白煙塵氯鹽加壓循環(huán)浸出工藝探索

吳曉莉

（江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

白煙塵是冰銅锍在轉(zhuǎn)爐吹煉過程產(chǎn)生的煙灰，其成分較復(fù)雜，主要含銅、砷、鉛、鉍、鋅及少量的金、銀、銻、鎘等金屬元素，若返回熔煉，雜質(zhì)元素在冶煉系統(tǒng)中循環(huán)積累，惡化爐況，降低陽極銅質(zhì)量［1］。若堆存，白煙塵中的三氧化二砷、可溶性砷鹽、重金屬離子會(huì)因雨水沖刷被溶解，下滲造成環(huán)境污染［2］。目前，針對(duì)白煙塵進(jìn)行綜合回收處理的工藝主要是濕法工藝，濕法工藝包括水浸、酸浸和堿浸，其中硫酸體系浸出又占主流地位［3］。硫酸體系浸出的本質(zhì)是利用鉛、鉍及其化合物幾乎不溶于稀硫酸溶液的特性，通過浸出，實(shí)現(xiàn)與銅、砷、鋅、鎘等金屬的分離，浸出渣再回收鉛鉍［4］。研究發(fā)現(xiàn)，通過添加氧化劑、Cl2/Cl-或使用加壓浸出系統(tǒng)可以進(jìn)一步提高浸出效率［5-6］，對(duì)于難浸出物料還可以采用兩段逆流浸出工藝，提高浸出效率,增強(qiáng)反應(yīng)效果［7］。筆者結(jié)合某廠生產(chǎn)實(shí)際，利用生產(chǎn)所得含氯酸性廢液對(duì)白煙塵中的銅、鋅、鎘等金屬進(jìn)行兩段逆流浸出，重點(diǎn)考察浸出條件對(duì)白煙塵中銅、鋅、鎘浸出效果及砷、銻、鉍在渣中富集情況的影響。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器

（1）實(shí)驗(yàn)試劑如下：水、氯鹽廢液和白煙塵，其成分如表1、表2所示。

表1 氯鹽廢液成分表 g/L

表2 白煙塵成分表 %

（2）實(shí)驗(yàn)儀器如下：pH計(jì)、加壓釜、空壓機(jī)、電子秤、濾瓶、布氏漏斗、真空泵、洗瓶、燒杯、量筒、攪拌器、烘箱。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

（1）實(shí)驗(yàn)流程如圖1所示。

圖1 白煙塵兩段逆流浸出實(shí)驗(yàn)流程圖

（2）實(shí)驗(yàn)步驟：

①條件實(shí)驗(yàn)，探索白煙塵單次浸出過程pH值、壓強(qiáng)、時(shí)間、溫度、液固比對(duì)白煙塵中銅、鋅、隔浸出效果及砷、鉍、銻在渣中富集情況的影響；

②循環(huán)浸出實(shí)驗(yàn)，在白煙塵單次浸出最佳實(shí)驗(yàn)條件下，采用“兩段逆流浸出”的方式對(duì)白煙塵進(jìn)行循環(huán)逆流浸出實(shí)驗(yàn)。

3 結(jié)果與分析

3.1 浸出終點(diǎn)pH對(duì)浸出結(jié)果的影響

實(shí)驗(yàn)條件：恒定反應(yīng)時(shí)間4h、反應(yīng)溫度80℃、反應(yīng)液固比L∶S=6∶1、反應(yīng)壓強(qiáng)0.9MPa，調(diào)控浸出終點(diǎn)pH 分別為 0.1、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5。pH對(duì)各元素浸出率的影響如圖2所示。由圖2可知，白煙塵中銅、砷、鋅、鎘、鉍的浸出率隨著浸出終點(diǎn)溶液pH的升高而下降，為保證銅、鋅、鎘的浸出率大于90%，同時(shí)盡量抑制砷、鉍的浸出。最佳pH為1.0～2.0。

