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两段酸浸法浸出铜烟尘中的铜锌铟 ① 李学鹏1, 王 娟2, 常 军1, 王子阳1 (1.铜仁学院 材料与化学工程学院,贵州 铜仁 554300; 2.铜仁学院 大数据学院,贵州 铜仁 554300) 摘 要 以某铜烟尘为处理对象,采用常压酸浸回收铜锌、氧压酸浸回收铟的两段酸浸法浸出其中的铜、锌、铟。 常压酸浸法浸出铜 烟尘中锌和铜的最佳条件为浸出温度 95 ℃,硫酸浓度 180 g/ L,搅拌速率 350 r/ min,液固比 4∶1,浸出时间 120 min,此时铜、锌、铟 浸出率分别为 84.25%、95.35%和 9.98%。 采用氧压酸浸法浸出铜烟尘中的铟,最佳条件为浸出温度 220 ℃,搅拌速率 650 r/ min, 釜内氧分压 0.60 MPa,液固比 4∶1,硫酸浓度 180 g/ L,浸出时间 150 min,此时铜、锌、铟浸出率分别为 93.12%、97.89%和 99.50%。 关键词 铜烟尘; 氧压酸浸; 浸出; 铟; 铜; 锌 中图分类号 TF046文献标识码 Adoi10.3969/ j.issn.0253-6099.2020.01.026 文章编号 0253-6099(2020)01-0109-05 Extraction of Copper, Zinc and Indium from Copper Dust with a Two⁃Stage Acid Leach Technique LI Xue⁃peng1, WANG Juan2, CHANG Jun1, WANG Zi⁃yang1 (1.School of Materials and Chemical Engineering, Tongren University, Tongren 554300, Guizhou, China; 2.School of Data Science, Tongren University, Tongren 554300, Guizhou, China) Abstract A two⁃step acid leaching technique was employed for treatment of a kind of copper dust for recovering copper, zinc and indium therein. In an experimental study, the first stage of atmospheric pressure acid leaching for recovering copper and zinc was performed under the optimal conditions including leaching temperature of 95 ℃, sulfuric acid concentration of 180 g/ L, agitation speed of 350 r/ min, liquid⁃solid ratio of 4∶1 and leaching time of 120 min, resulting in the leaching rates of Cu, Zn and In at 84.25%, 95.35% and 9.98% respectively; the second stage of oxygen pressure acid leaching for recovering indium was performed with the optimal conditions including leaching temperature of 220 ℃, agitation speed of 650 r/ min, partial oxygen pressure of 0.60 MPa, liquid⁃solid ratio of 4∶1, sulfuric acid concentration of 180 g/ L and leaching time of 150 min, with the leaching rates of Cu, Zn and In at 93.12%, 97.89% and 99.50%, respectively. Key words copper dust; oxygen pressure acid leaching; leaching; indium; copper; zinc 火法炼铜时精矿中易挥发的组分,例如锌、铅、锡、 铟、砷等大量挥发进入烟尘中,形成铜烟尘[1]。 