炼铜烟灰加压浸出试验研究.pdf

炼铜烟灰加压浸出试验研究 ① 陈荣升， 谌宏海， 王细军， 李亚杰， 廖诗佳， 李 杰 （湖北大江环保科技股份有限公司，湖北 黄石 435005） 摘 要 为利用炼铜烟灰中的有价金属，采用加压浸出法浸出铜冶炼烟灰中的铜和锌，考察了温度、压力、始酸浓度、浸出时间对浸 出效果的影响。 研究结果表明，最佳浸出条件为温度 160 ℃、压力 1.2 MPa、始酸浓度 130 g／ L、浸出时间 3 h，该条件下铜、锌浸出率 分别为 98.9％和 97.8％。 关键词 炼铜烟灰； 加压浸出； 浸出率； 铜； 锌； 氧化 中图分类号 TF811文献标识码 Adoi10.3969／ j.issn.0253－6099.2020.04.031 文章编号 0253－6099（2020）04－0124－03 Experimental Study on Pressure Leaching of Flue Dust from Copper Smelting CHEN Rong-sheng， CHEN Hong-hai， WANG Xi-jun， LI Ya-jie， LIAO Shi-jia， LI Jie （Hubei Dajiang Environmental Protection Technology Co Ltd， Huangshi 435005， Hubei， China） Abstract A pressure leaching process was adopted in order to recover copper and zinc in the flue dust from copper smelting. Effects of temperature， pressure， initial acid concentration and leaching time on the final leaching rates were investigated. The results show that a 3 h-pressure leaching at 160 ℃， with the pressure at 1.2 MPa and an initial acid concentration of 130 g／ L， can lead to the leaching rate of copper and zinc up to 98.9％ and 97.8％， respectively. Key words flue dust from copper smelting； pressure leaching； leaching rate； copper； zinc； oxidation 铜是一种玫瑰红色重金属，广泛用于电气、国 防等各个领域［1－2］，目前绝大部分金属铜是通过火 法工艺产出的［3－5］。 火法炼铜底吹炉造锍熔炼是将 含铜物料与溶剂一起加入底吹炉内，通入富氧空气 使物料在高温下熔化，发生一系列物理化学反应后 得到冰铜和炉渣［6－8］，铜精矿中伴生的 Pb、Zn 等易 挥发组分进入烟气中［9］。 因底吹炉特殊的结构，铜 烟灰中元素种类多且含有较多的金属硫化物，增加 了烟灰的处理难度。 目前国内外对底吹炉烟灰的 研究较少，处理时存在工艺流程长、回收率低、有害 物质难于开路等难题［10－12］。 本文针对底吹炉炼铜 烟灰的组成特性，采用加压浸出法，实现铜、锌两种 金属元素的提取，主要研究了温度、压力、始酸浓度、 浸出时间对铜、锌浸出效果的影响，为后续分离提取 提供参考。 1 试 验 1.1 试验原料 试验所用原料来自我国某铜冶炼企业底吹炉熔炼 过程产生的铜烟灰，样品经干燥、缩分、混匀后取样，粉 磨和筛分处理，保证物料粒度小于 0.074 mm。 铜烟灰 粒度较细，在 2～4 μm、10～20 μm 和 60～70 μm 粒级 呈现相对部分集中分布，平均粒度为 3.86 μm，比表面 积为 979.3 m2／ kg，有利于湿法浸出过程。 铜烟灰样品的主要化学元素组成见表 1，其 X 射 线衍射图见图 1。 表 1 铜烟灰主要化学元素组成（质量分数） ／ ％ PbCuZnFeAsS 22.4114.903.128.2310.5410.56 ①收稿日期 2020－03－05 作者简介 陈荣升（1983－ ），男，辽宁昌图人，工程师，硕士，主要从事冶金及资源综合回收技术研究与管理工作。 