《有色冶炼含砷物料副产砷铁合金》编制说明

有色冶炼含砷物料副产砷铁合金

编制说明

一、工作概况

1、任务来源

《有色冶炼含砷物料副产砷铁合金》团体标准是由中国物资再

生协会批准立项，文件号：物再协函﹝2022﹞25号，由中国物资再

生协会归口。本标准由中国物资再生协会湿法冶金分会牵头组织编

制，由中南大学、昆明理工大学、国投金城冶金有限责任公司、云

南铜业科技发展股份有限公司、郴州金铖环保科技有限公司、耒阳

市焱鑫有色金属有限公司标准起草组联合编制。

2、协作单位

主要参编单位有：广西万仕智稀贵金属科技有限公司、陕西金

禹科技发展有限公司、云南省生态环境科学研究院、江西江铜环境

资源有限公司、山东中金岭南铜业有限责任公司、益阳生力材料科

技股份有限公司、冷水江锑都环保有限责任公司、河南金利金铅集

团有限公司、湖南万隆智能科技有限公司、广东飞南资源利用股份

有限公司、安徽铜冠有色金属（池州）有限公司、湖南锐异资环科

技有限公司、湖南株冶环保科技有限公司、中原黄金冶炼厂、山东

黄金矿业科技有限公司选冶实验室分公司，包头华鼎铜业发展有限

公司。

参编单位由科研院所、相关协会、产废企业、资源化利用企

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业、下游使用企业以及行业专家等构成。

3、主要工作过程

标准起草从2022年11月开始，可分为以下几个阶段：

第一阶段：前期预研究及调研分析

在编制标准前，中国物资再生协会湿法冶金分会配合生态环境部

“重金属污染防治”重点任务，由生态环境部固体废物与化学品管理

技术中心联合中国物资再生协会湿法冶金分会组成调研组，赴内蒙、

河南、湖南、云南等地调研了含砷危废产生企业、处置企业、砷铁合

金生产技术提供单位、砷铁合金生产企业、配重产品生产企业。并充

分收集了相应的国内外标准、科技文献等参考资料，经过一系列的试

验、检测，明确了需要制定的产品标准及标准编制的目的、范围和内

容框架。

第二阶段：成立起草小组

根据任务要求，2022年11月份积极组织筹备和征集标准起草单

位。经过征集、评审和筛选，并最终确定了标准起草工作组的成员

单位。于2023年5月成立了以生态环境部固体废物与化学品管理技术

中心、中南大学、昆明理工大学、国投金城冶金有限责任公司、云

南铜业科技发展股份有限公司、郴州金铖环保科技有限公司、耒阳

市焱鑫有色金属有限公司为主要起草单位的标准编制工作起草小

组，组织标准编制。

第三阶段：标准起草阶段

标准起草组制定了标准编制工作计划、编写大纲、明确任务分工

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及各阶段进度时间。同时，标准起草工作组成员认真学习了GB/T1.1-

