利用碳酸铵溶液处理铜烟灰的研究.pdf

第3 3 卷第6 期 2 0 1 3 年1 2 月 矿冶工程 M I N I N GA N DM E T A L L U R G I C A LE N G 矾E E R 啉G V 0 1 ．3 3N 0 6 D e c e m b e r2 0 1 3 利用碳酸铵溶液处理铜烟灰的研究① 张恩玉，鲁兴武，贡大雷，马爱军，曹桂银 西北矿冶研究院冶金新材料研究所。甘肃白银7 3 0 9 0 0 摘要利用碳酸铵溶液处理含铜烟灰，研究了碳酸铵浓度、温度、液固比、浸出时间等因素对浸出过程的影响。实验得到最佳浸出 条件为碳酸铵浓度2m o l ／L 、液固比4 1 、温度6 0 ℃、时间8h ．在此条件下铜浸出率可以达到8 5 ％左右；铅、铋、金、银等有价金属进 一步富集，可以在炼铅系统进一步回收。 关键词铜烟灰；碳酸铵；浸出；铜；铅；铋 中图分类号T F l l l文献标识码A d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．0 2 5 3 6 0 9 9 ．2 0 1 3 ．0 6 ．0 0 1 8 文章编号0 2 5 3 6 0 9 9 2 0 1 3 0 6 0 0 6 8 0 3 S t u d yo nC o p p e rA s hT r e a t m e n t 丽t hA m m o n i u mC a r b o n a t eS o l u t i o n Z H A N GE n y u ，L UX i n g w u ，G O N GD a - l e i ，M AA i q u n ，C A OG u i y i n I n s t i t u t eo fM e t a l l u r g ya n dN e wM a t e r i a l s ，N o r t h w e s tR e s e a r c hI n s t i t u t e 旷M i n i n ga n dM e t a l l u r g y ，B a i y i n7 3 0 9 0 0 ， G a n s u ，C h i n a A b s t r a c t C o p p e r c o n t a i n i n ga s hw a st r e a t e d w i t ha m m o n i u mc a r b o n a t es o l u t i o nf o r i n v e s t i g a t i n g t h e i m p a c to f a m m o n i u mc a r b o n a t ec o n c e n t r a t i o n ，t e m p e r a t u r e ，s o l i d t o - l i q u i dr a t i oa n dl e a c h i n gt i m eO nt h el e a c h i n gp r o c e s s ．I ti s c o n c l u d e df r o mt h et e s tt h a tu n d e rt h ef o l l o w i n go p t i m a ll e a c h i n gc o n d i t i o n sw i t ha m m o n i u mc a r b o n a t ec o n c e n f f a t i o no f 2m o l ／L ，s o l i d t o l i q u i dr a t i oo f4 1 ，b e i n gl e a c h e df o r8ha tt h et e m p e r a t u r eo f6 0 ℃，t h ec o p p e rl e a c h i n gr a t i oc a nb e a r o u n d8 5 ％．