銅冶煉煙灰綜合利用技術(shù)研究

易 超

（中鋁東南銅業(yè)有限公司，福建 寧德 352100）

1 銅冶煉煙灰技術(shù)的研究意義

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展和工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，我國(guó)銅消費(fèi)量也越來(lái)越大。在中國(guó)銅冶煉行業(yè)資源消耗高，二次資源利用率低，成為污染物和固體廢物是最大問(wèn)題之一，在銅火法冶煉過(guò)程中因揮發(fā)和氣流作用產(chǎn)生銅煙灰是最主要一種，銅冶煉銅冶煉煙灰中通常有較高含量Cu、Zn、Pb、Cd、Bi、Ag等有價(jià)金屬。多種有價(jià)金屬可以從煉銅產(chǎn)生煙灰中提取出來(lái)，運(yùn)用一定經(jīng)濟(jì)手段、可靠性流程及安全措施對(duì)銅冶煉煙灰進(jìn)行處理，根據(jù)銅冶煉煙灰成分特征，采用一個(gè)適合綜合化利用的生產(chǎn)工藝，是此次研究的主要目的，研究濕法浸出銅冶煉煙灰中有價(jià)金屬影響因素及其中金屬溶解行為，探索從銅冶煉煙灰中連續(xù)提取和綜合利用Cu、Pb、Zn等金屬新工藝，并將其應(yīng)用于銅冶煉廢渣中有價(jià)金屬提取，在理論和實(shí)踐上對(duì)該類廢渣資源化、無(wú)害化利用都將具有重要意義。本次研究依據(jù)銅冶煉生產(chǎn)的具體情況，探究銅冶煉煙灰中有價(jià)金屬的提煉技術(shù)，從中將鋅、銅、鉛等有價(jià)金屬進(jìn)行回收，最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)于礦產(chǎn)資源的再次利用有一定的應(yīng)用價(jià)值，同時(shí)有價(jià)金屬的回收有助于節(jié)能降耗、保護(hù)環(huán)境，為企業(yè)創(chuàng)造一定經(jīng)濟(jì)效益同時(shí)增加社會(huì)效益。

2 煙灰基本性質(zhì)

銅煙灰中含有銅、鉛、鋅等有價(jià)組分，煙灰在煙氣逸出過(guò)程中與煙氣中氧和二氧化硫等氣體接觸被氧化成硫酸鹽。因此，煙灰中有價(jià)金屬主要以金屬氧化物及金屬硫酸鹽形式存在，有利于金屬回收。某公司產(chǎn)生銅冶煉煙灰組成質(zhì)量分?jǐn)?shù)如表1所示。

表1 銅冶煉煙灰組成質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%)

3 銅冶煉煙灰綜合利用新流程

本次研究的煙灰處理工藝流程，基于以下原則，考慮煙灰的特點(diǎn)，因銅煙灰含鉛、銅較高，并含一定的鋅、鉍、砷，新的工藝應(yīng)以回收前四種金屬、減少砷污染為前提，確保經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)保達(dá)標(biāo)。因此確定以綜合回收銅、鉛、鋅為主。

3.1 中性浸出

通過(guò)對(duì)煙灰進(jìn)行X衍射物相分析，發(fā)現(xiàn)其中含有部分可溶性的銅鋅金屬，主要以硫酸銅和硫酸鋅的形式存在，為了減少后續(xù)浸出劑的消耗，首先進(jìn)行中性浸出，而且溶液采用多次逆流浸出，使銅鋅含量可以得到富集，銅萃取后的硫酸鋅溶液利用P204萃取富集后回收鋅。

中性浸出主要考察溫度、液固比、時(shí)間等對(duì)金屬浸出率的影響，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，可以確定單因素最優(yōu)條件為溫度50℃，時(shí)間1h，液固比3：1，按照此條件進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，可溶性硫酸銅和硫酸鋅的浸出率可以達(dá)到97%以上。經(jīng)過(guò)3次逆流洗滌，洗滌后，銅濃度為4.5g/L以上，鋅濃度為30g/L以上，砷3g/L以上，其它雜質(zhì)均小于1mg/L。

