圖1是方法100的流程圖示。方法100包括將含砷溶液與固定劑的第一負(fù)載砷的固定劑的步驟105。在步驟110中，將負(fù)載砷的固定劑與部分貧化的溶液分離。在步驟115中，將部分貧化的溶液與固定劑的第二部分在至少部分砷通過固定劑固定的條件下接觸以產(chǎn)生砷貧化溶液。該固定劑包括含稀土化合物。圖2是設(shè)備200的示意圖。設(shè)備200從源201接收含砷溶液并將其引到混合罐205中的第一接觸區(qū)。罐205可任選地從源203接收新鮮固定劑和通過管線229接收部分飽和的固定劑。在罐205中使含砷溶液與固定劑接觸。罐205可任選地在該罐中包括混合器(未示出)以促進(jìn)含砷溶液和固定劑之間的攪拌和接觸。在該第一接觸區(qū)中，固定至少部分砷以產(chǎn)生部分貧化的溶液和負(fù)載砷的固定劑。如圖所示，溶液和固定劑兩者通過管線209轉(zhuǎn)移到分離器210,其中部分貧化的溶液與負(fù)載砷的固定劑分離。分離器210具有溢流出口，其將部分貧化的溶液通過管線211引入罐215。固定劑通過出口引到過濾器213。在過濾器213中，將固定劑過濾以產(chǎn)生濾液和負(fù)載砷的固體。該濾液通過管線219發(fā)送到罐215,其中其與來自分離器210的部分貧化的溶液再組合。在過濾器213中由固定劑產(chǎn)生的負(fù)載砷的固體通過管線225引出。部分貧化的溶液和濾液在罐215中組合并與來自源207的新鮮固定劑接觸。罐215可任選地在該罐中包括混合器(未示出)以促進(jìn)部分貧化的溶液和固定劑之間的攪拌和接觸。在該第二接觸區(qū)中，固定至少部分砷以產(chǎn)生砷貧化溶液。如圖所示，砷貧化溶液和固定劑通過管線221轉(zhuǎn)移到分離器227，其中砷貧化溶液與固定劑分離。分離器227中的固定劑用砷部分飽和并且可循環(huán)至罐205中的第一接觸區(qū)用于與源201的新鮮含砷溶液接觸。在分離器227中從固定劑分離的砷貧化溶液通過管線223引出設(shè)備200。實(shí)施例1:腐蝕性的含As采礦廢液的一次處理進(jìn)行這些實(shí)驗(yàn)以確定處理腐蝕性的含As溶液所必需的表面負(fù)載體積比。腐蝕性的含As溶液由5~7g/LAs(III)、20g/LNa2CO3、4g/L辟u酸鹽、4mg/LNi和1mg/LCu組成。該溶液的pH值為約10.5。這些實(shí)驗(yàn)中使用的固定劑為高表面積二氧化鈰，其通過在充分暴露于空氣的條件下在馬弗爐中30(TC下使碳酸鈰熱分解為Ce02制得。使用大約75。C下的200mL腐蝕性的含As溶液并加入3~20g熱分解的碳酸鈰來進(jìn)行一次處理實(shí)驗(yàn)。在試驗(yàn)條件下，二氧化鈰表面在80mg(As)/g(Ce)的負(fù)載下變飽和。當(dāng)加入大于10g二氧化鈰時，砷濃度下降到低于0.2%且該表面不再能負(fù)載至飽和容量。在表l中給出結(jié)果。2小時期間采集的觀測表明，系統(tǒng)快速達(dá)到穩(wěn)態(tài)，特別是在表面用砷變得飽和時。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>實(shí)施例2:腐蝕性的含As溶液的兩階段逆流處理腐蝕性的含As溶液通過向800mL的DI水中添加10gNaAs02、20gNa2C03、1mL1000ppm的硝酸銅標(biāo)準(zhǔn)物、O.4mL10000ppm的賄酸鎳標(biāo)準(zhǔn)物而制得。