-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》，

结合标准制定工作程序的各个环节，进行了探讨和研究。

2023年6月-10月，根据工作计划，标准起草组在标准草案的基

础上经过广泛调研，收集整理资料、综合分析数据，起草了《有色

冶炼含砷物料副产砷铁合金》标准及编制说明的工作组讨论稿。

2023年11月2日，标准起草组组织召开标准中期评审会，并依据

专家意见修改形成《有色冶炼含砷物料副产砷铁合金》标准及编制

说明的征求意见稿。

二、标准编制原则和确定标准主要内容

1、编制原则

本标准的制定工作遵循“统一性、协调性、适用性、一致性、

规范性”的原则，本着先进性、科学性、合理性和可操作性的原

则，按照GB/T1.1--2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的

结构和起草规则》给出的规则编写。

协调一致：标准与《中华人民共和国固体废物污染环境防治

法》（2020年4月29日第十三届全国人民代表大会常务委员会第十七

次会议第二次修订）、GB/T6678、HG/T3852、GB5085.3、

GB6675等法律、标准等内容协调一致。

指标可靠：本标准所列出的砷合金产品相关技术指标，是在对

前期工业化生产制备的产品进行重复检验基础上给出的。

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操作性强：本标准所列方法、指标是在充分调研、实验基础上

提出的，具体、适用、可操作。

2、标准主要内容

本文件设置10个章节，具体包括：

(1)范围

明确标准的适用范围。

(2)规范性引用文件

详细列出本文件使用时所涉及的规范性文件。

(3)术语和定义

对有色冶炼含砷物料副产砷铁合金的来源、制备方法、检测方

法等术语和定义做出规范。

（4）产品分类

按主要化学成分砷和铁的质量分数不同，分为三个品级。

（5）技术要求

明确化学成分、堆积比重、外观质量、浸出毒性等指标。

（6）试验方法

给出了产品化学成分、密度、外观质量、浸出毒性的检测方

法。

（7）检验规则

规定了检验与验收、组批、检验项目、取样和制样、判定规则

等内容。

（8）标志、包装、运输、贮存

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规定了产品标志、包装、运输、贮存等内容。

（9）订货单内容

规定了所列产品的订货单内，需列出的主要内容

（10）二次污染防治和全生命周期管理

规定了砷铁合金产品在加工生产、产品使用、产品报废后回收

等全生命周期的管理措施。

三、若标准的技术内容涉及专利，则应列出相关专利的目录及其使用

理由。

1.一种基于砷铁白冰铜的固砷方法(童志博):采用二次熔融急冷

固砷的方法降低砷铁合金的毒性。

作为砷铁合金制备的急冷方法，这种方法能够有效的细化砷铁

合金的晶相尺寸，使砷铁合金的孔洞更加细小，处理后的砷不易被

浸出，砷铁合金毒性得到大幅度降低。

四、主要试验或验证的分析、综述报告、技术经济论证，预期的经济

效果。

1、主要试验和验证分析

针对不同砷铁合金产品，针对其成分、性质及产品应用稳定性

分析。

（1）产品组分及成分分析

调研了典型企业砷铁合金样品（河南灵宝金铖、湖南郴州金铖

环保公司、湖南恒晟环保公司等）特征，结果如表所示。分析表

明，所获得的砷铁合金产品成分如下：其中铁含量为55-78%，砷含

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量波动范围为16-29%，砷铁总含量在80.07%-96.50%。综合考虑到

生产实际情况，砷铁总含量应不小于85%，其中Fe≥60%，18%≤As

≤30%；由于生产过程可能会引入铅等重金属，规定铅等重金属含

量应小于2.0%。

典型企业砷铁合金成分表

样品名称（%）CuSPbZnSbNiAsFeAs+Fe

样品10.632.900.030.010.67-17.9178.5996.50

样品21.10-0.030.030.770.1316.876.6893.48

样品31.214.530.720.380.430.2524.0166.7790.78

样品41.432.440.16-1.120.9425.6368.9794.60

样品50.8611.333.42-0.770.1122.1560.4682.61

样品60.965.331.290.300.670.1528.1955.2183.40

样品71.853.980.850.031.220.2934.6854.2488.92

样品80.924.750.350.112.980.2724.1755.980.07

样品90.833.560.280.022.720.1927.1962.4489.63

注：河南灵宝金铖：样品1-5、秦岭固废公司：样品6、湖南恒晟环保：样品7、湖南郴州金

铖；样品8、焱鑫有色金属：样品9。

典型行业砷铁合金浸出毒性表

公司名称密度As浸出毒性(mg/L)Pb浸出毒性(mg/L)

