兩段酸浸法浸出銅煙塵中的銅鋅銦①

李學鵬，王 娟，常 軍，王子陽

（1.銅仁學院 材料與化學工程學院，貴州 銅仁554300；2.銅仁學院 大數據學院，貴州 銅仁554300）

火法煉銅時精礦中易揮發的組分，例如鋅、鉛、錫、銦、砷等大量揮發進入煙塵中，形成銅煙塵［1］。銅煙塵中含有銅、鋅、銦等有價金屬，具有較好的回收價值。銅煙塵中有價金屬的回收方法主要有：火法揮發法、濕法浸出法和火法-濕法聯合法［2－4］?；鸱〒]發法是在高溫下，于一定的還原氣氛中，將銅煙塵中鋅銦等有價金屬揮發富集進入煙塵，富集的煙塵作為鋅冶煉原料用以提取有價金屬［5－6］。濕法浸出法是以酸、堿或水為浸出劑，將銅煙塵中銅鋅銦等有價金屬浸入溶液中，銅鋅銦等再在溶液中進行分離［7－14］?；鸱?濕法聯合法，首先采用火法揮發將鋅銦等有價金屬富集入煙塵中，再采用濕法浸出法回收煙塵中的有價金屬［15］。由于銅煙塵成分復雜，目前尚無固定的處理方法，需根據銅煙塵的實際成分采用適當的處理方法。本文采用常壓酸浸回收銅鋅、氧壓酸浸回收銦的兩步酸浸法處理某銅煙塵，高效地浸出了銅煙塵中的銅、鋅、銦，為處理該類物料提供了一種新的思路。

1 實 驗

1.1 實驗原料

實驗原料（銅煙塵）化學成分如表1 所示，原料X射線衍射分析如圖1 所示。

表1 原料化學成分(質量分數)/%

圖1 煙塵X 射線衍射分析

由圖1 可知，煙塵中銅和鋅的物相主要為CuO 和ZnO。由于煙塵中銦含量很低，X 射線衍射分析檢測不出銦的物相，采用化學物相法分析銦的物相，分析結果如表2 所示。

表2 原料中銦化學物相(質量分數)/%

由表2 可知，原料中銦的物相主要為氧化物、硫化物和硫酸鹽。

1.2 實驗設備及實驗方法

實驗主要設備為浸出槽和2 L 壓力釜。2 L 壓力釜采用導熱油加熱，精確溫度控制范圍為20 ～240 ℃，控溫精度±2 ℃。原料經磨礦過150 目（0.106 mm）篩，與一定濃度的硫酸溶液在搪瓷反應釜中進行酸浸反應，反應結束后取樣檢測。元素浸出率按式（1）計算：

式中xi為i 元素的浸出率，%；m0為煙塵加入質量，g；ωi為煙塵中i 元素含量，%；m1為浸出后物料質量，g；為浸出后物料中i 元素的含量，%。

1.3 實驗原理

采用常壓酸浸法浸出銅和鋅，采用氧壓酸浸法浸出銦，發生的主要化學反應如下：

2 實驗結果及討論

2.1 銅和鋅的常壓酸浸實驗

2.1.1 攪拌速率對銅鋅浸出率的影響

浸出溫度90 ℃，硫酸濃度150 g／L，液固比4 ∶1，浸出時間90 min，不同攪拌速率對銅鋅浸出率的影響如圖2 所示。

圖2 攪拌速率對銅鋅浸出率的影響

由圖2 可知，提高攪拌速率，銅和鋅浸出率升高，攪拌速率為350 r／min 時，銅、鋅浸出率分別為75.98%和90.13%，浸出渣中銅和鋅含量分別降低至2.56%和1.69%。確定最佳攪拌速率為350 r／min。

2.1.2 浸出溫度對銅鋅浸出率的影響

攪拌速率350 r／min，其他條件不變，浸出溫度對銅鋅浸出率的影響如圖3 所示。

圖3 浸出溫度對銅鋅浸出率的影響

由圖3 可知，隨著浸出溫度升高，銅和鋅浸出率升高，浸出溫度為95 ℃時，銅、鋅浸出率分別為78.33%和92.89%，浸出渣中銅和鋅含量分別降低至2.03%和1.58%。確定最佳浸出溫度為95 ℃。

2.1.3 硫酸濃度對銅鋅浸出率的影響

浸出溫度95 ℃，其他條件不變，硫酸濃度對銅鋅浸出率的影響如圖4 所示。

圖4 硫酸濃度對銅鋅浸出率的影響

由圖4 可知，提高硫酸濃度，銅和鋅浸出率升高，硫酸濃度為180 g／L 時，銅、鋅浸出率分別為80.22%和93.31%，浸出渣中銅和鋅含量分別降低至1.64%和1.23%。確定最佳硫酸濃度為180 g／L。

2.1.4 液固比對銅鋅浸出率的影響

硫酸濃度180 g／L，其他條件不變，液固比對銅鋅浸出率的影響如圖5 所示。

圖5 液固比對銅鋅浸出率的影響

由圖5 可知，增大液固比，銅和鋅浸出率分別升高，液固比為4 ∶1時，銅、鋅浸出率分別為80.22%和93.31%，浸出渣中銅和鋅含量分別降低至1.64%和1.23%。確定最佳液固比為4 ∶1。

