鋅冶煉中銅資源回收利用試驗研究

隆萬江，馬高峰，牛勤學(xué)，郭 寧，牛文敏，王康柱

（陜西鋅業(yè)有限公司，陜西 商洛 726007）

近年來，眾多研究者致力于研究提高鋅濕法冶煉中有價金屬的回收率。常規(guī)濕法煉鋅中的銅主要損失于鋅揮發(fā)窯窯渣中［1］，因含銅酸上清液體在焙砂中浸pH值5.2～5.4，有部分銅水解沉淀進(jìn)入中浸渣，而中浸渣在酸浸時，酸浸pH值2.5～3.5，很難將渣中銅浸出，從而使部分銅隨著酸浸渣進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯，從窯渣中流失，另外銅的焙燒礦中不同物相組成的性質(zhì)不同，致使銅只能部分被浸出進(jìn)入溶液［2］，導(dǎo)致銅的回收率低，為提高常規(guī)濕法煉鋅過程中銅的回收率，本文嘗試從銀精礦浮選壓濾后液及浸出工序焙砂酸上清中置換回收銅，提高銅的回收率。

1 試驗原理

對鋅、錳、鐵三種還原劑置換銅的效果進(jìn)行對比，利用鋅、錳、鐵的標(biāo)準(zhǔn)電極電位相對Cu2+更負(fù)的性質(zhì)，將其從溶液中置換除去，主要反應(yīng)有：

2 置換對比試驗

對鋅、錳、鐵三種還原劑置換銅的效果進(jìn)行對比，根據(jù)置換效果及經(jīng)濟成本，擇優(yōu)選取置換劑。取某鋅冶煉企業(yè)制液車間焙砂酸上清與銀精礦壓濾液，按1∶4比例混合，混合后溶液化驗含Cu0.48 g／L，含Cd0.54 g／L，pH在3.5～4.0。具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 置換前液（車間焙砂酸上清與銀精礦壓濾混合液） g／L

2.1 高倍數(shù)分組置換

鋅粉及鐵粉分別按Cu、Cd實際量的1.5～2.0倍添加，錳粉按Cu、Cd實際量的1.2～1.7倍添加，溫度控制50～60℃，反應(yīng)30～60 min取樣分析，渣累計分類化驗，置換后液見表2，置換后渣見表3。

表2 置換后液

表3 置換后渣 %

通過表2及表3的數(shù)據(jù)分析看，在Cu、Cd實際量的2.0倍添加還原劑時，鋅、錳、鐵三種還原劑置換銅的效果都較好，溶液中銅徹底被置換。降低三種還原劑倍數(shù)時（鋅粉1.5倍、錳粉1.2倍、鐵粉1.5倍），鐵粉置換效果明顯弱于鋅、錳置換效果，鐵粉在1.5倍添加時置換后液含銅0.5 g／L，置換效果差，但鋅在1.5倍及錳1.2倍時，置換銅率依然較高，所以選擇鋅、錳兩種還原劑繼續(xù)低倍率置換銅試驗。

2.2 低倍數(shù)分組置換

鋅粉及錳粉分別按Cu、Cd實際量的1.1～1.3及1.0～1.1倍加入，溫度控制50～60℃，反應(yīng)30 min取樣，試驗數(shù)據(jù)見表4。

表4 置換后液 g／L

通過表4數(shù)據(jù)看，降低鋅、錳兩種還原劑添加量，鋅粉在1.1倍量時置換后液含銅0.11 g／L，但在1.3倍添加時幾乎可以將銅完全置換出來，錳粉在1.0倍量時后液含Cu0.008 9 g／L，從工藝層面看，在最低倍量添加時錳粉除銅效果優(yōu)于鋅粉除銅效果。

2.3 成本分析

1.鋅粉在1.3倍添加時，鋅粉消耗量：（0.48+0.54）×2.5×1.3＝3.315（g），置換銅量：（0.48-0）×2.5＝1.2（g），單耗3.315／1.2×3 200＝8 840（元／t·Cu）。

2.錳粉在1.0倍添加時，錳粉消耗量：（0.48+0.54）×2.5×1＝2.55 g，置換銅量：（0.48-0.008 9）×2.5＝1.18（g），單 耗2.55／1.18×15 000＝32 400（元／t·Cu）。

因為系統(tǒng)本身還需添加硫酸錳，置換過程加入錳粉金屬量減去渣帶走的金屬錳量，剩余錳假設(shè)全部轉(zhuǎn)化為硫酸錳，轉(zhuǎn)化率為90%，則節(jié)約成本：

（2.55／1.18）×0.9／0.36×4 180＝22 582（元／t·Cu），錳粉實際單耗為：32 400-22 582＝9 818（元／t·Cu）。

成本分析對照表見表5。

表5 成本分析對照表

從表5看，三種還原劑置換除銅中，錳粉效果最好，鋅粉次之，鐵粉最差，從成本分析來看，若所加錳粉90%轉(zhuǎn)化為硫酸錳被系統(tǒng)利用，則錳粉單耗較鋅粉高978元／t·Cu，綜合分析采取鋅粉置換銀精礦浮選壓濾后液及浸出工序焙沙酸上清回收銅最為合理。為模仿生產(chǎn)，驗證焙砂酸上清的銅置換后其在后續(xù)的氧化、中浸及酸浸工序過程中銅的變化及回收率情況，以鋅粉置換為例置換酸上清中銅后模仿生產(chǎn)實際進(jìn)行后續(xù)的氧化、中浸及酸浸循環(huán)試驗。

