冶煉銅煙囪灰焙燒脫砷實驗研究

鄭 麗

(云南省生態環境科學研究院， 云南 昆明 650034)

0 引言

隨著經濟的發展，我國對銅的需求越來越大，由此產生的銅冶煉煙灰也可達到上百萬噸。我國現多采用火法煉銅，因為火法冶煉溫度很高，精礦中含有的銅、砷、鋅、鉛金屬也會隨煙塵進入大氣中，對大氣與周圍環境造成嚴重污染。

目前，國內外在冶煉銅煙囪灰的綜合處理領域開展了大量研究。由于各企業銅原料來源不同，原料成分差異較大，冶煉工藝不同，控制技術不同，導致煉銅煙囪灰成份復雜，物相組成波動較大，很難有統一的處理方法。[1]

常用的火法處理工藝主要包括揮發焙燒法、真空脫砷法以及還原焙燒法，火法處理工藝較為成熟，流程簡單、操作簡便、適應性強，但缺點是環境污染嚴重。在此基礎上，產生了新的處理方法，即在保留原有火法流程的基礎上采用預處理脫砷的辦法解決鉛陽極泥冶煉過程中砷的污染問題，現有預脫砷工藝主要有火法流程、濕法流程以及火法-濕法聯合流程[2-3]。

張榮良等采用廢酸氧化浸出銅冶煉閃速爐煙塵和浸出液中和沉淀砷、鐵過程。結果表明：閃速爐煙塵中銅砷和鐵的浸出率分別可達到83%、92%和30%，浸出液中鐵和砷的量比n(Fe)/n(As)約為1.50；控制適當的pH 值中和沉淀砷和鐵，使銅離子繼續留在溶液中，而砷以砷酸鐵(砷鐵渣)形式進入固相中，從而達到銅/砷分離的目的[4]。

梁勇等采用火法工藝脫除銅閃速爐煙灰中的砷，通過正交試驗考察了焦炭配入量、溫度和焙燒時間對脫砷的影響，得到最佳的脫砷條件：焦碳配入量12%，焙燒溫度1100℃，焙燒時間1h。在該條件下脫砷率超過80%，銅回收率>95%[5]。

本文以冶煉銅煙囪灰為原料，通過焙燒實驗，比較不同煙塵粒度、溫度等焙燒結果的化學成分，分析不同條件下對砷去除效果的影響，得出比較適宜的焙燒條件；采用雙氧水對原料煙囪灰進行氧化，有效利用硫元素，提取銅、鋅元素，分析不同固液比提取效果，得出最佳固液比，為后期煉銅煙塵進一步提取回收金屬提供借鑒。

1 實驗原料

本實驗冶煉銅煙囪灰取自云南省某有色金屬有限公司，其化學成分分析采用X 射線熒光光譜(XRF)進行分析，煙囪灰的主要化學元素組成見表1。實驗所用銅冶煉煙囪灰主要元素為As、Pb、Bi、Sb、Cu、Zn、S，其他元素主要是Cl 0.52%、Hg 0.5%、Cd 0.9%、Sn 0.67%等。

表1 煉銅煙塵化學成分分析 (%)

可以看出，煙塵中Bi、Sb、Cu、Pb、Zn均可回收利用，但As的含量高達30.27%，直接影響了煙塵中其他金屬的回收利用，同時對環境也造成威脅，因此，必須對冶煉銅煙囪灰進行除砷處理。

試驗所用煉銅煙塵，采用XRD對其進行As和Cu的物相分析，XRD物相分析結果見表2和圖1。

從表2可以看出，煉銅煙塵中As主要以As2O3形式存在，Cu主要以Cu1.8S形式存在。

2 實驗方法

(1)粒度對焙燒除砷效果的影響

采用100目、150目、200目、250目和300目的篩子對煉銅煙塵進行篩分。煉銅煙塵研磨篩分后置于烘箱100 ℃烘24h，后放于干燥皿中冷卻備用。將完全冷卻后的原料送置馬弗爐內焙燒，溫度控制在600～700℃，時間為2h。焙燒后的樣品自然冷卻后，取出進行化驗。

