濕法鋅冶煉海綿銅渣濕法提取工藝關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用

張國瑩，曾 鵬，鄧長青，姜 艷，王秋銀，陶余彩

（云南云銅鋅業(yè)股份有限公司，云南 昆明 650102）

濕法煉鋅凈化工藝通常采用三段銻鹽凈化，在一段凈化產(chǎn)出含銅45%～50%的海綿銅渣，是鋅冶煉價(jià)值較高的副產(chǎn)品，處理該渣工藝有火法冶金和濕法冶金流程[1]。由于濕法冶金投資較少[2]，適合小規(guī)模生產(chǎn)，其工藝開路的高鋅、低銅溶液可直接進(jìn)入鋅冶煉系統(tǒng)回收鋅，形成閉合的綜合回收工藝系統(tǒng)，因此濕法處理海綿銅渣工藝較多。從目前國內(nèi)外濕法處理海綿銅渣工藝來看，普遍采用浸出—萃取—電積工藝流程，該工藝的核心是如何解決海綿銅渣浸出率低、成本高等問題，針對該問題開展了海綿銅渣濕法浸出關(guān)鍵技術(shù)研究工作。

1 實(shí)驗(yàn)原料及工藝流程

圖1 銅渣處理工藝流程

（1）實(shí)驗(yàn)原料。我廠凈化工序鎘回收車間產(chǎn)出的海綿銅渣，主要成分見表1。根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)研究資料，海綿銅渣中的Cu、Zn、Cd等元素主要以金屬態(tài)存在,少量以硫酸鹽形態(tài)及氧化物形態(tài)存在。

表1 海綿銅渣主要化學(xué)成分（%）

（2）海綿銅渣處理工藝流程。海綿銅渣經(jīng)過三次浸出后，富銅液（Cu2+：40g/L～50g/L）進(jìn)電積系統(tǒng)，產(chǎn)出的鉛銀渣作為副產(chǎn)品外賣。浸出化學(xué)反應(yīng)為：Cu+H2SO4+1/2O2=CuSO4+H2O。

2 海綿銅渣浸出工藝研究

2.1 常規(guī)攪拌+單頭直吹通氧管銅渣浸出試驗(yàn)

試驗(yàn)條件：液固比=5∶1，T=80℃，t=6h，CH2SO4=370g/L，CH2SO4=240g/L；氧化劑類型：O2,實(shí)驗(yàn)用直吹通氧管如圖2。從試驗(yàn)結(jié)果看，用單頭直吹通氧管進(jìn)行試驗(yàn)，不論是低酸還是高酸結(jié)果均為Zn、Cu浸出率低、渣率大，分析原因?yàn)樵囼?yàn)過程中通氧管經(jīng)常被渣堵塞，通氧效果差及氧氣分散率低所致。

2.2 常規(guī)攪拌+不同氧化劑浸出

試驗(yàn)選擇H2O2、KMnO4、錳粉三種氧化劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，具體如下。試驗(yàn)條件：液固比=5∶1，T=80℃，t=4h，CH2SO4=300g/L；H2O2加入量為理論量的0.2倍、0.4倍、0.6倍、0.8倍。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，H2O2加入量為理論量的0.8倍時(shí)，渣計(jì)Cu浸出率最高達(dá)到86.6%，渣率40.4%，Cu浸出率有大幅提升，效果較好。

2.3 KMnO4氧化劑實(shí)驗(yàn)

試驗(yàn)條件：液：固=5∶1，T=80℃，t=4h，CH2SO4=300g/L；KMnO4加入量為理論量的0.2倍、0.4倍、0.6倍、0.8倍。

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，KMnO4加入量為理論量的0.6倍時(shí)，渣計(jì)Cu浸出率最高達(dá)到了99.5%，渣率35.2%。因此，氧化劑KMnO4加入量為理論量的0.6倍效果最佳。

圖2 試驗(yàn)用單頭直吹通氧管與水解吸風(fēng)攪拌示意圖

2.4 錳粉氧化劑試驗(yàn)

試驗(yàn)條件：液固比=5∶1，T=80℃，t=4h，CH2SO4=300g/L；錳粉加入量為理論量的0.2倍、0.4倍、0.6倍、0.8倍。

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，錳粉加入量為理論量的0.6倍時(shí)，渣計(jì)Cu浸出率最高達(dá)到了96.5%，渣率30.9%。因此，錳粉氧化劑加入量為理論量的0.6倍效果最佳。

2.5 不同氧化劑浸出試驗(yàn)結(jié)論

綜合以上3種氧化劑實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，H2O2作為氧化劑Cu浸出率最高為86.6%，KMnO4作為氧化劑Cu浸出率最高為99.5%，錳粉作為氧化劑Cu浸出率最高為96.5%，因此，KMnO4作為氧化劑實(shí)現(xiàn)銅浸出率最高，但由于高錳酸鉀價(jià)格高、加入量大，使用成本高，難以產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

2.6 水解吸風(fēng)攪拌浸出技術(shù)實(shí)驗(yàn)

為提高氧氣在溶液中分散效果，解決3.1出現(xiàn)的問題，借鑒濕法煉鋅中除鐵技術(shù)，采用吸風(fēng)攪拌浸出技術(shù)開展海綿銅三段浸出實(shí)驗(yàn)。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，與單頭直吹通氧管實(shí)驗(yàn)和添加氧化劑實(shí)驗(yàn)相比，銅浸出率得到大幅度提高，銅浸出率達(dá)到98%，終渣含銅降低至2%以下。通過該實(shí)驗(yàn)說明，只要氧氣在浸出液中分散率高，同樣可以取得良好的浸出指標(biāo)。

3 結(jié)論

通過海綿銅渣浸出實(shí)驗(yàn)研究，創(chuàng)新的將鋅冶煉水解吸風(fēng)攪拌技術(shù)應(yīng)用于海綿銅渣三段浸出組合工藝中，成功的解決了氧氣分散率低、添加氧化劑成本高等問題，取得了海綿銅渣浸出率98%、終渣含銅2%以下的優(yōu)異指標(biāo)。產(chǎn)業(yè)化指標(biāo)銅浸出率達(dá)到98%以上、鋅浸出率75%，實(shí)驗(yàn)指標(biāo)得到了進(jìn)一步驗(yàn)證。

[1]紀(jì)武仁,李玉.鋅冶煉銅渣提取銅、鋅、鎘的試驗(yàn)研究[J].甘肅冶金 ,2012,34(4)：53-55.

[2]朱心明,陳茂生,寧平,等.銅渣的濕法處理現(xiàn)狀[J].材料導(dǎo)報(bào),2013,27(s2)：280-284.