铜冶炼中烟灰的处理试验

铜冶炼中烟灰的处理试验

蒋永建，彭国春，刘贵鑫

（阳谷祥光铜业有限公司，山东阳谷  252327）

摘要：“双闪”铜冶炼是将铜精矿经过高温闪速熔炼、闪速吹炼、阳极炉精炼产出金属铜的冶炼工艺。该工艺生产过程中产生的灰尘冷却后的产物为烟灰，如直接倒掉会产生重金属环境污染，目前主要是在系统内往返循环利用。其中，铅、砷元素不易被置换出来，随着烟灰的循环使用，会导致系统内铅、砷元素富集升高，进而影响阳极板的成分，最终影响阴极铜的析出效果，烟灰独立处理可以很好的解决以上问题。

关键词：铜冶炼  烟灰  往返循环 析出

前言

在铜冶炼“双闪”工艺过程中，烟灰始终处于闭路循环状态，杂质的开路主要依靠尾矿和硫酸工序的铅、砷滤饼开路。当原料中的杂质含量升高，尾矿和铅、砷滤饼开路不能平衡时，就会造成冰铜或阳极铜的杂质含量升高。为了使烟尘中的杂质能够有效开路，并回收其中的有价金属，开展了如下试验，主要完成了铜烟灰的水浸、酸浸、碱浸等各部分试验。

1、水浸试验

水浸试验初步想法将铜烟灰中的铜、锌进行浸出，与砷进行分离。试验主要对液固比、浸出时间、浸出温度等条件进行了考察。水浸最佳条件：浸出温度80℃、液固比5：1、时间2小时。该条件下，水浸试验数据情况见表1所示。

表1 铜烟灰水浸试验数据

表1可见，水浸时铜的浸出率接近75%，锌的浸出率54.5%；水浸后液含砷只有0.4g/L，砷的浸出率只有2.9%，能够实现烟灰中部分铜、锌与砷的分离，但铜、锌分离不彻底。

水浸后液可进行锌粉置换得到纯度较高的铜粉，也可进行电积回收金属铜。

2、锌粉置换实验

利用锌粉对水浸后液中的铜进行了置换，得到纯度较高的铜粉和浓度较高的硫酸锌溶液。制备的铜粉（见图1所示）粒度很细，但烘干时极易发生氧化，导致主品位铜含量较低，铜粉化学成分见下表2所示。化验室条件受限，无法分析铜粉中的氧含量，根据其他元素含量推测未氧化前铜粉中铜含量在98%以上，可满足稀贵车间使用。制备的铜粉可采用水封隔绝空气等措施解决氧化问题。置换后液可进行制备硫酸锌。

表2 铜粉化学成分表

图1 置换所得铜粉滤饼

3、碱浸试验

3.1 碱浸试验

 碱浸试验在NaOH-Na2S体系下进行，主要考察氢氧化钠浓度、液固比、浸出时间、浸出温度对铜烟灰中砷的浸出率的影响。碱浸最佳条件：浸出温度85℃、浸出时间4小时、液固比8/1、氢氧化钠浓度60g/L。该条件下碱浸试验得到碱浸液和碱浸渣分别见表3、表4所示。

表3 铜烟灰碱浸试验数据

表4 碱浸渣成分表

上述试验条件下，硫化钠消耗量为理论量1.1倍时，砷的浸出率可达96%以上（按渣计），碱浸渣中砷含量低至0.36%，浸出液中其他金属几乎未浸出，可很好地实现砷与其他组分的分离。

3.2 二次碱浸

由于碱浸时液固比较大，碱浸后液含砷浓度较低，但碱浓度仍有30%以上（见上表3），考虑利用碱浸后液进行二次碱浸，一方面提高碱液利用率，同时将碱浸液中的砷进行富集。将碱浸后液重新配液后，在上述3.1碱浸条件下进行二次碱浸，砷的浸出率可达到89%，浸出液中砷浓度得到富集（见表5）。

表5 铜烟灰碱浸试验数据

3.3 碱浸液沉砷、碱液再生

碱浸液直接采用石灰乳进行沉砷，分别考察反应时间、反应温度、双氧水加入量、石灰乳加入量对沉砷效果的影响。

未采用双氧水对碱浸液氧化时，沉砷效果较差，砷的转化率只有44.1%。采用双氧水将碱浸液充分氧化后再次进行沉砷，砷的转化率明显升高。在双氧水理论量1倍、石灰理论量1.5倍、反应温度90℃、反应时间1.5小时的条件下，砷的转化率可达到84.2%。试验过程见下图2所示，试验数据见下表6所示。沉砷后碱液得到再生，再生的碱液可返回碱浸工序循环利用。沉砷渣无害化处理后可堆存，还可进一步制砷。

