章尚發(fā), 王 沖, 王 華， 楊坤彬， 李英偉

(1.昆明理工大學冶金與能源工程學院， 云南 昆明 650093； 2.云南銅業(yè)股份有限公司， 云南 昆明 650102)

銅陽極泥浸出銅的優(yōu)化實驗研究

章尚發(fā)1, 王 沖2, 王 華1， 楊坤彬2， 李英偉2

(1.昆明理工大學冶金與能源工程學院， 云南 昆明 650093； 2.云南銅業(yè)股份有限公司， 云南 昆明 650102)

為了提高銅陽極泥中銅的浸出率和稀貴金屬的富集率，在硫酸浸出體系中添加Fe3+離子促進銅的浸出，采用響應曲面法(RSM)設計試驗并建立浸出的擬合方程。響應曲面分析結(jié)果表明：浸出時間和液固比與銅的浸出率有顯著的相關(guān)性。得出的最佳浸出條件：浸出時間2.4 h、酸度110 g/L、液固比10∶1，此條件下銅的浸出率為96.52%，碲微量浸出。

銅陽極泥； 銅； 浸出； 響應曲面法

在銅電解精煉過程中，銅陽極板中不溶解的物質(zhì)沉積在電解槽底部，形成銅陽極泥，其產(chǎn)率一般為銅陽極重量的0.2%～0.8%[1]。銅陽極泥中富含銅、鉛、硒、碲、金、銀等金屬元素，是貴金屬回收的重要來源[2-4]，同時它也被認為是含As， Sb, Bi及重金屬Cu， Ni，Pb的有害殘渣[5]。

處理銅陽極泥回收稀貴金屬之前一般要進行預處理除去大部分賤金屬，例如：銅、鉛、鉍等，采用陽極泥預處理工序大大有利于陽極泥的處理，并使金銀得到富集[5]。銅元素在銅陽極泥中含量在10%～20%之間不等，是銅陽極泥預處理中最先除去的元素。根據(jù)銅冶煉廠的原料來源不同，銅在銅陽極泥中的物相也不盡相同，基本以硫酸銅、氧化亞銅和單質(zhì)銅等形式存在。目前銅陽極泥預處理脫銅基本采用濕法浸出的方式進行，廣泛采用的有硫酸常壓浸出、硫酸化焙燒后水浸、硝酸浸出和加壓浸出等，常壓酸性浸出是一種經(jīng)濟有效的方式，由于銅陽極泥中銅具有不溶于硫酸溶液的物相，需進行氧化后才能達到很高的浸出率，若采用通常的鼓風氧化脫銅則溶液需加熱到80 ℃～90 ℃[6]，而現(xiàn)行的預處理除銅工藝在浸出銅的過程中將一些稀貴金屬同時溶解進入浸出液中，不利于稀貴金屬的富集，同時使得稀貴金屬分布分散，回收率降低。

針對目前常溫常壓空氣氧化脫銅流程中銅的浸出率僅70%左右，脫銅渣含銅有時高達5%的問題，通過大量探索試驗發(fā)現(xiàn)在硫酸溶液中加入2 g/L Fe3+離子作為助浸劑對銅陽極泥進行常溫常壓浸出，可以達到良好的效果，銅的浸出率可達到90%以上，同時保證碲微量浸出。

前期對Fe3+離子加入量做了相關(guān)對比試驗，固定酸度100 g/L，液固比5∶1，常溫浸出3 h的試驗條件，分別考慮 Fe3+離子加入量依次為0.5 g/L、1 g/L、2 g/L和3 g/L的條件試驗，試驗結(jié)果顯示4種不同條件下脫銅渣含銅依次為2.15%、1.27%、0.75%和0.72%，因此確定Fe3+離子加入量為2 g/L。

為了優(yōu)化浸出過程，本文考察了溶液酸度、液固比和浸出時間三個因素對銅浸出的影響，同時采用響應曲面法(RSM)設計試驗方案并建立浸出的擬合方程。

1 試驗材料、原理和試驗方法

1.1 試驗材料

本試驗中的銅陽極泥來自國內(nèi)某銅冶煉廠，烘干后其成分(質(zhì)量分數(shù))如表1所示。

表1 銅陽極泥中元素質(zhì)量分數(shù) %

1.2 試驗原理

銅陽極泥中的部分單質(zhì)銅和氧化亞銅被空氣氧化浸出進入硫酸溶液體系，反應屬于氣、液、固三相反應，加入Fe3+離子后可將整個反應分為液固反應和氣液反應，其中Fe3+離子起到催化氧化的作用。具體試驗原理如下反應方程式：

Cu2O+H2SO4=CuSO4+Cu+H2O

(1)

Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+

(2)

4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O

(3)

1.3 試驗流程

浸出試驗在不同酸度、時間和液固比條件下進行。取100 g烘干的銅陽極泥放入2 000 mL的燒杯中，將攪拌槳插入距離燒杯底約1 cm處固定，開啟攪拌時開始計時，常溫常壓下控制好試驗條件至浸出完成，料漿送去真空泵抽濾得浸出渣和浸出液，浸出渣烘干后分析其中銅、碲含量。

1.4 響應曲面法試驗設計

在前期大量探索試驗的基礎(chǔ)上，確定了試驗條件的范圍，采用Central Composite試驗設計方案，以時間、酸度和液固比分別用X1、X2、X3來表示，詳細因素取值如表2所示。