2.1.5 浸出時間對銅鋅浸出率的影響

液固比4 ∶1，其他條件不變，浸出時間對銅鋅浸出率的影響如圖6 所示。

圖6 浸出時間對銅鋅浸出率的影響

由圖6 可知，延長浸出時間，銅和鋅浸出率升高，浸出時間為120 min 時，銅、鋅浸出率分別為84.25%和95.35%，浸出渣中銅和鋅含量分別降低至1.12%和0.96%。確定最佳的浸出時間為120 min。

2.1.6 常壓浸出綜合試驗

在浸出溫度95 ℃、硫酸濃度180 g／L、攪拌速率350 r／min、液固比4 ∶1、浸出時間120 min 的實驗條件下，銦浸出率僅為9.98%，浸出渣中銦含量富集至1 250 g／t。常壓酸浸法對銦的浸出效果差，原因是浸出渣中銦含量過低，常壓浸出難以達到好的效果。

2.2 銦的氧壓酸浸實驗

2.2.1 攪拌速率對銦浸出率的影響

浸出溫度160 ℃，硫酸濃度150 g／L，釜內氧分壓0.60 MPa，液固比4 ∶1，浸出時間120 min，考察不同攪拌速率對銦浸出率的影響，結果如圖7 所示。

圖7 攪拌速率對銦浸出率的影響

由圖7 可知，提高攪拌速率，銦浸出率升高，攪拌速率為650 r／min 時，銦浸出率為86.78%，浸出渣中銦含量降低至201 g／t。確定最佳攪拌速率為650 r／min。

2.2.2 浸出溫度對銦浸出率的影響

攪拌速率650 r／min，其他條件不變，浸出溫度對銦浸出率的影響如圖8 所示。由圖8 可知，隨著浸出溫度升高，銦浸出率升高，浸出溫度為220 ℃時，銦浸出率為93.90%，浸出渣中銦含量降低至155 g／t。確定最佳浸出溫度為220 ℃。

圖8 浸出溫度對銦浸出率的影響

2.2.3 硫酸濃度對銦浸出率的影響

浸出溫度220 ℃，其他條件不變，硫酸濃度對銦浸出率的影響如圖9 所示。

圖9 硫酸濃度對銦浸出率的影響

由圖9 可知，提高硫酸濃度，銦浸出率升高，硫酸濃度為180 g／L 時，銦浸出率為97.89%，浸出渣中銦含量降低至102 g／t。確定最佳硫酸濃度為180 g／L。

2.2.4 液固比對銦浸出率的影響

硫酸濃度180 g／L，其他條件不變，液固比對銦浸出率的影響如圖10 所示。由圖10 可知，增大液固比，銦浸出率升高，液固比為4 ∶1時，銦浸出率為97.89%，浸出渣中銦含量為102 g／t。確定最佳浸銦液固比為4 ∶1。

圖10 液固比對銦浸出率的影響

2.2.5 浸出時間對銦浸出率的影響

液固比4 ∶1，其他條件不變，浸出時間對銦浸出率的影響如圖11 所示。

圖11 浸出時間對銦浸出率的影響

由圖11 可知，延長浸出時間，銦浸出率升高，浸出時間為150 min 時，銦浸出率為99.50%，浸出渣中銦含量降低為75 g／t。確定最佳浸出時間為150 min。

2.3 浸出渣

通過上述單因素實驗，確定常壓酸浸最優條件為：浸出溫度95 ℃，硫酸濃度180 g／L，攪拌速率350 r／min，液固比4 ∶1，浸出時間120 min，此條件下銅、鋅、銦浸出率分別為84.25%、95.35%和9.98%。氧壓酸浸最優條件為：浸出溫度220 ℃，攪拌速率650 r／min，釜內氧分壓0.60 MPa，液固比4 ∶1，硫酸濃度180 g／L，浸出時間150 min，此條件下，銅、鋅、銦浸出率分別為93.12%、97.89%和99.50%。經兩段酸浸后，浸出渣中各元素含量如表3 所示。

表3 浸出渣化學成分(質量分數)/%

3 結 論

1）采用兩段酸浸法可有效浸出銅煙塵中的銅、鋅、銦，實現了銅、鋅、銦的高效浸出，為處理該類物料提供了一種新的思路。

2）常壓酸浸最優條件為：浸出溫度95 ℃，硫酸濃度180 g／L，攪拌速率350 r／min，液固比4 ∶1，浸出時間120 min；氧壓酸浸最優條件為：浸出溫度220 ℃，攪拌速率650 r／min，釜內氧分壓0.60 MPa，液固比4 ∶1，硫酸濃度180 g／L，浸出時間150 min。兩段浸出后，銅、鋅、銦浸出率分別為93.12%、97.89%和99.50%，浸出渣中銅、鋅、銦含量分別降低至0.09%、0.06%和75 g／t。