g/cm3

河南灵宝金城6.3-6.50.58~2.250.36-

云南昆明74.630.08

湖南恒晟环保6.820.880.16

郴州金铖5.84.720.04

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焱鑫公司5.8~6.50.76-

-表示数据尚在采集中

依据危废浸出毒性鉴别标准（GB5085-2019）采用硫酸硝酸法

（HJ/T299）两种方法，对砷铁合金浸出毒性进行分析，结果发

现：砷浸出毒性与砷铁元素的含量相关性不大，硫酸硝酸法检测出

的砷、铅等浸出毒性均低于危废鉴别标准（<5mg/L)。

（2）砷冰铁其他性能分析

分析了砷冰铁微观形貌、元素分布及物相组成。结果表明砷铁

合金中主要物相为Fe2As、FeS等物相，其中铁、砷元素分布较为均

匀。分析了砷铁物相的TG-DSC曲线，结果表明，砷铁物相在900℃

以下具有良好的高温稳定性。

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图5As-Fe合金XRD、SEM以及TG-DSC分析

（3）不同砷含量合金产品性质分析

图5不同As-Fe比合金的SEM图

为验证砷含量对合金产品性能、毒性的影响，实验室合成了不同

砷含量的砷铁合金样品，并对其密度及浸出毒性进行了研究。

1）砷含量对微观形貌的影响。采用SEM对合成的砷铁合金样品

（含砷20%-75%）进行分析。结果表明砷含量<65%的范围内，砷含

量变化对砷铁合金外观形貌影响不大，砷铁合金的致密程度和孔隙

率变化较小；但是，当砷过量的加入时，例如样品Fe-75%As合金与

其它烧结样品有着明显不同的微观结构，该合金形貌表现出多个孔

隙和连接成网络的结构，这可能是由于As含量的过度增加，导致样

品更容易被氧化。

2）砷含量对密度的影响。不同砷含量对砷铁合金密度的影响如

图8（a）所示，结果表明对于本次实验合成的砷铁合金样品，当砷含

量在20%-55%时，纯砷铁合金密度在7.46-7.70g/cm3之间波动；但当

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砷含量超过55%时，实验样品的密度开始大幅下降。

3）砷含量对浸出毒性的影响。浸出毒性采用TCLP和HJ/T299-

2007两种方法进试验，以探究环境稳定性最佳的砷铁化合物状态。对

比两种浸出毒性鉴别方法可以发现，浸出试验都证实，砷含量<30%

时，砷浸出浓度均低于5mg/L，但是当砷含量>30%后，砷浓度急剧升

高，因此砷铁合金中的砷含量控制在30%以内。

图8不同砷含量As-Fe合金的密度及浸出毒性

（4）砷铁合金产品配重件制备工艺

调研了湖南某工程机械配重企业生产工艺流程，该企业是全国

最大工程配重组件生产企业之一，其填充物包括废钢、硫铁矿、生

铁、砷铁合金等，其生产工艺如上图所示。含铁物料按照一定配重

放入固定模具中，填充入水泥并振实，水泥凝固后用钢板（10mm）

封存，后进行喷漆防腐。从现有工艺来看，配重块采用“低毒性砷

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铁物相+水泥固化+钢板封存+漆面防腐”的多重保护，可以确保砷

铁合金的环境稳定性，但需要对其配重组建进行全生命周期的追踪

与管理。

2、综述与技术经济论证

砷铁合金是一种重要的铁合金产品，由铁、砷、硅等元素组

成。它具有高熔点、稳定性好等优点，广泛应用于钢铁冶炼、航空

航天、电子、化工、医药等领域。冶金过程中砷铁合金常被作为配

重材料，其起源为高温火法脱砷提纯有价金属过程中的一个副产物

——砷冰铁(Fewt%为69-74%，Aswt%为25-30%)，其状态为一种

金属熔融体，毒性相对较低，对环境影响较小，具有一定的比重。

砷冰铁的制备原料大多是有色冶炼过程产生的高砷固体物料(如高温

熔炼烟灰、熔炼废渣、浸出废渣等)，这些高砷物料中除了有毒元素

砷之外还含有铜、铅、锌等有价金属，因此砷冰铁是上述有价金属

提取过程产生的副产品，然而高温熔炼过程中，容易出现砷挥发造

成二次污染等问题，同时其产品价值较低，目前砷冰铁配重块应用

于市场中并没有具体的标准规范，其市场应用存在较大争议。

五、采用国际标准或国外先进标准的目的、意义和一致性程度；我国

标准与被采用标准的主要差异及其原因；以及与国际、国外同类标准

水平的对比情况。

5.1我国涉砷环境质量标准对比

1.根据《危险废物填埋污染控制标准》（GB18598-2019）规

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定：根据《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》（HJ/T299）