铜烟 尘中含有铜、锌、铟等有价金属,具有较好的回收价值。 铜烟尘中有价金属的回收方法主要有火法挥发法、湿 法浸出法和火法⁃湿法联合法[2-4]。 火法挥发法是在 高温下,于一定的还原气氛中,将铜烟尘中锌铟等有价 金属挥发富集进入烟尘,富集的烟尘作为锌冶炼原料 用以提取有价金属[5-6]。 湿法浸出法是以酸、碱或水 为浸出剂,将铜烟尘中铜锌铟等有价金属浸入溶液中, 铜锌铟等再在溶液中进行分离[7-14]。 火法⁃湿法联合 法,首先采用火法挥发将锌铟等有价金属富集入烟尘 中,再采用湿法浸出法回收烟尘中的有价金属[15]。 由 于铜烟尘成分复杂,目前尚无固定的处理方法,需根据 铜烟尘的实际成分采用适当的处理方法。 本文采用常 压酸浸回收铜锌、氧压酸浸回收铟的两步酸浸法处理 某铜烟尘,高效地浸出了铜烟尘中的铜、锌、铟,为处理 该类物料提供了一种新的思路。 1 实 验 1.1 实验原料 实验原料(铜烟尘)化学成分如表 1 所示,原料 X 射线衍射分析如图 1 所示。 ①收稿日期 2019-08-10 基金项目 国家自然科学基金(51804220);铜仁学院博士科研启动基金(200030405) 作者简介 李学鹏(1985-),男,江西丰城人,副教授,博士,主要从事冶炼二次资源回收利用研究工作。 第 40 卷第 1 期 2020 年 02 月 矿矿 冶冶 工工 程程 MINING AND METALLURGICAL ENGINEERING Vol.40 №1 February 2020 万方数据 表 1 原料化学成分(质量分数) / % AsZnCuPbSnIn1)BiAg1) 0.3127.915.8528.3220.219070.37262 1) 单位为 g/ t。 1070305090 2 / θ 1 Pb3AsO42 2 PbO 3 ZnO 4 SnO2 5 CuO 4 3 3 3 3 3 5 5 5 4 44 4 4 4 1 2 2 图 1 烟尘 X 射线衍射分析 由图 1 可知,烟尘中铜和锌的物相主要为 CuO 和 ZnO。 由于烟尘中铟含量很低,X 射线衍射分析检测 不出铟的物相,采用化学物相法分析铟的物相,分析结 果如表 2 所示。 表 2 原料中铟化学物相(质量分数) / % In2O3InO+InO2In2S3In2(SO4)3 其他 80.3213.113.682.370.52 由表 2 可知,原料中铟的物相主要为氧化物、硫化 物和硫酸盐。 1.2 实验设备及实验方法 实验主要设备为浸出槽和 2 L 压力釜。 2 L 压力 釜采用导热油加热,精确温度控制范围为 20~240 ℃, 控温精度2 ℃。 原料经磨矿过150 目(0.106 mm)筛, 与一定浓度的硫酸溶液在搪瓷反应釜中进行酸浸反应, 反应结束后取样检测。 元素浸出率按式(1)计算 xi= m0ωi - m 1ω′i m0ωi 100%(1) 式中 xi为 i 元素的浸出率,%;m0为烟尘加入质量,g; ωi为烟尘中 i 元素含量,%;m1为浸出后物料质量,g; ω′ i为浸出后物料中 i 元素的含量,%。 1.3 实验原理 采用常压酸浸法浸出铜和锌,采用氧压酸浸法浸 出铟,发生的主要化学反应如下 CuO + H2SO4CuSO4 + H 2O (2) ZnO + H2SO4ZnSO4 + H 2O (3) In2O3+ 3H2SO4In2(SO4)3+ 3H2O(4) InO + 3 2 H2SO4+ 1 4 O2(g) 1 2 In2(SO4)3+ 3 2 H2O(5) In2O + 3H2SO4 + O 2(g) In2(SO4)3+ 3H2O(6) In2S3+ 3H2SO4+ 3 2 O2(g) In2(SO4)3+ 3S + 3H2O(7) 2 实验结果及讨论 2.1 铜和锌的常压酸浸实验 2.1.1 搅拌速率对铜锌浸出率的影响 浸出温度 90 ℃,硫酸浓度 150 g/ L,液固比 4 ∶1, 浸出时间 90 min,不同搅拌速率对铜锌浸出率的影响 如图 2 所示。 1;5r min-1 100 90 80 70 60 50 100 90 80 70 60 50 8 6 4 2 0 250300350400 1*5 BD1;/4 0 1*5 1*5 BD/4 BD/4 图 2 搅拌速率对铜锌浸出率的影响 由图 2 可知,提高搅拌速率,铜和锌浸出率升高,搅 拌速率为 350 r/ min 时,铜、锌浸出率分别为 75.98%和 90.13%,浸出渣中铜和锌含量分别降低至 2.56%和 1.69%。 确定最佳搅拌速率为 350 r/ min。 2.1.2 浸出温度对铜锌浸出率的影响 搅拌速率 350 r/ min,其他条件不变,浸出温度对 铜锌浸出率的影响如图 3 所示。 