從豎爐煙灰中綜合回收鋅和銅的工藝研究

張 帆，李相良

（1.江蘇北礦金屬循環利用科技有限公司，江蘇 徐州 221006；2.北京礦冶科技集團有限公司，北京 100160）

合理處理銅冶煉煙灰不僅是環保治理的要求，同時也具有經濟和社會的雙重效益。世界各國的冶煉煙灰綜合利用技術大致都沿著由火法為主到以濕法為主的趨勢發展。受原料、工藝條件等因素的影響，銅冶煉煙灰化學成分與物相組成均十分復雜且波動較大，很難有統一的處理方式[1]。

20世紀60年代以前，我國銅冶煉煙灰的處理完全采用傳統的火法流程，處理銅轉爐煙灰的目的只是為了回收其中的鋅和鉛，大部分的有價金屬沒有得到有效的綜合回收利用[2]。20世紀80年代后，隨著國家對環保等問題的越來越重視，濕法和選礦法相繼運用到冶煉煙灰的處理中。

某銅廠每年產出豎爐煙灰約300 t，其中鋅、鉛、銅等有價金屬的含量均較高。本文采用濕法工藝對其中的有價元素進行回收，探索出一條最佳的工藝方案，鋅和銅的浸出都達到了理想效果。

1 試驗

1.1 試驗原料

本試驗所用原料由某銅廠豎爐熔煉過程產生，豎爐煙灰質輕，堆比重為0.696 g/cm3。含水率較低，僅為3.56%。主要元素含量如表1所示。

為了查明煙灰中鋅的主要存在形式，對其進行了化學物相分析，結果如表2所示。

表1 陽極爐煙灰中的主要元素含量

表2 豎爐煙灰鋅化學物相分析結果

化學物相分析表明，6.59%的鋅以硫化鋅形式存在，32.16%的鋅被鐵礦物包裹，這兩部分鋅的浸出效果決定了煙灰中鋅的浸出率，因此需要對這兩部分鋅重點關注。

1.2 試驗方法

浸出試驗在燒杯中進行。稱取一定量的原料置于燒杯中，按一定液固比加入浸出劑，室溫下或置于恒溫水浴鍋中加熱至預設溫度，進行機械攪拌浸出，浸出結束后過濾、洗滌，濾液和濾渣（60℃烘干）分別取樣送分析。

2 結果與討論

豎爐煙灰銅、鋅含量相對較低，尤其是鋅含量。本研究主要考察了硫酸用量、反應時間、溫度及氧化劑等因素對銅、鋅浸出率的影響。

2.1 硫酸用量的影響

煙灰50 g，液固比4:1，反應溫度80℃，反應時間1 h，主要考察硫酸用量對鋅、銅浸出率的影響，如圖1所示。

由試驗數據可知，豎爐煙灰中Cu、Zn的浸出率均隨加酸量的增加而提高。尤其是Zn的浸出率隨初始酸度的變化較銅而言尤為明顯。在不加酸的條件下，煙灰中的可溶鋅約40%被浸出來，較多的鋅需要在高的酸度條件下才可以浸出，當初始酸度為75 g/L時，鋅的浸出率為86.93%。煙灰中的銅直接酸浸，較難浸出，僅能浸出不足60%。對于豎爐煙灰，為保證鋅的浸出率，應采用較高的酸度條件，但原料中的銅分散在液固兩相，不利于回收。煙灰中難于浸出的銅應為硫化銅，后續試驗中可采用高酸條件下加入氧化劑的方式，使煙灰中的銅和鋅均進入溶液。

圖1 硫酸用量對豎爐煙灰浸出的影響

圖2 浸出渣掃描電鏡分析

研究中對硫酸用量5.0 g、浸出終點pH值2.0的浸出渣進行了詳細的掃描電鏡分析，該渣中鋅含量8.74%，鋅浸出率僅為52.48%，典型含鋅點物質組成如圖2所示。由能譜分析結果可以看出，渣中鋅存在形式較為復雜，部分鋅與鐵、鉛共存，推斷部分鋅以鐵酸鋅形式存在。

2.2 反應時間的影響

煙灰50 g，液固比4:1，加酸量10 g，初始酸濃度50 g/L，反應溫度80℃，主要考察反應時間的影響，如圖3所示。

由試驗結果可以看出，隨著反應時間的延長，鋅的浸出率升高，而銅的浸出率隨時間變化不明顯。

2.3 反應溫度的影響

煙灰50 g，液固比4:1，加酸量10 g，初始酸濃度50 g/L，反應時間1 h，主要考察溫度的影響，如圖4所示。

由試驗結果可以看出，反應溫度對銅浸出率影響較小。隨著反應溫度的升高，鋅的浸出率逐漸上升。

圖3 反應時間對豎爐煙灰浸出的影響

圖4 反應溫度對豎爐煙灰浸出的影響

2.4 氧化劑的影響

為促進豎爐煙灰中銅的浸出，采用加入氧化劑H2O2的方式，將原料中的硫化銅等難浸組分氧化浸出。試驗條件為：煙灰50 g，液固比4:1，加酸量25 g，反應時間1 h。

圖5 氧化劑用量對豎爐煙灰浸出的影響

試驗結果表明，雙氧水的添加對銅的浸出具有明顯的促進作用，隨著雙氧水用量的增加，Cu浸出率升高，當H2O2用量為6.9 g時，Cu的浸出率可達93.99%，渣含銅降至0.86%。雙氧水對Zn浸出率的提高不顯著。

3 結論

試驗結果表明，煙灰50 g，液固比4:1，溫度60℃，反應時間1 h，硫酸用量25 g，雙氧水用量6.9 g，在此最佳浸出工藝條件下，鋅的浸出率可達90.02%，銅的浸出率可達93.99%。此礦物中部分鋅和銅以硫化鋅、硫化銅形式存在，是造成酸浸工藝下鋅、銅浸出率偏低的原因，需對此浸出渣再進行其他工藝處理，以回收這部分鋅和銅。

1 侯棟科，彭 兵，柴立元，等.鋅焙砂的選擇性還原焙燒硫酸浸出工藝研究[J].有色金屬科學與工程，2014，5（1）：1?8.

2 李 密.鋅焙砂選擇性還原與鐵鋅分離的基礎研究[D].長沙：中南大學，2013.