從豎爐煙灰中綜合回收鋅和銅的工藝研究

張 帆，李相良

（1.江蘇北礦金屬循環(huán)利用科技有限公司，江蘇 徐州 221006；2.北京礦冶科技集團(tuán)有限公司，北京 100160）

合理處理銅冶煉煙灰不僅是環(huán)保治理的要求，同時(shí)也具有經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的雙重效益。世界各國(guó)的冶煉煙灰綜合利用技術(shù)大致都沿著由火法為主到以濕法為主的趨勢(shì)發(fā)展。受原料、工藝條件等因素的影響，銅冶煉煙灰化學(xué)成分與物相組成均十分復(fù)雜且波動(dòng)較大，很難有統(tǒng)一的處理方式[1]。

20世紀(jì)60年代以前，我國(guó)銅冶煉煙灰的處理完全采用傳統(tǒng)的火法流程，處理銅轉(zhuǎn)爐煙灰的目的只是為了回收其中的鋅和鉛，大部分的有價(jià)金屬?zèng)]有得到有效的綜合回收利用[2]。20世紀(jì)80年代后，隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保等問題的越來越重視，濕法和選礦法相繼運(yùn)用到冶煉煙灰的處理中。

某銅廠每年產(chǎn)出豎爐煙灰約300 t，其中鋅、鉛、銅等有價(jià)金屬的含量均較高。本文采用濕法工藝對(duì)其中的有價(jià)元素進(jìn)行回收，探索出一條最佳的工藝方案，鋅和銅的浸出都達(dá)到了理想效果。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原料

本試驗(yàn)所用原料由某銅廠豎爐熔煉過程產(chǎn)生，豎爐煙灰質(zhì)輕，堆比重為0.696 g/cm3。含水率較低，僅為3.56%。主要元素含量如表1所示。

為了查明煙灰中鋅的主要存在形式，對(duì)其進(jìn)行了化學(xué)物相分析，結(jié)果如表2所示。

表1 陽極爐煙灰中的主要元素含量

表2 豎爐煙灰鋅化學(xué)物相分析結(jié)果

化學(xué)物相分析表明，6.59%的鋅以硫化鋅形式存在，32.16%的鋅被鐵礦物包裹，這兩部分鋅的浸出效果決定了煙灰中鋅的浸出率，因此需要對(duì)這兩部分鋅重點(diǎn)關(guān)注。

1.2 試驗(yàn)方法

浸出試驗(yàn)在燒杯中進(jìn)行。稱取一定量的原料置于燒杯中，按一定液固比加入浸出劑，室溫下或置于恒溫水浴鍋中加熱至預(yù)設(shè)溫度，進(jìn)行機(jī)械攪拌浸出，浸出結(jié)束后過濾、洗滌，濾液和濾渣（60℃烘干）分別取樣送分析。

2 結(jié)果與討論

豎爐煙灰銅、鋅含量相對(duì)較低，尤其是鋅含量。本研究主要考察了硫酸用量、反應(yīng)時(shí)間、溫度及氧化劑等因素對(duì)銅、鋅浸出率的影響。

2.1 硫酸用量的影響

煙灰50 g，液固比4:1，反應(yīng)溫度80℃，反應(yīng)時(shí)間1 h，主要考察硫酸用量對(duì)鋅、銅浸出率的影響，如圖1所示。

由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，豎爐煙灰中Cu、Zn的浸出率均隨加酸量的增加而提高。尤其是Zn的浸出率隨初始酸度的變化較銅而言尤為明顯。在不加酸的條件下，煙灰中的可溶鋅約40%被浸出來，較多的鋅需要在高的酸度條件下才可以浸出，當(dāng)初始酸度為75 g/L時(shí)，鋅的浸出率為86.93%。煙灰中的銅直接酸浸，較難浸出，僅能浸出不足60%。對(duì)于豎爐煙灰，為保證鋅的浸出率，應(yīng)采用較高的酸度條件，但原料中的銅分散在液固兩相，不利于回收。煙灰中難于浸出的銅應(yīng)為硫化銅，后續(xù)試驗(yàn)中可采用高酸條件下加入氧化劑的方式，使煙灰中的銅和鋅均進(jìn)入溶液。

圖1 硫酸用量對(duì)豎爐煙灰浸出的影響

圖2 浸出渣掃描電鏡分析

研究中對(duì)硫酸用量5.0 g、浸出終點(diǎn)pH值2.0的浸出渣進(jìn)行了詳細(xì)的掃描電鏡分析，該渣中鋅含量8.74%，鋅浸出率僅為52.48%，典型含鋅點(diǎn)物質(zhì)組成如圖2所示。由能譜分析結(jié)果可以看出，渣中鋅存在形式較為復(fù)雜，部分鋅與鐵、鉛共存，推斷部分鋅以鐵酸鋅形式存在。

2.2 反應(yīng)時(shí)間的影響

煙灰50 g，液固比4:1，加酸量10 g，初始酸濃度50 g/L，反應(yīng)溫度80℃，主要考察反應(yīng)時(shí)間的影響，如圖3所示。

由試驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，鋅的浸出率升高，而銅的浸出率隨時(shí)間變化不明顯。

2.3 反應(yīng)溫度的影響

煙灰50 g，液固比4:1，加酸量10 g，初始酸濃度50 g/L，反應(yīng)時(shí)間1 h，主要考察溫度的影響，如圖4所示。

由試驗(yàn)結(jié)果可以看出，反應(yīng)溫度對(duì)銅浸出率影響較小。隨著反應(yīng)溫度的升高，鋅的浸出率逐漸上升。

圖3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)豎爐煙灰浸出的影響

圖4 反應(yīng)溫度對(duì)豎爐煙灰浸出的影響

2.4 氧化劑的影響

為促進(jìn)豎爐煙灰中銅的浸出，采用加入氧化劑H2O2的方式，將原料中的硫化銅等難浸組分氧化浸出。試驗(yàn)條件為：煙灰50 g，液固比4:1，加酸量25 g，反應(yīng)時(shí)間1 h。

圖5 氧化劑用量對(duì)豎爐煙灰浸出的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明，雙氧水的添加對(duì)銅的浸出具有明顯的促進(jìn)作用，隨著雙氧水用量的增加，Cu浸出率升高，當(dāng)H2O2用量為6.9 g時(shí)，Cu的浸出率可達(dá)93.99%，渣含銅降至0.86%。雙氧水對(duì)Zn浸出率的提高不顯著。

3 結(jié)論

試驗(yàn)結(jié)果表明，煙灰50 g，液固比4:1，溫度60℃，反應(yīng)時(shí)間1 h，硫酸用量25 g，雙氧水用量6.9 g，在此最佳浸出工藝條件下，鋅的浸出率可達(dá)90.02%，銅的浸出率可達(dá)93.99%。此礦物中部分鋅和銅以硫化鋅、硫化銅形式存在，是造成酸浸工藝下鋅、銅浸出率偏低的原因，需對(duì)此浸出渣再進(jìn)行其他工藝處理，以回收這部分鋅和銅。

1 侯棟科，彭 兵，柴立元，等.鋅焙砂的選擇性還原焙燒硫酸浸出工藝研究[J].有色金屬科學(xué)與工程，2014，5（1）：1?8.

2 李 密.鋅焙砂選擇性還原與鐵鋅分離的基礎(chǔ)研究[D].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)，2013.