銅冶煉高砷白煙塵酸浸脫砷工藝研究

袁玲玲，王永梅，曲超，常蘊(yùn)輝

（山東恒邦冶煉股份有限公司，山東煙臺(tái) 264109）

1 前言

砷及其砷化合物易揮發(fā)[1]，在火法煉銅過程中80%以上的砷進(jìn)入煙塵，呈灰色略帶白色，一般稱為白煙塵[2]。白煙塵中含有Cu、Pb、Zn、Au、Ag等有價(jià)金屬[3-4]，具有較大的回收價(jià)值，但砷含量高[5-6]、成分復(fù)雜，影響回收效果。因此，對(duì)白煙塵進(jìn)行脫砷處理十分必要。

銅冶煉企業(yè)中，一般將白煙塵收集后作為配料重新熔煉進(jìn)行閉路循環(huán)或堆存，這兩種做法都存在較多問題。白煙塵中含有砷，長(zhǎng)期堆存存在較多安全隱患，另外煙塵中的金屬元素?zé)o法得到有效回收，造成資源浪費(fèi)。而“閉路循環(huán)”的危害也是顯而易見的，會(huì)造成As、Pb等元素不斷循環(huán)積累，使煙道結(jié)焦，影響作業(yè)環(huán)境，而且會(huì)對(duì)銅陽極板質(zhì)量產(chǎn)生影響。因此多數(shù)銅冶煉企業(yè)開始進(jìn)行白煙塵的處理工藝研究，實(shí)現(xiàn)白煙塵中砷的開路，并回收銅鉛鋅等有價(jià)金屬元素。

本文以山東恒邦冶煉股份有限公司銅冶煉白煙塵為研究對(duì)象，探究了脫砷預(yù)處理及有價(jià)金屬綜合回收的最佳工藝條件，使白煙塵中的砷形成開路，有價(jià)金屬得以綜合回收。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)原料

實(shí)驗(yàn)所用銅冶煉白煙塵來自山東恒邦冶煉股份有限公司冶煉一公司側(cè)吹熔煉電除塵器產(chǎn)出的煙灰（銅冶煉白煙塵），其主要化學(xué)成分如表1所示。

表1 銅冶煉白煙塵主要化學(xué)成分（%）

從表1可以看出：煙塵中含有Au、Ag、Cu、Pb、Zn等有價(jià)金屬，具有較高的回收價(jià)值；含砷16.74%，需要預(yù)處理脫砷。

2.2 實(shí)驗(yàn)原理

根據(jù)Au、Ag、Cu、Pb、Zn等的溶解度不同，采用酸性浸出，將煙塵中的As、Cu、Zn等有價(jià)金屬最大限度的溶解在浸出液中，以利于后續(xù)回收，而Pb、Au、Ag等金屬形成沉淀留在渣中。

2.3 實(shí)驗(yàn)方法：

取銅冶煉白煙塵300g和一定量的浸取劑于1000mL燒杯中，在一定的溫度、適宜的攪拌速度下進(jìn)行攪拌浸出。浸出實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，進(jìn)行抽濾，濾渣洗滌并烘干。分析砷質(zhì)量分?jǐn)?shù)，計(jì)算砷浸出率即砷脫除率。

浸出率計(jì)算公式如下式：

其中，Me為As、Cu、Zn。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 浸取劑對(duì)銅冶煉白煙塵脫砷影響

取白煙塵300g，在液固體積質(zhì)量比4∶1、溫度90℃、浸出時(shí)間2h條件下，探究水、雙氧水、硫酸對(duì)砷脫除率的影響。

由圖1看出：使用H2O2浸出的效果最好，分析原因?yàn)镠2O2將部分三價(jià)砷氧化為五價(jià)砷，從而溶于水中，但使用雙氧水成本較高，不利于工業(yè)化應(yīng)用。采用硫酸進(jìn)行酸浸，As浸出率為87.04%。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，綜合考慮浸出效果、后續(xù)工藝及經(jīng)濟(jì)性，我們采用硫酸對(duì)白煙塵進(jìn)行酸浸。

3.2 硫酸濃度對(duì)銅冶煉白煙塵脫砷影響

取白煙塵300g，在液固體積質(zhì)量比4∶1、溫度85℃、浸出時(shí)間2h，攪拌速度300r/min的條件下，探究硫酸濃度對(duì)砷脫除率的影響。

由圖2可以看出：隨著溶液中硫酸濃度的增加，As、Cu、Zn的浸出率先略增大后趨于恒定，當(dāng)硫酸質(zhì)量濃度為15%時(shí)，As、Cu、Zn的浸出率分別達(dá)到了93.16%、95.09%、97.58%。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得，在強(qiáng)酸環(huán)境中，白煙塵中的砷可以有效浸出。但是，酸度過高會(huì)增加設(shè)備的腐蝕速率。綜合考慮，選取15%的硫酸為最佳浸出硫酸質(zhì)量濃度。

