金銅冶煉高砷煙塵酸浸工藝研究

李曉恒， 田 靜， 陳俊華， 高強文， 武岳彪

(1.河南省黃金資源綜合利用重點實驗室， 河南 三門峽 472000；2.河南中原黃金冶煉廠有限責任公司， 河南 三門峽 472000)

河南中原黃金冶煉廠有限責任公司是目前世界上首次實現底吹熔池熔煉與旋浮吹煉工藝技術相結合的有色冶煉企業，設計規模年處理復雜金銅精礦150萬t。工藝流程為富氧底吹熔池熔煉→旋浮吹煉→回轉式陽極爐精煉→永久不銹鋼陰極電解→熔煉渣選礦。底吹熔煉系統自2015年6月投料生產以來，每天從電收塵系統產出白煙塵約110 t，其含銅、砷、鉛、金和銀等有價金屬，如果直接返回使用，則增大入爐原料的雜質含量，造成爐況惡化，影響爐子處理能力，特別是砷的不斷循環富集，影響制酸工序正常生產和產品質量[1]。因此本實驗實踐之前，

該公司的白煙塵都一直外售給有危險固廢處置資質的單位處理，造成了資源的嚴重浪費。

由于受入爐原料、冶煉工藝的影響，白煙塵成分復雜，元素成分及物相組成波動較大，很難有統一的處理方法。大多數銅冶煉企業從白煙塵中回收銅基本都采用濕法浸出工藝，本實驗采用濕法處理工藝從白煙塵中分離銅、砷、鋅等元素[1-3]。

1 實驗原料及實驗原理

實驗所用的白煙塵的主要成分見表1。

表1 白煙塵多元素分析結果 %

注：*單位為g/t

從表1可以看出，除有害元素砷含量較高外，白煙塵中的金、銀、銅、鉛等有價金屬含量也較高，回收銅，利用砷，富集金、銀、鉛是綜合回收白煙塵的主要途徑。白煙塵酸浸浸出的目的是將煙塵中大部分Cu、As、Zn等有價金屬轉入溶液中，以利于后續回收，而Pb、Sb、Bi、Au、Ag等金屬形成沉淀留在渣

中[2-5]。白煙塵中銅和砷的物相分析結果見表2。

從表2中可以看出，銅主要以水溶銅、氧化銅等形式存在，比例達到98%以上，砷主要以氧化砷形式存在，酸性溶液有利于銅和砷的浸出，但是需要控制合理的液固比。該浸出步驟主要涉及的反應方程式見式(1)～(3)。

(1)

(2)

(3)

表2 白煙塵中銅和砷物相分析結果 %

2 實驗結果與討論

由于該高砷白煙塵中銅、砷、鋅等較易浸出進入溶液中，故對影響浸出效果的各浸出條件進行了單因素實驗，主要考察了浸出氧化劑選型、反應溫度、溶液酸度、浸出液固比等對浸出效果的影響，以選定最佳的浸出條件。

浸出實驗選用煙塵500 g，加入一定量的酸性溶液調漿，控制一定的反應溫度，反應一段時間后，固液分離并對濾餅進行洗滌，對濾液及濾渣的成分進行分析。各元素的浸出率計算見式(4)。

φ=(1-濾渣金屬量/原料金屬量)×100%

(4)

2.1 氧化劑選型實驗

控制反應溫度80 ℃，控制溶液酸度55 g/L，液固比3∶1，加入不同類型的氧化劑，反應時間為2 h。實驗反應結果見圖1。

圖1 氧化劑選型實驗結果

從圖1中可以看出，采用不同類型的氧化劑，均有利于砷的浸出，但是對銅和鋅的浸出率增加不明顯，考慮到浸出成本和浸出效果，從白煙塵中回收銅不加入氧化劑，直接進行酸浸。

2.2 反應溫度影響

控制溶液酸度為55 g/L，液固比3∶1，反應時間為2 h，控制不同的反應溫度進行實驗。實驗反應結果見圖2。

圖2 反應溫度實驗結果

從圖2中可以看出，雖然隨著反應溫度升高，銅、砷、鋅浸出率增加，當反應溫度達到80 ℃，銅的浸出率達到98%以上。由于生產現場白煙塵溫度較高，直接進行調漿浸出，根據物料的溶解熱和顯熱，礦漿溫度可達到40～50 ℃，因此浸出不需要額外加熱。

2.3 溶液酸度影響

控制反應溫度為40 ℃，液固比3∶1，反應時間為2 h，控制溶液不同的酸度。實驗反應結果見圖3。

圖3 反應酸度實驗結果

從圖3中可以看出，由于部分白煙塵浸出反應是耗酸反應，隨著溶液中酸度的增加，銅、砷、鋅浸出率不斷增加，當溶液中的酸度為85 g/L左右時，銅、砷、鋅浸出率分別達到98.0%、91.5%、97.7%。從實驗結果可以可知，增加浸出酸度能降低浸出渣率，但是酸度過高會增加設備的腐蝕速率。綜合考慮，選擇85 g/L是較合適的溶液酸度。

2.4 液固比實驗

控制反應溫度為40 ℃，控制溶液酸度為85 g/L左右，反應時間為2 h，控制不同的液固比。實驗反應結果見圖4。

圖4 浸出液固比實驗結果

從圖4中可以看出，隨著浸出液固比增加，銅、鋅浸出率變化較小，砷浸出率明顯增加，考慮設備投資及運行成本，選擇液固比3∶1即可滿足浸出要求。

2.5 放大實驗結果

放大實驗浸出條件選擇以上單因素實驗獲得的最佳浸出條件，放大實驗稱量白煙塵20 kg，在70 L反應釜中進行。放大實驗結果見表3，浸出液和浸出渣化學成分見表4。

表3 放大實驗結果

從表3中可以看出，放大實驗的銅、砷、鋅的浸出率分別達到了96.7%、91.9%和97.8%，與之前的單因素實驗浸出效果基本相同，故選擇白煙塵酸浸的最佳條件為：反應溫度40 ℃以上，溶液酸度85 g/L，液固比3∶1，浸出時間2 h。

表4 浸出渣和浸出液成分表

3 結論

對高砷白煙塵進行酸性浸出，考察了不同的浸出因素對銅砷鋅的浸出效果，最終確定了白煙塵酸浸的最佳條件為：反應溫度40 ℃以上，溶液酸度85 g/L，液固比3∶1，浸出時間2 h。在最佳反應條件下，銅、砷、鋅的浸出率分別可達到96%、91%、97%以上，達到了從高砷白煙塵中分離有價元素的目的。目前該處理工藝已進行工業化實施，并達到了對高砷白煙塵的浸出處理效果，銅、砷等的浸出率基本與實驗結果吻合。