制备的浸出液中砷（以总砷计）成分浓度不得超过5mg/L限值，若

超过则判定该固废是具有浸出毒性特征的危险废物。本文件中砷合

金中砷的标准限值可采用国家现有的标准值5.0mg/L。

2.根据《固体废物浸出毒性浸出方法醋酸缓冲溶液法》（HJ/T

300-2007）制备的浸出液中砷（以总砷计）成分浓度不得超过5

mg/L限值，若超过则判定该固废是具有浸出毒性特征的危险废物。

本文件中砷合金中砷的标准限值可采用国家现有的标准值5mg/L。

3.按照第Ⅰ一般工业固体废物的要求：按照HJ557规定方法获得

的浸出液中任何一种特征污染物浓度均未超过GB8978最高允许排放

浓度（第二类污染物最高允许排放浓度按照一级标准执行），且pH

值在6～9范围之内的一般工业固体废物。本文件中砷的标准限制

可采用国家现有的标准值0.5mg/L。此标准能有效模拟砷铁合金在日

常使用的环境中遇到雨水等情况的砷释放量，为砷铁合金的安全使

用提供有力支撑。

5.2国内外砷合金标准对比

目前通过文献和相关标准网站进行查阅，发现国际上对砷合金

特别是砷铁合金相关的标准规定较少，几乎没有相关数据。制定比

较规范的就是团体标准《配重砷铁合金急冷制备技术规程》、砷铜

合金和砷化镓单晶（GB/T20228-2006）。国际标准分类中，砷合金

涉及到有色金属、黑色金属、金属材料试验、焊接、航空航天制造

用材料、分析化学等。

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1.团体标准《配重砷铁合金急冷制备技术规程》中规定，急冷

制备的配种粗砷铁合金技术指标要求为：密度5.8g/cm3~6.5g/cm3，

细粒大小0.1mm~2.0mm，水浸出砷含量＜0.5mg/L，砷毒性浸出按照

《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》（HJ/T299），不超过

5mg/L限值。此标准适用于二次熔融制备的砷铁合金。

2.对于单质砷，湖南水口山有色金属集团有限公司起草了一份

相关的行业标准，该标准规定了砷的要求、实验方法、检验规则及

标志、包装、运输、储存、质量证明书、合同及安全。砷的化学成

分主要让如下表所示：

对于砷晶体主要是砷化镓单晶（GB/T20228-2006）：本标准规

定了砷化镓单晶的产品分类，技术要求，试验方法，检验规则和标

志，包装等。本标准适用于各种方法生长的砷化镓单晶，产品主要

用于光电器件，微波器件，集成电路，传感件和窗口材料等的制

作。

3.国际上，（美国）海军关于砷合金的标准有：NAVYMIL-C-

15726F(1)-1991线杆棒条片板型红砷镍矿合金及NAVYMIL-C-

15726F-1988线杆棒条片板型红砷镍矿合金。

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5.3相关砷合金含量检测方法

对于相关的砷含量检测方法，我国国家市场监督管理总局、中

国国家标准化管理委员会，对金砷合金化学分析方法砷含量的测定

制定了相关的标准（GB/T39143-2020）；国家质检总局也制定了一

系列相关的砷合金中砷含量的测定标准。

1.英国标准学会关于砷合金的标准主要是涉及到砷含量的测

定：BS3338-9-1965锡及锡合金取样及分析方法，轴承用巴比合金

中砷含量的测定方法。

砷铜合金15-5-3属巴氏合金，是一种轴承材料，是唯一适合