然后將腐蝕性的含As溶液稀釋至1整升并使用濃HC1將pH滴定降至10.5。在添加硫酸鎳和硫酸銅下，由于該腐蝕性溶液的高pH,大部分鎳和銅沉淀出來。所得腐蝕性的含As溶液由5g/LAs(III)、20g/LNa2CO3、300嗎/LNi和300ng/LCu組成。固定劑還是高表面積二氧化鈰，其通過在充分暴露于空氣的條件下在馬弗爐中300'C下使碳酸鈰熱分解為Ce02制得。兩階段逆流程序如下進(jìn)行循環(huán)1/階段1:將12g的300熱分解碳酸鈰添加到200mL溫度維持為70~80。C的腐蝕性的含As溶液中。在Watman紙上過濾該懸浮液，放棄負(fù)載砷的二氧化鈰，并將該上清液轉(zhuǎn)移到循環(huán)1/階段2。循環(huán)1/階段2:用12g的新鮮二氧化鈰再處理來自循環(huán)1/階段1的上清液。過濾該兩次處理的溶液，收集二氧化鈰并將其轉(zhuǎn)移到循環(huán)2/階段l。循環(huán)2/階段1:將從循環(huán)1/階段2收集的二氧化鈰加入200mL新鮮的腐蝕性的含As溶液中。過濾該懸浮液，放棄砷飽和的二氧化鈰，并將該上清液送到循環(huán)2/階段2。循環(huán)2/階段2:用12g的新鮮二氧化鈰再處理來自循環(huán)2/階段1的上清液。過濾該兩次處理的溶液，收集二氧化鈰并將其轉(zhuǎn)移到循環(huán)3/階段1。循環(huán)3/階段1:將從循環(huán)2/階段2收集的二氧化鈰加入200mL新鮮的腐蝕性的含As溶液中。過濾該懸浮液，放棄砷飽和的二氧化鈰，并將該上清液送到循環(huán)3/階段2。循環(huán)3/階段2:用12g的新鮮二氧化鈰再處理在循環(huán)3/階段1中過濾的上清液。該兩階段逆流處理的結(jié)果如表2所示。容量(C)考慮了在前一循環(huán)的階段2中吸附到表面上的砷的量。在所有的情況中，兩次處理溶液的砷濃度小于約10ppm。在每個階段使用12g二氧化鈰，兩階段逆流程序有效地降低砷濃度99.86%。2小時期間收集的觀測支持如下結(jié)論吸附動力學(xué)是有利的，特別是當(dāng)二氧化鈰表面用砷變得飽和時。考慮到已經(jīng)在循環(huán)1/階段2吸附的砷，循環(huán)2/階段l中觀測到二氧化鈰的容量與一次處理實(shí)驗(yàn)中建立的飽和容量是可比較的。然而，相對于實(shí)施例1所示例的一次處理試-驗(yàn)，兩階^:逆流試驗(yàn)中保留在溶液中的最終砷濃度與相同質(zhì)量的二氧化鈰的情況相比低大約2個數(shù)量級。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>實(shí)施例3:酸性含As溶液的兩階段逆流處理還將實(shí)施例2中使用的兩階段逆流處理程序應(yīng)用到含有35ppmAs(III)的酸性含As溶液。該酸性溶液通過向2L的去離子水中加入18.72mL5770ppmAs(m)、1074.3g硫酸鎳(II)、250gNaCl、0.63g硫酸鈷(II)、6mL1000ppm的硝酸鉛標(biāo)準(zhǔn)物和1.5mL1000ppm的硝酸銅標(biāo)準(zhǔn)物而制備。然后將該溶液稀釋至3L以產(chǎn)生大約2的pH。然后使用兩階段逆流程序，用熱分解碳酸鈰處理該酸性含As溶液。該方法用0.8g二氧化鈰處理1升的酸性含As溶液。觀察到鈰固定劑的一些溶解并將其與已處理溶液的砷濃度一起測量。結(jié)果如表3所示。在所有的情況中，兩次處理溶液的砷濃度小于約5ppm。