圖2 浸出液pH對(duì)浸出率的影響

3.2 反應(yīng)壓強(qiáng)對(duì)浸出結(jié)果的影響

實(shí)驗(yàn)條件：恒定浸出液pH=1.0～2.0、反應(yīng)時(shí)間4h、反應(yīng)溫度80℃、反應(yīng)液固比L∶S=6∶1，調(diào)控反應(yīng)壓強(qiáng)分別為0MPa(常壓)、0.6MPa、0.9MPa、1.1MPa。壓強(qiáng)對(duì)各元素浸出率的影響如圖3所示。由圖3可知，隨著壓強(qiáng)的增大，白煙塵中的銅、鋅、鎘的浸出率升高，砷的浸出率下降，且銅浸出率上升趨勢(shì)明顯，砷浸出率下降趨勢(shì)明顯。當(dāng)反應(yīng)壓強(qiáng)為0.9MPa時(shí)，銅、鋅、鎘浸出率達(dá)90%以上且趨于穩(wěn)定，砷浸出率10%以下并趨于穩(wěn)定。最佳反應(yīng)壓強(qiáng)為0.9MPa。

圖3 反應(yīng)壓強(qiáng)對(duì)浸出率的影響

3.3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)浸出結(jié)果的影響

實(shí)驗(yàn)條件：恒定浸出液pH=1.0～2.0、反應(yīng)溫度80℃、反應(yīng)液固比L∶S=6∶1、反應(yīng)壓強(qiáng)0.9MPa，調(diào)控反應(yīng)時(shí)間分別為2h、3h、4h、5h，反應(yīng)時(shí)間對(duì)各元素浸出率的影響如圖4所示。由圖4可知，白煙塵中銅、鋅、鎘的浸出率隨反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)而上升，砷浸出率隨反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為4h，銅、鋅、鎘浸出率均在90%以上，砷浸出率低于10%，繼續(xù)延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，各元素浸出率變化不明顯。最佳反應(yīng)時(shí)間為4h。

圖4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)浸出結(jié)果的影響

3.4 反應(yīng)溫度對(duì)浸出結(jié)果的影響

實(shí)驗(yàn)條件：恒定浸出液pH=1.0～2.0、反應(yīng)時(shí)間4h、反應(yīng)液固比L∶S=6∶1、反應(yīng)壓強(qiáng)0.9MPa，調(diào)控反應(yīng)溫度分別為25℃（常溫）、60℃、80℃、100℃，溫度對(duì)各元素浸出率的影響如圖5所示。由圖5可知，白煙塵中銅、鋅、鎘的浸出率隨反應(yīng)溫度的上升而上升，砷浸出率隨反應(yīng)溫度的上升而下降，當(dāng)反應(yīng)溫度為80℃時(shí)，銅、鋅、鎘浸出率均在90%以上，砷浸出率低于10%，繼續(xù)升高反應(yīng)溫度，各元素浸出率上升不明顯。最佳反應(yīng)溫度為80℃。

圖5 反應(yīng)溫度對(duì)浸出結(jié)果的影響

3.5 反應(yīng)液固比對(duì)浸出結(jié)果的影響

實(shí)驗(yàn)條件：恒定浸出液pH=1.0～2.0、反應(yīng)時(shí)間4h，反應(yīng)溫度80℃，反應(yīng)壓強(qiáng)0.9MPa，調(diào)控反應(yīng)液固比分別為 4∶1、5∶1、6∶1、7∶1，液固比對(duì)對(duì)各元素浸出率的影響如圖6所示。由圖6可知，反應(yīng)液固比對(duì)各元素浸出率影響不明顯，在液固比大于4∶1時(shí)，白煙塵中銅、鋅、鎘的浸出率均大于90%，砷浸出率均低于10%?？紤]到氯鹽體系加壓浸出工藝對(duì)反應(yīng)釜有侵蝕，實(shí)驗(yàn)液固比采用6∶1，此時(shí)浸出液中Cl-濃度約25g/L。