第 40 卷第 4 期 2020 年 08 月 矿矿 冶冶 工工 程程 MINING AND METALLURGICAL ENGINEERING Vol.40 №4 August 2020 3020104050706080 2 / θ 1 PbSO4 2 CuSO4 3 CuFeS2 4 As2O3 5 Fe2O3 6 CuxS 7 Fe2SO43 8 CuO 9 Fe3O4 2 2 7 7 1 1 3 3 4 4 1 1 1 1 1 1 1 1 6 5 59 9 9 8 8 3 6 1 1 11 1 1 1 图 1 铜烟灰 XRD 图谱 为进一步查明铜烟灰中铜、铅、铁和砷的赋存状 态，进行了物相定量分析，结果见表 2。 表 2 铜烟灰中 Pb、Cu、As、Fe 的物相分布 物相 分布率／ ％ PbCuAsFe 硫化物相2.6830.873.7510.83 硫酸盐相88.6232.256.6812.73 氧化物相8.7036.8889.5776.44 合计100.00100.00100.00100.00 1.2 反应原理 根据铜烟灰中铜、铅、砷和铁等金属的含量及物相 分析结果，拟采用氧压浸出法将铜、锌与砷、铁、铅分 离。 反应可分为 3 个阶段第一阶段为易溶于酸的氧 化锌、氧化铜、氧化铁和氧化铅等物质与硫酸反应；第 二阶段为金属硫化物在有氧条件下溶出，以及低价态 砷、铁被氧化为高价，此时烟灰中大部分铜、砷、铁、锌 以可溶性硫酸盐形式进入溶液中；第三阶段为溶液中 砷、铁反应生成砷酸铁沉淀，与锌、铜分离［13］。 由于铜 烟灰原料中砷与铁的比例相当，砷与铁基本沉淀，故本 文只讨论温度、压力、始酸浓度、浸出时间对铜、锌浸出 率的影响。 1.3 试验方法 称取一定量的铜烟灰，按照一定的温度、压力、始 酸浓度及浸出时间在反应釜（威海宏协化工机械有限 公司 CJK-2L 磁力反应釜，内衬锆材）中进行反应，待 反应结束后，过滤、洗涤，滤渣干燥后进行化学分析检 测，微量元素成分采用 ICP-MS （Agilent 7500）检测， 铜、锌浸出率根据渣的成分数据进行计算。 采用日本岛津公司 DIFFRACTO METER-6000 型 X 射线衍射仪（XRD）进行矿物组成分析；采用百特 BT-9300S 型激光粒度仪进行粒度分析。 2 结果与分析讨论 2.1 温度的影响 压力 1.1 MPa、始酸浓度 100 g／ L、浸出时间 1 h 条 件下，不同温度对铜、锌浸出率的影响见图 2。 从图 2 可看出，当温度从 120 ℃增大到 160 ℃时，铜、锌浸出 率逐步提高。 这是因为随着温度不断升高，烟灰中可 溶物质在溶液中的溶解度增大，从而使浸出速度加快； 同时，升高温度可以降低浸出液黏度，有利于物质扩 散，从而促进浸出反应。 但当温度增大到 180 ℃ 时， 铜、锌浸出率出现略微下降的趋势。 因此选择温度为 160 ℃。 温度／℃ 85 75 65 55 120160140180 浸出率／ ■ ● ■ ● ■ ● ■ ● Cu Zn ■ ● 图 2 温度对铜烟灰浸出的影响 2.2 压力的影响 温度 160 ℃，其他条件不变，不同压力下铜、锌浸 出率如图 3 所示。 从图 3 可知，压力从 0.8 MPa 提高 到 1.2 MPa 时，铜浸出率有了明显提高，继续增大压力 时，铜浸出率上升缓慢；锌浸出率变化趋势与铜非常类 似。 故选取压力为 1.2 MPa。 压力／MPa 90 80 70 60 0.81.21.01.4 浸出率／ ■ ● ■ ● ■ ●■● Cu Zn ■ ● 图 3 压力对铜烟灰浸出的影响 2.3 始酸浓度的影响 始酸浓度对保证生产中的处理能力至关重要。 压 力 1.2 MPa，其他条件不变，不同始酸浓度时铜、锌浸 出率如图 4 所示。 由图 4 可知，当始酸浓度从 90 g／ L 521第 4 期陈荣升等 炼铜烟灰加压浸出试验研究 增大到 130 g／ L 时，铜、锌浸出率均明显提高；进一步 增大始酸浓度时，铜、锌浸出率变化平缓。 这说明始酸 浓度达到 130 g／ L 时，铜烟灰与酸的接触反应已经比 较充分。 因此确定始酸浓度为 130 g／ L。 始酸浓度／g L-1 95 85 75 65 90130110150 浸出率／ ■ ● ■ ● ■ ● ■ ● Cu Zn ■ ● 图 4 始酸浓度对铜烟灰浸出的影响 2.4 浸出时间的影响 始酸浓度130 g／ L，其他条件不变，浸出时间对铜、 锌浸出率的影响如图 5 所示。 