金銅冶煉高砷煙塵酸浸工藝研究

李曉恒， 田 靜， 陳俊華， 高強(qiáng)文， 武岳彪

(1.河南省黃金資源綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 河南 三門(mén)峽 472000；2.河南中原黃金冶煉廠有限責(zé)任公司， 河南 三門(mén)峽 472000)

河南中原黃金冶煉廠有限責(zé)任公司是目前世界上首次實(shí)現(xiàn)底吹熔池熔煉與旋浮吹煉工藝技術(shù)相結(jié)合的有色冶煉企業(yè)，設(shè)計(jì)規(guī)模年處理復(fù)雜金銅精礦150萬(wàn)t。工藝流程為富氧底吹熔池熔煉→旋浮吹煉→回轉(zhuǎn)式陽(yáng)極爐精煉→永久不銹鋼陰極電解→熔煉渣選礦。底吹熔煉系統(tǒng)自2015年6月投料生產(chǎn)以來(lái)，每天從電收塵系統(tǒng)產(chǎn)出白煙塵約110 t，其含銅、砷、鉛、金和銀等有價(jià)金屬，如果直接返回使用，則增大入爐原料的雜質(zhì)含量，造成爐況惡化，影響爐子處理能力，特別是砷的不斷循環(huán)富集，影響制酸工序正常生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量[1]。因此本實(shí)驗(yàn)實(shí)踐之前，

該公司的白煙塵都一直外售給有危險(xiǎn)固廢處置資質(zhì)的單位處理，造成了資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。

由于受入爐原料、冶煉工藝的影響，白煙塵成分復(fù)雜，元素成分及物相組成波動(dòng)較大，很難有統(tǒng)一的處理方法。大多數(shù)銅冶煉企業(yè)從白煙塵中回收銅基本都采用濕法浸出工藝，本實(shí)驗(yàn)采用濕法處理工藝從白煙塵中分離銅、砷、鋅等元素[1-3]。

1 實(shí)驗(yàn)原料及實(shí)驗(yàn)原理

實(shí)驗(yàn)所用的白煙塵的主要成分見(jiàn)表1。

表1 白煙塵多元素分析結(jié)果 %

注：*單位為g/t

從表1可以看出，除有害元素砷含量較高外，白煙塵中的金、銀、銅、鉛等有價(jià)金屬含量也較高，回收銅，利用砷，富集金、銀、鉛是綜合回收白煙塵的主要途徑。白煙塵酸浸浸出的目的是將煙塵中大部分Cu、As、Zn等有價(jià)金屬轉(zhuǎn)入溶液中，以利于后續(xù)回收，而Pb、Sb、Bi、Au、Ag等金屬形成沉淀留在渣

中[2-5]。白煙塵中銅和砷的物相分析結(jié)果見(jiàn)表2。

從表2中可以看出，銅主要以水溶銅、氧化銅等形式存在，比例達(dá)到98%以上，砷主要以氧化砷形式存在，酸性溶液有利于銅和砷的浸出，但是需要控制合理的液固比。該浸出步驟主要涉及的反應(yīng)方程式見(jiàn)式(1)～(3)。

(1)

(2)

(3)

表2 白煙塵中銅和砷物相分析結(jié)果 %

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

由于該高砷白煙塵中銅、砷、鋅等較易浸出進(jìn)入溶液中，故對(duì)影響浸出效果的各浸出條件進(jìn)行了單因素實(shí)驗(yàn)，主要考察了浸出氧化劑選型、反應(yīng)溫度、溶液酸度、浸出液固比等對(duì)浸出效果的影響，以選定最佳的浸出條件。

浸出實(shí)驗(yàn)選用煙塵500 g，加入一定量的酸性溶液調(diào)漿，控制一定的反應(yīng)溫度，反應(yīng)一段時(shí)間后，固液分離并對(duì)濾餅進(jìn)行洗滌，對(duì)濾液及濾渣的成分進(jìn)行分析。各元素的浸出率計(jì)算見(jiàn)式(4)。

φ=(1-濾渣金屬量/原料金屬量)×100%

(4)

2.1 氧化劑選型實(shí)驗(yàn)