圖6 稀釋液固比對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響

3.6 兩段逆流浸出對(duì)浸出結(jié)果的影響

在白煙塵單次浸出實(shí)驗(yàn)中，雖然銅、鋅、鎘取得了較高的浸出率，氯鹽廢液中部分銻、鉍在渣中實(shí)現(xiàn)了富集，但終點(diǎn)pH不易控制，浸出液含砷0.05～5g/L，含鉍0.01～4.5g/L，難以實(shí)現(xiàn)廢液中的砷、銻、鉍大部分進(jìn)入渣相的目的。為使得白煙塵的浸出效果更容易調(diào)控，采用“兩段逆流循環(huán)浸出”的方式對(duì)白煙塵進(jìn)行浸出實(shí)驗(yàn)，探索白煙塵在“兩段逆流循環(huán)浸出”的作業(yè)方式下歷經(jīng)多次循環(huán)后，物料中銅、鋅、鎘及砷、銻、鉍的分配趨勢(shì)?？刂苝H=1.0～2.0，反應(yīng)液固比 L∶S=6∶1，反應(yīng)時(shí)間 4h，反應(yīng)溫度80℃，反應(yīng)壓強(qiáng)0.9MPa，兩段浸出條件相同，循環(huán)六次，白煙塵中銅、鋅、鎘的浸出率變化趨勢(shì)如圖7所示，循環(huán)過程總渣率及氯鹽廢液中砷、銻、鉍在洗滌渣中的富集率變化趨勢(shì)如圖8所示。一次浸出液和二次浸出洗滌渣成分表如表3、表4。

圖7 循環(huán)過程銅鋅鎘浸出率變化趨勢(shì)圖

圖8 循環(huán)過程總渣率及砷銻鉍富集率變化趨勢(shì)圖

由圖7、圖8可知，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，銅浸出率都平穩(wěn)地在98%左右波動(dòng)，鋅浸出率隨之上升并在97%左右波動(dòng)，鎘浸出率隨之下降并在92%左右波動(dòng)，砷、銻、鉍富集率和總渣率都升高，但銻的富集率曲線趨勢(shì)平緩，平均富集率90.12%，第六次循環(huán)時(shí)，氯鹽廢液中砷在二次浸出洗滌渣中的富集率為21.8%，鉍富集率36.31%，銻富集率91.64%，總渣率74.90%。隨著砷、鉍富集率和浸出總渣率的上升，金銀的富集率將有所下降。

由表3、表4可知，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，一次浸出液pH從1.63降低至1左右波動(dòng)，砷、銻、鉍含量越來越高，在一次浸出液中富集，二次浸出洗滌渣中含銅越來越低，從0.93%下降至0.42%并趨于穩(wěn)定，但砷、銻、鉍含量波動(dòng)較大，其含量高低與白煙塵中砷、銻、鉍含量，二次浸出液中砷、銻、鉍濃度及二次浸出液硫酸濃度密切相關(guān)，第六次循環(huán)所得洗滌渣含砷8.61%，銻4.63%，鉍16.82%。

表3 逆流循環(huán)一次浸出液成分 g/L

表4 逆流循環(huán)二次浸出洗滌渣成分 %

4 結(jié)論

（1）用氯鹽廢液加壓浸出白煙塵，單次浸出的最佳條件為：反應(yīng)液固比L∶S=6∶1，反應(yīng)時(shí)間4h，反應(yīng)溫度80℃，反應(yīng)壓強(qiáng)0.9MPa，浸出液pH=1.0～2.0，在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，銅、鋅、鎘浸出率分別為95.75%、95.73%、93.43%。

（2）以工廠氯鹽廢液為浸出溶劑，采用“兩段逆流加壓循環(huán)浸出”工藝處理白煙塵，能效調(diào)控一次浸出液中的pH值，能實(shí)現(xiàn)白煙塵中銅、鋅、鎘的高效浸出及廢液中砷、銻、鉍、鉛在浸出渣中的有效富集。

（3） 在最佳實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行兩段逆流循環(huán)浸出，銅、鋅、鎘平均浸出率分別為98.00%、97.13%、92.48%，所得二次浸出洗滌渣含銅小于1.0%。