从图 5 可看出，当浸出 时间从1 h 延长至3 h 时，铜、锌浸出率逐渐上升，继续 延长浸出时间至 4 h 时，铜、锌浸出率基本保持不变， 因此浸出时间选择为 3 h。 浸出时间／h 100 98 96 94 92 90 1324 浸出率／ ■ ● ■ ● ■ ● ■ ● Cu Zn ■ ● 图 5 浸出时间对浸出的影响 2.5 综合试验及浸出渣元素分析 根据单因素实验，在温度 160 ℃、压力 1.2 MPa、 始酸浓度 130 g／ L、浸出时间 3 h 条件下，进行了铜烟 灰加压浸出综合试验，铜、锌浸出率分别达到 98.9％和 97.8％。 对浸出渣进行了化学元素分析，结果如表 3 所示。 浸出渣中 Cu、Zn 含量皆为微量，Pb、Fe、As 含量较高， 可以作为铅火法冶炼原料。 表 3 浸出渣主要化学元素组成（质量分数） ／ ％ PbCuZnFeAs 34.420.250.1112.3115.38 浸出液可通过除铜-除铁-除锰-除镉等净化工序得 到纯净的硫酸锌溶液，再通过蒸发结晶制成一水硫酸 锌或七水硫酸锌产品。 3 结 论 1） 采用氧压浸出法处理铜冶炼底吹炉造锍熔炼 过程中产生的铜烟灰，可有效浸出铜、锌，实现铜烟灰 中有价资源的回收。 2） 加压浸出的最佳条件为温度 160 ℃、压力 1.2 MPa、始酸浓度 130 g／ L、浸出时间 3 h，该条件下铜、锌 浸出率可达到 98.9％和 97.8％，浸出效果好。 参考文献 ［1］ 孙乐栋，李 杰，光 明，等. 炼铜烟灰硫酸浸出及铜浸出动力学 研究［J］. 矿冶工程， 2016（1）97－100. ［2］ Montenegro V， Sano H， Fujisawa T. Recirculation of high arsenic content copper smelting dust to smelting and converting processes［J］. Minerals Engineering， 2013，49（8）184－189. ［3］ 郝士涛. 铜冶炼烟灰碱浸脱砷预处理及有价金属综合回收［D］. 赣州江西理工大学材料与化学工程学院， 2012. ［4］ 张 琰. 从铜转炉烟灰中回收铜锌铅的研究［D］. 兰州兰州理工 大学材料科学与工程学院， 2011. ［5］ 高大银，周 明，夏兆泉，等. 侧吹炉两段法处理含铅铜烟灰的工 艺中国，CN201410038592.6［P］. 2014. ［6］ 张训鹏. 冶金工程概论［M］. 长沙中南大学出版社， 2005. ［7］ 朱家栋. 铜造锍熔炼烟尘的处理工艺研究［D］. 武汉武汉科技大 学材料与冶金学院， 2012. ［8］ Vtkov M， Ettler V， Hyks J， et al. Leaching of metals from copper smelter flue dust（Mufulira， Zambian Copperbelt）［J］. Applied Geo- chemistry， 2011，26S263－S266. ［9］ 李洪臻. 浅淡富氧底吹炉熔池炼铜新工艺［J］. 山西冶金， 2016， 39（1）91－93. ［10］ 李学鹏，王 娟，常 军，等. 两段酸浸法浸出铜烟尘中的铜锌 铟［J］. 矿冶工程， 2020，40（1）109－113. ［11］ 汪金良，胡华舟，谢凌峰. 铜烟灰酸浸-磁选预处理过程中元素的 分配［J］. 有色金属（冶炼部分）， 2018（5）5－9. ［12］ Morales A， Cruells M， Roca A， et al. Treatment of copper flash smelter flue dusts for copper and zinc extraction and arsenic stabiliza- tion［J］. Hydrometallurgy， 2010，105（1－2）148－154. ［13］ 蒋开喜. 加压湿法冶金［M］. 北京冶金工业出版社， 2016. 引用本文 陈荣升，谌宏海，王细军，等. 炼铜烟灰加压浸出试验研究［J］. 矿冶工程， 2020，40（4）124－126. 621矿 冶 工 程第 40 卷