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>以上公開的具體實(shí)施方式僅是說明性的，而本發(fā)明可以不同但等價的方式改變和實(shí)施，這些方式對于獲益于本文中教導(dǎo)的本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯然的。而且，除了所附權(quán)利要求中描述的內(nèi)容之外，不限制本文所示結(jié)構(gòu)或有這種變化被認(rèn)為在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)。因此，本文尋求的保護(hù)范圍如所附權(quán)利要求所闡明。權(quán)利要求1.從含砷溶液分離砷的方法，所述方法包括如下步驟將含砷溶液與固定劑的第一部分在至少部分砷通過固定劑固定的條件下接觸以產(chǎn)生部分貧化的溶液和負(fù)載砷的固定劑，其中所述固定劑包括含稀土化合物；將所述負(fù)載砷的固定劑與部分貧化的溶液分離；和將所述部分貧化的溶液與固定劑的第二部分在至少部分砷通過固定劑固定的條件下接觸以產(chǎn)生砷貧化溶液。2.權(quán)利要求1的方法，其中所述砷貧化溶液包含來自第IA族、第IIA族、第VIII族和過渡金屬的可回收金屬。3.權(quán)利要求2的方法，還包括將所述砷貧化溶液與金屬精煉工藝中的工藝物流組合以分離可回收金屬的步驟。4.權(quán)利要求2的方法，還包括從所述砷貧化溶液沉淀可回收金屬。5.權(quán)利要求2的方法，還包括電解所述砷貧化溶液以分離可回收金屬。6.權(quán)利要求1的方法，其中將所述部分貧化的溶液與固定劑的第二部分接觸的步驟產(chǎn)生部分飽和的固定劑，所述方法還包括如下步驟將所述部分飽和的固定劑與所述砷貧化溶液分離。7.權(quán)利要求6的方法，還包括述部分飽和的固定劑固定的條件下接觸以形成第二部分貧化的溶液和負(fù)載砷的固定劑；和將所述第二部分貧化的溶液與所述負(fù)載砷的固定劑分離。8.權(quán)利要求7的方法，還包括將所述第二部分貧化的溶液與固定劑的第三部分在至少部分砷通過固定劑固定的條件下接觸以得到砷貧化溶液。9.權(quán)利要求2的方法，其中可回收金屬處于溶解狀態(tài)，和所述固定劑包括不與可回收金屬反應(yīng)形成不溶產(chǎn)物的不溶性化合物。10.權(quán)利要求1的方法，其中所述含稀土化合物包含鈰、鑭、或鐠中的一種或多種。11.權(quán)利要求10的方法，其中所述含稀土化合物包括得自碳酸鈰的舍鈰化合物。12.權(quán)利要求10的方法，其中所述含稀土化合物包括二氧化鈰。13.權(quán)利要求1的方法，其中當(dāng)所述含砷溶液與固定劑的第一部分接觸時，該含砷溶液具有小于約7的pH。14.權(quán)利要求13的方法，其中當(dāng)所述含砷溶液與固定劑的第一部分接觸時，該含砷溶液具有小于約4的pH。15.權(quán)利要求14的方法，其中當(dāng)所述含砷溶液與固定劑的第一部分接觸時，該含砷溶液具有小于約3的pH。16.權(quán)利要求l的方法，其中當(dāng)所述含砷溶液與固定劑的第一部分接觸時，該含砷溶液具有大于約7的pH。17.權(quán)利要求16的方法，其中當(dāng)所述含砷溶液與固定劑的第一部分接觸時，該含砷溶液具有大于約9的pH。18.權(quán)利要求17的方法，其中當(dāng)所述含砷溶液與固定劑的第一部分接觸時，該含砷溶液具有大于約10的pH。19.