T h o s ev a l u a b l em e t a l si n c l u d i n gl e a d ，b i s m u t h ，g o l da n ds i l v e r ，c a nb er e c o v e r e df r o ml e a ds m e l t i n g p r o c e s sa f t e rf u r t h e re n r i c h m e n t ． K e yw o r d s c o p p e ra s h ；a m m o n i u mc a r b o n a t e ；l e a c h i n g ；c o p p e r ；l e a d ；b i s m u t h 铜精矿熔炼过程产生的烟气通过余热锅炉后，经 漩涡收尘器、排烟机以及电收尘器后，便得到了含有 铜、锌、铅、铋、砷等多种金属元素的烟灰。烟灰不及时 处理不但会造成严重的环境污染，也造成了资源的浪 费。铜烟灰成份复杂，物相组成波动较大，很难有统一 的处理方法。1 。对铜烟灰的处理，早期以火法为主， 如前苏联和日本的一些企业采用回转窑处理，使锌优 先分离出来。国内铜厂则直接返回熔炼处理，这样不 仅降低了熔炼系统处理精矿的能力，影响粗铜质量，而 且有害杂质的循环积累还影响生产操作，使得烟尘率 增大，引起炉况恶化；同时烟气中杂质含量增大，不但 缩短制酸触媒的使用寿命和降低转化率，而且降低硫 酸和阳极铜质量。烟气含砷过高时，常影响制酸系统 的正常运转。采用火法处理铜烟灰普遍存在着综合回 收水平低、劳动条件差及污染问题，因此国内外冶金工 作者纷纷研究湿法处理铜烟灰工艺，如水浸法、酸浸 法、氯盐浸出法、碱浸法等，但以水浸和稀硫酸浸出应 用较多。大多数流程采用水或稀硫酸浸出铜烟灰中的 铜和锌，再利用不同方法分别处理浸出液和浸出 渣∽】。 烟灰中的铜主要以氧化亚铜的形式存在，并含有 少量的硫化亚铜。本文采用碳酸铵浸取技术处理烟 灰，在碳酸铵浸出过程中，铜与氨形成络合离子进入溶 液，而其它所含金属则不被浸出。 1 实验原料和方法 1 ．1 实验原料 实验原料为某铜业公司收尘系统得到的烟灰，主 要化学成分见表1 。 表1 铜烟灰主要化学成分 质量分数 ／％ 1 单位为s ／t 。 ①收稿日期2 0 1 3 - 0 6 0 2 作者简介张恩玉 1 9 8 4 - ，男，甘肃兰州人，工程师，主要从事冶金综合利用研究工作。 万方数据 第6 期张恩玉等利用碳酸铵溶液处理铜烟灰的研究 1 ．2 实验原理 利用铜、锌等与氨形成稳定的配合物，将物料中的 铜、锌等金属及化合物浸溶出来，实现金属的分离”1 。 本实验研究采用碳酸铵作为浸出剂，使铜与氨络合进 入溶液∞oo 烟灰中的铜在碳酸铵溶液中浸出过程主要发生如 下反应 N H 4 2 C 0 3 2 N H 3 C 0 2 H 2 0 C u 2 0 4 N H 3 H 2 0 2 [ C u r , a - 1 3 2 ] 3 H 2 0 2 0 H C u 0 2 N H 4 0 H N H 4 2 C 0 3 一C u 1 e , - 1 3 4 C 0 3 3 H 2 0 C u S 4 N H 3 2 0 2 一C u N H 3 4 S 0 4 1 ．3 实验方法 含铜烟灰加入碳酸铵溶液中，在水浴锅中密封恒 温加热浸出，使铜形成铜氨络离子进入溶液，再经过萃 取分离铜，形成硫酸铜溶液，制备硫酸铜或经过电解形 成电积铜；过滤渣送铅火法冶炼系统，得到粗铅，S b 、 B i 、A g 富集在粗铅中，在铅电解过程中继续富集至阳 极泥中，阳极泥送贵金属冶炼系统回收s b 、B i 、A g 。 2 实验结果与讨论 2 ．1 碳酸铵初始浓度对铜浸出率的影响 实验条件烟灰2 0 0g ，液固比4 1 ，温度6 0 ℃，浸 出时间8h ，加入氧化剂。碳酸铵初始浓度对铜浸出率 的影响见图1 。 碳酸铵浓度／ m o l L ‘1 图1 N H 。 G O ，初始浓度对铜浸出率的影响 由图1 可知，随碳酸铵浓度增大，铜浸出率增加， 但当浓度高于2m o l ／L 时，铜浸出率增长幅度明显变 缓。碳酸铵在水溶液中受热易分解产生N H ，，并及时 与铜发生配合作用，使铜以配离子的形式进入液相，从 而实现铜的浸出。碳酸铵浓度升高时，促进浸出反应 充分进行，铜氨配离子稳定区域增大，铜浸出率逐渐增 加。同时，C u 0 、C u O 等含铜化合物在氨水中发生溶 解配合反应时，生成的O H 一离子能与 N H 。 C O ，释放 的N H 4 离子结合生成弱电解质N H 。