易 超

（中鋁東南銅業(yè)有限公司，福建 寧德 352100）

1 銅冶煉煙灰技術(shù)的研究意義

隨著我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展和工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，我國銅消費(fèi)量也越來越大。在中國銅冶煉行業(yè)資源消耗高，二次資源利用率低，成為污染物和固體廢物是最大問題之一，在銅火法冶煉過程中因揮發(fā)和氣流作用產(chǎn)生銅煙灰是最主要一種，銅冶煉銅冶煉煙灰中通常有較高含量Cu、Zn、Pb、Cd、Bi、Ag等有價(jià)金屬。多種有價(jià)金屬可以從煉銅產(chǎn)生煙灰中提取出來，運(yùn)用一定經(jīng)濟(jì)手段、可靠性流程及安全措施對(duì)銅冶煉煙灰進(jìn)行處理，根據(jù)銅冶煉煙灰成分特征，采用一個(gè)適合綜合化利用的生產(chǎn)工藝，是此次研究的主要目的，研究濕法浸出銅冶煉煙灰中有價(jià)金屬影響因素及其中金屬溶解行為，探索從銅冶煉煙灰中連續(xù)提取和綜合利用Cu、Pb、Zn等金屬新工藝，并將其應(yīng)用于銅冶煉廢渣中有價(jià)金屬提取，在理論和實(shí)踐上對(duì)該類廢渣資源化、無害化利用都將具有重要意義。本次研究依據(jù)銅冶煉生產(chǎn)的具體情況，探究銅冶煉煙灰中有價(jià)金屬的提煉技術(shù)，從中將鋅、銅、鉛等有價(jià)金屬進(jìn)行回收，最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)于礦產(chǎn)資源的再次利用有一定的應(yīng)用價(jià)值，同時(shí)有價(jià)金屬的回收有助于節(jié)能降耗、保護(hù)環(huán)境，為企業(yè)創(chuàng)造一定經(jīng)濟(jì)效益同時(shí)增加社會(huì)效益。

2 煙灰基本性質(zhì)

銅煙灰中含有銅、鉛、鋅等有價(jià)組分，煙灰在煙氣逸出過程中與煙氣中氧和二氧化硫等氣體接觸被氧化成硫酸鹽。因此，煙灰中有價(jià)金屬主要以金屬氧化物及金屬硫酸鹽形式存在，有利于金屬回收。某公司產(chǎn)生銅冶煉煙灰組成質(zhì)量分?jǐn)?shù)如表1所示。

表1 銅冶煉煙灰組成質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%)

3 銅冶煉煙灰綜合利用新流程

本次研究的煙灰處理工藝流程，基于以下原則，考慮煙灰的特點(diǎn)，因銅煙灰含鉛、銅較高，并含一定的鋅、鉍、砷，新的工藝應(yīng)以回收前四種金屬、減少砷污染為前提，確保經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)保達(dá)標(biāo)。因此確定以綜合回收銅、鉛、鋅為主。

3.1 中性浸出

通過對(duì)煙灰進(jìn)行X衍射物相分析，發(fā)現(xiàn)其中含有部分可溶性的銅鋅金屬，主要以硫酸銅和硫酸鋅的形式存在，為了減少后續(xù)浸出劑的消耗，首先進(jìn)行中性浸出，而且溶液采用多次逆流浸出，使銅鋅含量可以得到富集，銅萃取后的硫酸鋅溶液利用P204萃取富集后回收鋅。

中性浸出主要考察溫度、液固比、時(shí)間等對(duì)金屬浸出率的影響，通過實(shí)驗(yàn)，可以確定單因素最優(yōu)條件為溫度50℃，時(shí)間1h，液固比3：1，按照此條件進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，可溶性硫酸銅和硫酸鋅的浸出率可以達(dá)到97%以上。經(jīng)過3次逆流洗滌，洗滌后，銅濃度為4.5g/L以上，鋅濃度為30g/L以上，砷3g/L以上，其它雜質(zhì)均小于1mg/L。