3.2 氨浸出

中性浸出未浸出的中浸渣中的銅主要以氧化銅、氧化亞銅的形式存在，并含有少量的硫化亞銅，而且煙灰中含有高含量的砷，若采用酸浸法，不可避免會(huì)產(chǎn)生砷化氫劇毒氣體，會(huì)嚴(yán)重影響生產(chǎn)作業(yè)人員生命，同時(shí)造成環(huán)境污染。因此二段采用氨浸出工藝。在浸出過(guò)程中，銅、鋅元素以離子形式進(jìn)入溶液，而其他所含金屬則不被浸出，同時(shí)未提高浸出效果，添加一定數(shù)量的氧化劑S提高浸出效果，浸出液經(jīng)過(guò)萃取分離回收銅。

為節(jié)約浸出成本，氨浸采用分段浸出，一段低濃度浸出，二段高濃度強(qiáng)化浸出。影響浸出過(guò)程的物理化學(xué)因素主要有M濃度、溫度、時(shí)間、液固比、氧化劑S濃度等。最佳浸出條件為：氨水濃度為一段3mol/L、二段4mol/L、液固比4：l、溫度50℃、時(shí)間6h、氧化劑S的添加量為一段3g、二段5g。在最佳條件下，中浸渣的氨水浸出取得了較好的浸出效果，銅累計(jì)浸出率達(dá)到80%，鋅的累計(jì)浸出率達(dá)到80%以上。氨浸渣為高鉛物料可送鉛冶煉企業(yè)回收。

表2 氨浸渣成分(%)

3.3 銅萃取工藝

中浸液和氨浸液均為含有銅鋅的混合溶液，對(duì)其進(jìn)行綜合回收，萃取是一個(gè)關(guān)鍵步驟。本項(xiàng)目采用LIX84-I作為浸出液中銅的萃取劑，P204作為鋅的萃取劑。優(yōu)先進(jìn)行銅萃取-反萃流程，采用有機(jī)相為10%的LIX84-I和260#煤油混合的萃取劑；相比(O/A)為1:1；萃取時(shí)間為5min；萃取溫度為40℃；混合浸出液中銅的萃取率可達(dá)到99.5%,銅萃取率達(dá)到99.3%，萃取基本達(dá)到平衡。萃取速度較快，分相良好。

表3 銅反萃液成分(%)

3.4 鋅萃取工藝

萃取銅后的溶液成分見下表4。

表4 銅反萃液成分(%)

控制萃取條件：室溫、相比A/O=2：1，混合時(shí)間5min～10min、萃取級(jí)數(shù)5級(jí)～6級(jí)、有機(jī)相中P204的體積分?jǐn)?shù)為40%。萃取時(shí)鋅的萃取率約80%，萃取終點(diǎn)pH為1.0左右，負(fù)載有機(jī)相含鋅14g/L～15g/L?？刂品摧蜅l件：室溫、相比O/A=8：1，混合時(shí)間5min～10min、反萃級(jí)數(shù)2級(jí)、硫酸溶液濃度為180g/L。萃取時(shí)鋅的反萃率約99%,反萃液含鋅95g/L～100g/L。

銅冶煉煙灰通過(guò)中浸—氨水二段浸出—萃取—反萃的工藝流程，可綜合回收銅、鉛、鋅，萃取富集的硫酸鋅溶液返鋅冶煉廠回收鋅，銅反萃液通過(guò)后續(xù)電積產(chǎn)出電積銅，最終浸出渣含鉛較高做為原料送鉛冶煉企業(yè)回收鉛。

總而言之，銅冶煉企業(yè)產(chǎn)生煙灰為危險(xiǎn)廢物，煙灰將委托危廢處置中心處理，不僅處理費(fèi)用成本巨大，而且會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境、水環(huán)境、大氣環(huán)境產(chǎn)生一定影響，同時(shí)造成了銅、鉛、鋅等資源浪費(fèi)。

銅企業(yè)煙灰綜合利用使其變廢為寶，不僅節(jié)省了處理費(fèi)用，還一定程度上避免了對(duì)環(huán)境破壞。因此，銅企業(yè)煙灰綜合利用符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念，具有較高環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。