H 0 ，促使各种 铜化合物溶解反应的平衡常数K 值明显增大，使铜浸出 率大幅度得到提高。但是浓度达到一定程度后，便不再 是影响浸出反应的主要控制因素，对铜浸出率的影响减 小。因此本试验选取碳酸铵初始浓度为2m o l ／L 。 2 ．2 温度对铜浸出率的影响 实验条件烟灰2 0 0g ，碳酸铵初始浓度为2m o l ／L ， 液固比4 1 ，浸出时间8h ，加入氧化剂。温度对铜浸 出率的影响见图2 。 温度／6 c 图2 浸出温度对铜浸出率的影响 图2 表明，反应温度升高，铜浸出率随之逐渐升 高，但温度高于6 0 ℃时，增长幅度变缓。因为氨水在 溶液中随温度升高增加反应的动力，促使氨浸反应充 分进行；当温度高于6 0 ℃时，铜浸出率增长变慢。原 因在于溶液温度越高，越容易引起氨水挥发损失。综 合考虑，温度选择在6 0 ℃较合适。 2 ．3 浸出时间的影响 实验条件烟灰2 0 0g ，碳酸铵初始浓度为2m o l ／L ， 液固比4 l ，浸出温度6 0 ℃，加入氧化剂。浸出时间 对铜浸出率的影响见图3 。 时间／h 图3 浸出时间对铜浸出率的影响 图3 表明，在反应前期，铜浸出率随着时间的延长 有比较明显的提高，在浸出时间为8h 时，铜浸出率已 经达到了8 5 ％；再增加反应时间对铜浸出率影响不 大。这是因为氨浸反应过程中的控制因素随时间发生 改变，反应前期主要控制因素是动力学，而后期主要受 热力学因素控制。另外，浸出时间过长还会增大氨的 万方数据 矿冶工程 第3 3 卷 损失，导致氨回收率降低，并使投资费用和运行成本增 加。因此，浸出时间选择8h 较合适。 2 ．4 液固比对浸出率的影响 实验条件烟灰2 0 0g ，碳酸铵初始浓度为2m o l ／L ， 浸出温度6 0 ℃，浸出时间为8h ，加入氧化剂。液固比 对铜浸出率的影响见图4 。 液固比 图4 液固比对铜浸出率的影响 图4 表明，随着液固比的增加，铜浸出率逐渐增 加。当液固比由2 1 增至4 1 时，铜浸出率增长尤为显 著。在保持碳酸铵浓度不变的前提下，增大液固比，可 促使液固两相充分接触，反应深入进行，铜浸出率逐渐 提高。当液固比大于4 1 时，铜浸出率上升缓慢，但原 料成本随之提高，而且会导致浸出液中铜浓度过低，增 大后续处理的难度，回收成本增加。综合考虑以上因 素，液固比选择4 1 比较合适。 3 最优条件试验 通过以上条件试验，得到碳酸铵溶液浸出烟灰中铜 的优化条件为烟灰2 0 0g ，碳酸铵初始浓度2m o l ／L ，液 固比4 1 ，温度6 0 ℃，浸出时间8h ，加入氧化剂。优 化条件下浸出渣成分见表2 。 表2 浸出渣成分分析 质量分数 ／％ 1 单位为s ／t 。 表2 表明，经过碳酸铵溶液浸出回收铜，铜的浸出 率可以达到8 5 ％以上，渣中铜含量降低到1 ．5 6 ％，取得 了较好的浸出效果；同时，铅、铋、金、银等有价金属进 一步富集，可以在炼铅系统进一步回收。 4 结语 采用碳酸铵对烟灰进行浸出，最佳的浸出条件为 碳酸铵初始氨浓度2m o l ／L ，液固比4 1 ，浸出温度6 0 ℃，浸出时间8h 。在此条件下烟灰中铜的浸出取得了 较好的效果，铜的浸出率达到8 5 ％；同时，铅、铋、金、 银等有价金属进一步富集，可以在炼铅系统进一步 回收。 参考文献 [ 1 ] 彭翠．铜转炉白烟灰的处理工艺研究[ D ] ．武汉武汉工程大学 化工与制药学院，2 0 0 8 ． [ 2 ] 鲁兴武，邵传兵，易超，等．湿法炼锌副产铜渣的综合利用[ J ] ． 有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 1 6 1 7 1 8 ． 3 ] 刘俊峰．炼铜烟灰酸浸条件对铜、锌浸出率的影响[ j ] ．矿产综合 利用，2 0 0 0 2 1 2 1 4 ． [ 4 ] 苗则生，刘健．从铜烟灰中回收锌和铜[ J ] ．有色矿冶，1 9 9 2 6 3 3 3 6 ． [ 5 ]阮胜寿，路永锁．浅议从铜电收尘烟灰中综合回收有价金属[ J ] ． 综合利用与环保，2 0 0 3 6 4 1 - 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