3.2 氨浸出

中性浸出未浸出的中浸渣中的銅主要以氧化銅、氧化亞銅的形式存在，并含有少量的硫化亞銅，而且煙灰中含有高含量的砷，若采用酸浸法，不可避免會(huì)產(chǎn)生砷化氫劇毒氣體，會(huì)嚴(yán)重影響生產(chǎn)作業(yè)人員生命，同時(shí)造成環(huán)境污染。因此二段采用氨浸出工藝。在浸出過程中，銅、鋅元素以離子形式進(jìn)入溶液，而其他所含金屬則不被浸出，同時(shí)未提高浸出效果，添加一定數(shù)量的氧化劑S提高浸出效果，浸出液經(jīng)過萃取分離回收銅。

為節(jié)約浸出成本，氨浸采用分段浸出，一段低濃度浸出，二段高濃度強(qiáng)化浸出。影響浸出過程的物理化學(xué)因素主要有M濃度、溫度、時(shí)間、液固比、氧化劑S濃度等。最佳浸出條件為：氨水濃度為一段3mol/L、二段4mol/L、液固比4：l、溫度50℃、時(shí)間6h、氧化劑S的添加量為一段3g、二段5g。在最佳條件下，中浸渣的氨水浸出取得了較好的浸出效果，銅累計(jì)浸出率達(dá)到80%，鋅的累計(jì)浸出率達(dá)到80%以上。氨浸渣為高鉛物料可送鉛冶煉企業(yè)回收。

表2 氨浸渣成分(%)

3.3 銅萃取工藝

中浸液和氨浸液均為含有銅鋅的混合溶液，對(duì)其進(jìn)行綜合回收，萃取是一個(gè)關(guān)鍵步驟。本項(xiàng)目采用LIX84-I作為浸出液中銅的萃取劑，P204作為鋅的萃取劑。優(yōu)先進(jìn)行銅萃取-反萃流程，采用有機(jī)相為10%的LIX84-I和260#煤油混合的萃取劑；相比(O/A)為1:1；萃取時(shí)間為5min；萃取溫度為40℃；混合浸出液中銅的萃取率可達(dá)到99.5%,銅萃取率達(dá)到99.3%，萃取基本達(dá)到平衡。萃取速度較快，分相良好。

表3 銅反萃液成分(%)

3.4 鋅萃取工藝

萃取銅后的溶液成分見下表4。

表4 銅反萃液成分(%)

控制萃取條件：室溫、相比A/O=2：1，混合時(shí)間5min～10min、萃取級(jí)數(shù)5級(jí)～6級(jí)、有機(jī)相中P204的體積分?jǐn)?shù)為40%。萃取時(shí)鋅的萃取率約80%，萃取終點(diǎn)pH為1.0左右，負(fù)載有機(jī)相含鋅14g/L～15g/L?？刂品摧蜅l件：室溫、相比O/A=8：1，混合時(shí)間5min～10min、反萃級(jí)數(shù)2級(jí)、硫酸溶液濃度為180g/L。萃取時(shí)鋅的反萃率約99%,反萃液含鋅95g/L～100g/L。

銅冶煉煙灰通過中浸—氨水二段浸出—萃取—反萃的工藝流程，可綜合回收銅、鉛、鋅，萃取富集的硫酸鋅溶液返鋅冶煉廠回收鋅，銅反萃液通過后續(xù)電積產(chǎn)出電積銅，最終浸出渣含鉛較高做為原料送鉛冶煉企業(yè)回收鉛。

總而言之，銅冶煉企業(yè)產(chǎn)生煙灰為危險(xiǎn)廢物，煙灰將委托危廢處置中心處理，不僅處理費(fèi)用成本巨大，而且會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境、水環(huán)境、大氣環(huán)境產(chǎn)生一定影響，同時(shí)造成了銅、鉛、鋅等資源浪費(fèi)。

銅企業(yè)煙灰綜合利用使其變廢為寶，不僅節(jié)省了處理費(fèi)用，還一定程度上避免了對(duì)環(huán)境破壞。因此，銅企業(yè)煙灰綜合利用符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念，具有較高環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。