表6 碱浸液沉砷试验数据

4、碳酸钠碱浸试验

采用碳酸钠对铜烟灰进行浸出试验，主要考察了碳酸钠浓度、液固比、浸出温度、浸出时间对砷的浸出率的影响。

进行了四次碳酸钠碱浸试验。试验时，对试验条件进行了大幅优化、调整，砷的浸出效果变化不明显（碱浸数据见表7所示）。

表7碳酸钠浸出试验数据

试验证明，碳酸钠碱浸工艺不可行。

5、酸浸试验

5.1 常压酸浸

    采用环保工段废酸对铜烟灰进行酸性浸出，主要考察硫酸浓度、浸出温度、液固比、浸出时间等因素对各元素浸出率的影响。在硫酸浓度180g/L、浸出温度90℃、液固比5：1浸出时间2.5小时的条件下，各元素的浸出率见下表8所示。

表8铜烟灰酸浸试验数据

酸浸结束后，滤液很难过滤，各项数据有一定误差。过滤结束后滤渣量很小，推测主要含硫等，铜、砷、锌等元素可从烟灰中得到有效分离。酸浸后液中铜、铁、砷浓度较高，尝试了沉淀除铁砷，滤液中渣量大，效果差。后续开展控制PH、定量酸浸试验。

5.2 定量酸浸

先将铜烟灰用少量水进行浆化，然后将废酸稀释后连续滴加至铜烟灰浆液中进行酸浸试验，主要考察硫酸浓度、液固比、浸出温度、硫酸滴加速率、浸出时间等因素的影响。酸浸试验时主要控制溶液PH不低于4.0。

在硫酸浓度35g/L、液固比3：1、浸出温度80℃、硫酸滴加速率1滴/秒、浸出时间2小时的条件下，各元素浸出情况见下表9所示。

表9铜烟灰酸浸试验数据

由表9可见，定量酸浸时，铜、锌浸出率分别可达到90%、73%，铁、砷浸出率明显降低。但是，铁仍有部分被浸出，分析原因为酸浸时溶液PH控制不精确所致。酸浸过程主要控制溶液的PH不低于4.0，试验条件所限，溶液PH 的控制主要采用PH试纸进行判断，实际控制时可能与理论值存在一定偏差，对试验有一定影响。

6、试验时出现的问题

整个试验过程存在抽滤困难的问题。由于铜烟灰颗粒过细，加上真空泵抽滤效果差，浸出后滤液难过滤，抽滤时间过长。

针对过滤慢问题，还分别尝试了采用阳离子和阴离子型聚丙烯酰胺、洗衣粉来改善过滤，聚丙烯酰胺对浆液沉降有一定效果，但过滤效果不明显，见下图3所示。尤其是浸出液进行铁砷分离时由于渣量大，很难过滤。

7、试验结论

（1）整个过程主要是在理论分析可行的基础上进行试验验证，每个部分均进行了重复性试验，酸浸、碱浸试验的重复性好。

（2）水浸试验，铜的浸出率接近75%，锌的浸出率54.5%；水浸后液含砷只有0.4g/L，砷的浸出率只有2.9%，能够实现烟灰中部分铜、锌与砷的分离，但铜、锌分离不彻底。

（3）NaOH-Na2S体系下的碱浸试验，砷的浸出率可达到96%，能够有效实现砷与其他组分的分离，浸出渣含砷可降至0.5%以下。

（4）碱浸液沉砷试验，砷的转化率能够达到84%左右；再生的碱液进行二次碱浸，砷的浸出率可达到89%左右，碱浸液中的砷可得到富集，可为下一步砷的处理创造有利条件。

（5）Na2CO3体系下的碱浸试验，试验效果差，脱砷率只有8%左右，工艺不可行。

（6）常压硫酸浸出试验，铜、铁、砷、锌等元素浸出效果理想，但铁、砷分离困难，工艺可操作性不强。

（7）控制PH定量酸浸可有效降低铁、砷的浸出率，因试验条件受限，PH控制不精确，具备条件时可进一步验证。

参考文献：

[1]李利丽.铜冶炼高砷烟灰综合处理流程研究[J].中国金属通报, 2011(19):2.DOI:CNKI:SUN:JSTB.0.2011-19-018.

[2]廖黎明,代君婧.从铜冶炼烟灰中回收铜的试验研究[J].四川冶金, 2022(044-002).

第一作者简介：蒋永建，男，助理工程师，1981年8月出生，本科，毕业于青岛理工大学，主要从事铜冶炼工艺、电气设备运营管理工作。