權(quán)利要求l的方法，其中當(dāng)所述含砷溶液與固定劑的第一部分接觸時，該含砷溶液包含大于約1000ppm的好u酸鹽。20.權(quán)利要求1的方法，還包括通過使含砷材料與溶浸劑接觸而形成含砷溶液的步驟，所述溶浸劑包括無機(jī)鹽、無機(jī)酸、有機(jī)酸和堿劑中的一種或多種。21.權(quán)利要求20的方法，其中所述堿劑包括氫氧化鈉。22.權(quán)利要求1的方法，其中所述砷貧化溶液包含砷的量小于約20ppm。23.權(quán)利要求1的方法，其中所述固定劑的第一部分在與所述含砷溶液接觸之前基本上不含砷。24.權(quán)利要求1的方法，其中所述固定劑的第一部分至少用砷部分飽和。25.權(quán)利要求24的方法，其中相對于每克固定劑，用砷部分飽和的固定劑包含約0.1mg~約80mg的砷。26.從含砷溶液分離砷的設(shè)備，所述設(shè)備包括適于接收含砷溶液的第一接觸區(qū)，所述第一接觸區(qū)具有固定劑，用于與該含砷溶液接觸并固定至少部分砷以產(chǎn)生部分貧化的溶液，其中所述固定劑包括含稀土化合物；適于接收部分貧化的溶液的第二接觸區(qū)，所述第二接觸區(qū)具有固定劑，設(shè)置于所述第一接觸區(qū)和第二接觸區(qū)中間的第一分離器，用于將固定劑與部分貧化的溶液分離。27.權(quán)利要求26的設(shè)備，其中所述含稀土化合物包含鈰、鑭或鐠中的一種或多種。28.權(quán)利要求27的設(shè)備，其中所述含稀土化合物包括得自碳酸鈰的含鈰化合物。29.權(quán)利要求27的設(shè)備，其中所述含稀土化合物包括二氧化鈰。30.權(quán)利要求26的設(shè)備，還包括連接到所述第二接觸區(qū)的第二分離器，用于將固定劑與所述砷貧化溶液分離。31.權(quán)利要求30的設(shè)備，其中所述第二分離器包括用于提供與所述第一接觸區(qū)流體連通的出口，用于將部分飽和的固定劑引入所述第一接觸區(qū)。32.權(quán)利要求26的設(shè)備，還包括可操作地連接到所述第一分離器的過濾裝置，用于接收負(fù)載砷的固定劑并產(chǎn)生濾液。33.權(quán)利要求32的設(shè)備，其中所述過濾裝置包括用于提供與所述第一接觸區(qū)流體連通的出口，用于將濾液引入所述第一接觸區(qū)。34.權(quán)利要求26的設(shè)備，還包括連接到所述第二接觸區(qū)的金屬回收裝置，用于將可回收金屬與所述砷貧化溶液分離。35.權(quán)利要求34的設(shè)備，其中所述金屬回收裝置包括沉淀槽和電解器的一種或多種。全文摘要從含砷水溶液分離砷的方法和設(shè)備。該方法包括使含砷溶液與固定劑的第一部分接觸以除去至少部分砷的步驟。將負(fù)載砷的固定劑與該溶液分離并使部分貧化的溶液與固定劑的第二部分接觸。所述固定劑可包括含有鈰、鑭、或鐠中一種或多種的高表面積不溶性化合物。除去砷之后，可通過金屬精煉進(jìn)一步加工所述砷貧化溶液以分離可回收金屬?？蛇^濾該負(fù)載砷的固定劑以回收并循環(huán)濾液至所述溶液以進(jìn)行額外的處理，以及使用部分飽和的固定劑從新鮮溶液中除去砷。含砷溶液可由含砷固體如污染土壤、工業(yè)副產(chǎn)物和廢料形成。文檔編號C02F1/58GK101636356SQ200780051760公開日2010年1月27日申請日期2007年12月18日優(yōu)先權(quán)日2006年12月28日發(fā)明者C·布羅克·奧凱利,卡爾·R·哈斯勒,查爾斯·F·懷特黑德,約翰·L·伯巴三世申請人:莫利康普礦物有限責(zé)任公司