表2 Central Composite設計因素和水平表

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 響應曲面設計試驗結(jié)果

2.1.1 響應曲面設計試驗結(jié)果與方差分析

通過試驗設計進行試驗，計算浸出率得出結(jié)果見表3，回歸模型方差分析見表4。

表3 Central Composite試驗結(jié)果

表4 回歸模型方差分析表

當“Prob >F”值小于0.05 時，即表示該項指標顯著。結(jié)果表明，對元素銅的浸出率所建立的二次多項模型具有高度顯著性(P<0.01)。試驗模型的R2=0.987 9說明該模型擬合程度比較好，失擬項P=0.034 7，試驗誤差小，可以用此模型對銅陽極泥進行銅元素浸出的分析和預測。

表5 回歸方程系數(shù)顯著性檢驗

2.1.2 浸出模型的建立

對數(shù)據(jù)進行回歸分析，獲得二次多元回歸方程：

Y=95.12+1.04X1-0.27X2+2.79X3+

0.90X1X2-1.65X1X3+0.15X2X3-

2.2 響應面分析

通過對回歸方程的模型分析，利用Design-Expert.8.0軟件對回歸方程作出響應曲面圖，結(jié)果見圖1～圖3. 結(jié)果分析得出：浸出時間和液固比對銅陽極泥中銅的浸出影響最大，隨著浸出時間的增加，銅的浸出率也隨之增加，當浸出時間達到7 h以上，反應逐步趨向平衡；同時液固比的增大增強了浸出的傳質(zhì)速率，浸出率也相應增大，這說明二者與銅的浸出率呈正相關(guān)系；酸度對銅的浸出率影響較小，結(jié)果表明浸出過程中酸度不宜過高，酸度太高甚至會在一定程度上降低銅的浸出率。

圖1 時間和酸度對銅浸出率影響的響應曲面圖

圖2 時間和液固比對銅浸出率影響的響應曲面圖

圖3 酸度和液固比對銅浸出率影響的響應曲面圖

2.3 優(yōu)化后的最優(yōu)浸出條件

通過軟件分析，得到銅陽極泥浸出銅的最佳條件為時間2.39 h，酸度116.58 g/L，液固比9.95∶1。在此條件下，銅陽極泥中元素銅的浸出率理論值可為97.61%。

為檢驗響應曲面法的可靠性，采用上述最優(yōu)浸出條件進行銅浸出試驗，同時考慮到實際操作的情況，將最佳浸出條件修正為浸出時間為2.4 h、酸度為110 g/L、液固比為10∶1，實際測得的浸出率為96.52%，與理論預測值比較誤差為1.12%。同時，在浸出液中檢測不到金、銀的含量，故視為金、銀無浸出。因此，采用響應曲面法優(yōu)化得到的浸出條件參數(shù)準確可靠，具有實用價值。

3 結(jié)論

利用Fe3+離子在常壓下對銅陽極泥中銅進行催化氧化浸出，對浸出過程采用響應曲面法(RSM)進行優(yōu)化，取得良好的預處理浸出銅的效果，具有浸出效率高的優(yōu)點。

最佳浸出條件為浸出時間為2.4 h、酸度為110 g/L、液固比為10∶1，此條件下銅陽極泥中銅的浸出率為96.52%。

Fe3+離子催化氧化浸出銅陽極泥中銅的同時，碲微量浸出，減少了銅陽極泥中稀貴金屬的分散，達到了稀貴金屬富集的目的，為銅陽極泥的預處理工藝提供了有益參考， 但同時Fe3+離子的加入對于后續(xù)銅的回收不利，可考慮采用中和降鐵法或針鐵礦法除鐵工藝。

[1]蔣繼穆,孫倬,王協(xié)邦,等. 重有色金屬冶煉設計手冊[M]. 北京: 冶金工業(yè)出版社, 1995.

[2]朱祖澤,賀家齊. 現(xiàn)代銅冶金學[M]. 北京: 科學出版社, 2003.

[3]邱光文,徐遠志. 高銀銅陽極泥濕法處理流程研究[J]. 有色金屬設計, 2000, 27(2): 19-24.

[4]侯慧芬. 從銅陽極泥中綜合回收重有色金屬和稀、貴金屬[J]. 上海有色金屬, 2000, 21(2): 88-93.

[5]董愛國, 趙玉福, 王魁珽. 高鉛碲銅陽極泥處理工藝的改進[J]. 中國有色冶金, 2008, 37(3): 30-33.

[6]盧宜源,賓萬達. 貴金屬冶金學[M]. 長沙: 中南大學出版社,2004: 203-229.

Experimentalresearchofoptimizingleachingofcopperfromcopperanodeslime

ZHANG Shang-fa， WANG Chong， WANG Hua， YANG Kun-bin， LI Ying-wei

In order to improve the leaching rate of copper and rare metals enrichment rate in the copper anode slime，add Fe3+ion was added into the sulfuric acid leaching system to promote the leaching of copper, the response surface method (RSM) was used to design experiment and the fitting equation of leaching. The results of the response surface analysis show that the leaching time and solid-liquid ratio have significant correlation with the leaching rate of copper. The best leaching conditions were obtained as follow: the leaching time of 2.4 h, acidity of 110 g/L, the liquid-solid ratio of 10∶1，the leaching rate of copper is 96.52% in this conditions，tellurium is trace leached.

copper anode slime；copper；leaching；response surface method

章尚發(fā)(1989—)，男，安徽銅陵人，碩士研究生在讀。

TF811

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