控制反應(yīng)溫度80 ℃，控制溶液酸度55 g/L，液固比3∶1，加入不同類(lèi)型的氧化劑，反應(yīng)時(shí)間為2 h。實(shí)驗(yàn)反應(yīng)結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 氧化劑選型實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從圖1中可以看出，采用不同類(lèi)型的氧化劑，均有利于砷的浸出，但是對(duì)銅和鋅的浸出率增加不明顯，考慮到浸出成本和浸出效果，從白煙塵中回收銅不加入氧化劑，直接進(jìn)行酸浸。

2.2 反應(yīng)溫度影響

控制溶液酸度為55 g/L，液固比3∶1，反應(yīng)時(shí)間為2 h，控制不同的反應(yīng)溫度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)反應(yīng)結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 反應(yīng)溫度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從圖2中可以看出，雖然隨著反應(yīng)溫度升高，銅、砷、鋅浸出率增加，當(dāng)反應(yīng)溫度達(dá)到80 ℃，銅的浸出率達(dá)到98%以上。由于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)白煙塵溫度較高，直接進(jìn)行調(diào)漿浸出，根據(jù)物料的溶解熱和顯熱，礦漿溫度可達(dá)到40～50 ℃，因此浸出不需要額外加熱。

2.3 溶液酸度影響

控制反應(yīng)溫度為40 ℃，液固比3∶1，反應(yīng)時(shí)間為2 h，控制溶液不同的酸度。實(shí)驗(yàn)反應(yīng)結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 反應(yīng)酸度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從圖3中可以看出，由于部分白煙塵浸出反應(yīng)是耗酸反應(yīng)，隨著溶液中酸度的增加，銅、砷、鋅浸出率不斷增加，當(dāng)溶液中的酸度為85 g/L左右時(shí)，銅、砷、鋅浸出率分別達(dá)到98.0%、91.5%、97.7%。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以可知，增加浸出酸度能降低浸出渣率，但是酸度過(guò)高會(huì)增加設(shè)備的腐蝕速率。綜合考慮，選擇85 g/L是較合適的溶液酸度。

2.4 液固比實(shí)驗(yàn)

控制反應(yīng)溫度為40 ℃，控制溶液酸度為85 g/L左右，反應(yīng)時(shí)間為2 h，控制不同的液固比。實(shí)驗(yàn)反應(yīng)結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 浸出液固比實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從圖4中可以看出，隨著浸出液固比增加，銅、鋅浸出率變化較小，砷浸出率明顯增加，考慮設(shè)備投資及運(yùn)行成本，選擇液固比3∶1即可滿(mǎn)足浸出要求。

2.5 放大實(shí)驗(yàn)結(jié)果

放大實(shí)驗(yàn)浸出條件選擇以上單因素實(shí)驗(yàn)獲得的最佳浸出條件，放大實(shí)驗(yàn)稱(chēng)量白煙塵20 kg，在70 L反應(yīng)釜中進(jìn)行。放大實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3，浸出液和浸出渣化學(xué)成分見(jiàn)表4。

表3 放大實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從表3中可以看出，放大實(shí)驗(yàn)的銅、砷、鋅的浸出率分別達(dá)到了96.7%、91.9%和97.8%，與之前的單因素實(shí)驗(yàn)浸出效果基本相同，故選擇白煙塵酸浸的最佳條件為：反應(yīng)溫度40 ℃以上，溶液酸度85 g/L，液固比3∶1，浸出時(shí)間2 h。

表4 浸出渣和浸出液成分表

3 結(jié)論

對(duì)高砷白煙塵進(jìn)行酸性浸出，考察了不同的浸出因素對(duì)銅砷鋅的浸出效果，最終確定了白煙塵酸浸的最佳條件為：反應(yīng)溫度40 ℃以上，溶液酸度85 g/L，液固比3∶1，浸出時(shí)間2 h。在最佳反應(yīng)條件下，銅、砷、鋅的浸出率分別可達(dá)到96%、91%、97%以上，達(dá)到了從高砷白煙塵中分離有價(jià)元素的目的。目前該處理工藝已進(jìn)行工業(yè)化實(shí)施，并達(dá)到了對(duì)高砷白煙塵的浸出處理效果，銅、砷等的浸出率基本與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合。