3.3 反應(yīng)溫度對(duì)銅冶煉白煙塵脫砷影響

取白煙塵300g，在液固體積質(zhì)量比4∶1、硫酸質(zhì)量濃度為15%，浸出時(shí)間2h，攪拌速度300r/min的條件下，探究反應(yīng)溫度對(duì)砷脫除率的影響。

由圖可以看出，隨著反應(yīng)溫度的升高，白煙塵中As、Cu、Zn的浸出率先增加后趨于穩(wěn)定。當(dāng)溫度低于85℃時(shí)，As、Cu、Zn的浸出率隨反應(yīng)溫度的升高不斷增加；當(dāng)溫度高于85℃時(shí)As、Cu、Zn的浸出率趨于穩(wěn)定。這是因?yàn)榉磻?yīng)溫度對(duì)浸出過程有很大的影響，反應(yīng)溫度的升高有利于分子運(yùn)動(dòng)速度的增加，降低浸出反應(yīng)所需活化能。因此，提高反應(yīng)溫度可以促進(jìn)As的浸出。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。綜合考慮，選取85℃為最佳浸出溫度。

3.4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)銅冶煉白煙塵脫砷影響

取白煙塵300g，在液固體積質(zhì)量比4∶1、溫度85℃、硫酸質(zhì)量濃度為15%，攪拌速度300r/min的條件下，探究反應(yīng)時(shí)間對(duì)砷脫除率的影響。

由圖4可以看出，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，白煙塵中As、Cu、Zn的浸出率先增加后趨于穩(wěn)定。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間低于1.5h時(shí)，As、Cu、Zn的浸出率隨反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)不斷增加；當(dāng)反應(yīng)時(shí)間超過1.5h后，繼續(xù)延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間對(duì)As的浸出率影響不大，說明白煙塵中的As、Cu、Zn基本被浸出。因此，選取反應(yīng)時(shí)間1.5h為最佳浸出時(shí)間。

3.5 液固比對(duì)對(duì)銅冶煉白煙塵脫砷影響

取白煙塵300g，在溫度85℃、硫酸質(zhì)量濃度為15%，攪拌速度300r/min的條件下，探究液固比對(duì)砷脫除率的影響。

由圖5可知，隨著液固比的提高，白煙塵中As、Cu、Zn的浸出率先增加后趨于穩(wěn)定，當(dāng)液固比低于4∶1時(shí)，As、Cu、Zn的浸出率隨著液固比的不斷提高而不斷增加；當(dāng)液固比超過4：1時(shí)，As、Cu、Zn的浸出率趨于穩(wěn)定。分析原因?yàn)橐汗瘫冗^小時(shí)，浸出體系的黏度過大，礦漿沉降分離困難，不利于溶液中離子的擴(kuò)散，阻礙白煙塵中As、Cu、Zn浸出反應(yīng)的進(jìn)行，過高的液固比會(huì)造成生產(chǎn)困難和生產(chǎn)成本增加。因此，綜合考慮，選擇液固比4：1為最佳浸出液固比。

圖4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)As、Cu、Zn浸出率的影響

圖5 液固比對(duì)As、Cu、Zn浸出率的影響

圖6 較優(yōu)條件下驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果

3.6 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

根據(jù)上述的單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，銅冶煉白煙塵酸浸脫砷預(yù)處理較優(yōu)工藝條件為：硫酸濃度為15%、反應(yīng)溫度85℃、反應(yīng)時(shí)間1.5h、液固比4∶1、反應(yīng)時(shí)間1.5h、攪拌速率300r/min，在此條件下進(jìn)行了五次驗(yàn)證試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7所示，白煙塵中As、Cu、Zn的浸出率平均為93.16%、95.09%、97.58%。

4 結(jié)論

（1）山東恒邦冶煉股份有限公司銅冶煉白煙塵中，As主要以砷酸鹽與氧化物的形式存在。銅冶煉白煙塵的砷大部分是以As（Ⅴ）形式存在，一小部分以As（Ⅲ）的形式存在。

（2）探究了不同的浸取劑對(duì)As浸出率的影響，最終選擇硫酸為浸取劑，對(duì)銅冶煉白煙塵采用硫酸進(jìn)行酸性浸出。

（3）通過單因素實(shí)驗(yàn)得到較優(yōu)的酸浸工藝條件：反應(yīng)溫度85℃、反應(yīng)時(shí)間1.5h、液固比4：1、硫酸濃度為15%、攪拌速率300r/min。在此較優(yōu)條件下進(jìn)行了五次實(shí)驗(yàn)，As、Cu、Zn的平均浸出率為93.16%、95.09%、97.58%。

（4）銅冶煉白煙塵經(jīng)過硫酸溶液酸浸后，As、Cu、Zn等有價(jià)金屬最大限度的溶解于浸出液中，有利于后續(xù)金屬的綜合回收，而Pb、Au、Ag等金屬形成沉淀留在渣中，返回熔煉系統(tǒng)進(jìn)行利用，實(shí)現(xiàn)了白煙塵中有價(jià)元素的綜合利用。