3 循環(huán)試驗過程及討論

為使試驗過程更貼近生產(chǎn)實際，以某鋅冶煉企業(yè)濕法浸出工序生產(chǎn)現(xiàn)狀為例，按照酸上清與銀精礦浮選壓濾后液的生產(chǎn)實際比例1∶4，每次取20%酸上清做鋅粉置換銅后與剩余液體混合，再與未做置換組進(jìn)行銅回收率對比。試驗分A、B兩組，起初備液階段A、B組試驗條件相同，之后對A組進(jìn)行鋅粉置換銅，置換條件：溫度60～70℃，反應(yīng)時間0.5～1 h，酸度pH＝3.5～4.0，鋅粉加入量：酸上清Cu、Cd總含量的1.5～2.0倍，與B組不做置換進(jìn)行對比，驗證銅回收率情況。

3.1 備液階段

氧化：取某鋅冶煉企業(yè)制液車間酸上浸（Cu0.59 g／L，Cd0.3 g／L），A、B兩杯各3 L+廢液1 L，溫度40～80℃，加錳粉10 g氧化。

中浸：A、B各補廢液0.5 L，加焙沙610 g，反應(yīng)90～120 min，終點pH5.0～5.4，加3＃劑澄清。

酸浸：中浸底流各2.5 L+廢液1 L，升溫70～80℃，攪拌180 min，終點pH2.5～3.5。酸浸液Cu化驗數(shù)據(jù)A組為0.57 g／L、B組為0.62 g／L。

3.2 三組連續(xù)循環(huán)

以備液階段酸浸液（A組含Cu0.57 g／L，B組含Cu0.62 g／L）為初始液體，取A組酸浸液20%做Cu置換后與剩余液體混合做氧化-中浸-酸浸，B組不做置換，其余條件相同，以此對比做三組循環(huán)試驗，試驗數(shù)據(jù)見表6，數(shù)據(jù)分析見表7。

表6 循環(huán)試驗數(shù)據(jù)

表7 循環(huán)試驗數(shù)據(jù)分析

表7中Cu回收率按液計算：A組：（3組置換Cu+3組中上清Cu+最后一組酸浸液Cu）／（第一組酸浸液投入Cu+3組焙砂Cu）；B組：（3組中上清Cu+最后一組酸浸液Cu）／（第一組酸浸液投入Cu+3組焙砂Cu）。Cu回收率按渣計算：

A、B組方式相同：（第一組酸浸液投入Cu+3組焙砂Cu-3組渣含Cu）／（第一組酸浸液投入Cu+3組焙砂Cu）

3.3 數(shù)據(jù)分析

從本次循環(huán)試驗數(shù)據(jù)看，A組平均渣含Cu（金屬量）1.481 g，B組平均渣含Cu（金屬量）1.607 g，A組Cu平均浸出率43.07%，B組Cu平均浸出率38.34%，說明酸上清置換銅后返回做中浸、酸浸相比不做Cu置換，其余條件不變（反應(yīng)時間、溫度、pH值等因素）的情況下，酸浸渣含Cu更低，Cu的浸出率更高，Cu的總回收率按液計算提高2.82%，按渣計算提高3.94%。

4 結(jié) 論

1.從成本及經(jīng)濟效益角度考慮，焙砂酸上清采取鋅粉置換銅最為劃算，鋅粉在Cu、Cd含量1.3倍量添加，溫度控制50～60℃，pH4.0，反應(yīng)時間30 min時，置換后液幾乎不含Cu，且在高倍數(shù)置換時有除As效果，在1.7倍添加時，置換后液As可降至0.000 63 g／L。

2.酸上清做Cu置換后與不做置換組相比，酸浸渣含Cu（金屬量）平均低0.126 g，Cu的浸出率平均高4.73%。因酸浸pH在2.5～3.5，若浸出率提高，很可能為中浸過程水解的銅被浸出，即酸上清做Cu置換后可降低Cu中浸水解的損失。

3.酸上清做Cu置換后與不做置換組相比，Cu總的回收率按液計算提高2.82%，按渣計算提高3.94%；在此處提高回收率后可減少銅在中浸的水解量，為后續(xù)的凈化工序除銅減輕負(fù)擔(dān)，降低凈化工序的鋅粉單耗。

綜上所述，在鋅冶煉常規(guī)濕法浸出工藝中，有價金屬銅除了在凈化工序以銅鎘渣的方式得到回收外，為減少銅在焙砂中浸水解沉淀及凈化損失，還可在酸浸工序通過置換的的方式進(jìn)一步提高回收率，為鋅冶煉企業(yè)提高銅回收率探索了新的工藝路線。