1*, 100 90 80 70 60 50 100 80 60 8 6 4 2 0 80859095 1*5 BD1;/4 0 1*5 1*5 BD/4 BD/4 图 3 浸出温度对铜锌浸出率的影响 011矿 冶 工 程第 40 卷 万方数据 由图 3 可知,随着浸出温度升高,铜和锌浸出率升 高,浸出温度为 95 ℃时,铜、锌浸出率分别为 78.33% 和 92.89%,浸出渣中铜和锌含量分别降低至 2.03%和 1.58%。 确定最佳浸出温度为 95 ℃。 2.1.3 硫酸浓度对铜锌浸出率的影响 浸出温度 95 ℃,其他条件不变,硫酸浓度对铜锌 浸出率的影响如图 4 所示。 4, 94 92 90 88 86 210 200 190 180 170 160 150 160180200220 V1*5 BDV/4g t-1 V1*5 BDV/4 图 8 浸出温度对铟浸出率的影响 2.2.3 硫酸浓度对铟浸出率的影响 浸出温度 220 ℃,其他条件不变,硫酸浓度对铟浸 出率的影响如图 9 所示。 47,g L-1 99 97 95 93 91 89 190 170 150 130 110 90 120160140180200 V1*5 BDV/4g t-1 V1*5 BDV/4 图 9 硫酸浓度对铟浸出率的影响 由图 9 可知,提高硫酸浓度,铟浸出率升高,硫酸 浓度为 180 g/ L 时,铟浸出率为 97.89%,浸出渣中铟 含量降低至 102 g/ t。 确定最佳硫酸浓度为 180 g/ L。 2.2.4 液固比对铟浸出率的影响 硫酸浓度 180 g/ L,其他条件不变,液固比对铟浸 出率的影响如图 10 所示。 由图 10 可知,增大液固比, 铟浸出率升高,液固比为 4∶1时,铟浸出率为 97.89%, A. 100 96 92 88 84 230 195 160 125 90 V1*5 BDV/4 g t-1 V1*5 BDV/4 3 14 15 16 1 图 10 液固比对铟浸出率的影响 浸出渣中铟含量为 102 g/ t。 确定最佳浸铟液固比为 4∶1。 2.2.5 浸出时间对铟浸出率的影响 液固比 4∶1,其他条件不变,浸出时间对铟浸出率 的影响如图 11 所示。 1*;0min 100 95 90 85 240 210 180 150 120 90 60 90120150180 V1*5 BDV/4g t-1 V1*5 BDV/4 图 11 浸出时间对铟浸出率的影响 由图 11 可知,延长浸出时间,铟浸出率升高,浸出 时间为 150 min 时,铟浸出率为 99.50%,浸出渣中铟 含量降低为 75 g/ t。 确定最佳浸出时间为 150 min。 2.3 浸出渣 通过上述单因素实验,确定常压酸浸最优条件为 浸出温度95 ℃,硫酸浓度180 g/ L,搅拌速率350 r/ min, 液固比 4 ∶1,浸出时间 120 min,此条件下铜、锌、铟浸 出率分别为 84.25%、95.35%和 9.98%。 氧压酸浸最优 条件为浸出温度 220 ℃,搅拌速率 650 r/ min,釜内氧 分压 0.60 MPa,液固比 4 ∶1,硫酸浓度 180 g/ L,浸出时 间 150 min,此条件下,铜、锌、铟浸出率分别为 93.12%、 97.89%和 99.50%。 经两段酸浸后,浸出渣中各元素含 量如表 3 所示。 表 3 浸出渣化学成分(质量分数) / % AsZnCuPbSnIn1)BiAg1) 0.420.060.0945.8931.97750.47424 1) 单位为 g/ t。 3 结 论 1) 采用两段酸浸法可有效浸出铜烟尘中的铜、 锌、铟,实现了铜、锌、铟的高效浸出,为处理该类物料 提供了一种新的思路。 2) 常压酸浸最优条件为浸出温度 95 ℃,硫酸浓 度 180 g/ L,搅拌速率350 r/ min,液固比4∶1,浸出时间 120 min;氧压酸浸最优条件为浸出温度 220 ℃,搅拌 速率 650 r/ min,釜内氧分压 0.60 MPa,液固比 4 ∶1,硫 211矿 冶 工 程第 40 卷 万方数据 酸浓度 180 g/ L,浸出时间 150 min。 两段浸出后,铜、 锌、铟浸出率分别为 93.12%、97.89%和 99.50%,浸出 渣中铜、锌、铟含量分别降低至 0.09%、0.06%和 75 g/ t。 参考文献 [1] 阮胜寿,路永锁. 浅议从炼铜电收尘烟灰中综合回收有价金属[J]. 有色冶炼, 2003(6)41-44. 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