(2)溫度對焙燒除砷效果的影響

將50g(干量)未篩選過的煉銅煙塵放入直徑為6cm的瓷蓋中，物料厚度約1cm。將煉銅煙塵放入馬弗爐內，當馬弗爐溫度升至所需溫度時(分別至600℃、700℃、800℃)保持所需溫度不變，定時進行2h氧化焙燒。焙燒后的樣品自然冷卻后，取出進行化驗。

(3) 雙氧水氧化對硫轉化效果的影響

取4組50g原料，放入4個2000mL燒杯中，分別加入100mL、150mL、200mL、250mL雙氧水，不斷攪拌1h，攪拌完成后，靜置24h。將靜置后的混合液進行抽濾，完成干燥。將4組濾渣于700℃條件下焙燒2h，焙燒后的樣品自然冷卻后，取出進行化驗。

3 結果與討論

3.1 粒徑篩選實驗

為使煙塵在焙燒后，砷元素的去除率達到最佳狀態，需要將煉銅煙塵進行研磨，以確定最佳焙燒粒徑。

由圖2可以看出，未經過篩選的煙渣砷含量最低，即砷的去除率最高。故選擇未經篩選的煙渣作為焙燒對象為較佳方案。

3.2 溫度對焙燒除砷效果的影響

由圖3可見，600℃焙燒后樣品含砷量為9.21%～9.34%，除砷率為61.08%～61.63%；700℃焙燒后樣品含砷量為4.19%～4.21%，除砷率為82.45%～82.75%；800℃焙燒后樣品結料，無法分析數據。可見，以700℃進行焙燒更為合適。煉銅煙塵在700℃焙燒2h，煉銅煙塵含S在4.74%～4.81%；含砷在4.19%～4.21%。雖然硫砷的脫除率不高，但焙燒的目的基本達到了。

3.3 雙氧水氧化焙燒實驗

將4組數據對比可見，加入100mL雙氧水氧化焙燒對砷、銅、鋅、硫的去除率相對較高，1∶2是固液混合比的最佳選擇。

直接焙燒和雙氧水氧化后焙燒實驗結論對比見表3。

由表3可知，加了雙氧水再進行焙燒，銅、鋅浸出率得到了提高，浸出率可達37.8%、76.2%；氧化劑可有效將煙塵中的S氧化成硫酸根，與銅、鋅離子結合，利用率達68.27%。

表3 直接焙燒、雙氧水氧化后焙燒元素去除率

實驗中儀器精度、操作以及其他化學元素干擾都會對最后實驗結果造成影響。本實驗操作簡單，選用試劑雙氧水、硫酸對環境污染很小。在選擇最佳實驗條件后，砷元素的去除率達96.42%以上，硫元素的利用率達84.14%左右， Cu、Zn的浸出率分別為76.11%、83.15%。超過空白實驗中的去除率，實驗效果超過預期，說明本實驗采用的提取銅、鋅，除砷、硫的方法可行。通過對比可以看出，在經過氧化焙燒、硫酸浸出工序后，砷元素有效去除，銅、鋅元素有效地浸出，鉛、鉍、銻則被富積在了渣中，效率有了大幅度提升。

4 結論

(1)未經篩選的煙渣中砷的去除率最高，硫含量也相對較低，故選擇未經篩選的煙渣進行實驗；

(2)700℃焙燒后樣品含砷量為4.19%～4.21%，除砷率為82.45%～82.75%；焙燒溫度為700℃時，砷的去除率最高，因此選擇700℃作為最佳焙燒溫度；

(3)加了雙氧水固液比1∶2時進行氧化，再進行焙燒，銅、鋅浸出率最高，可達37.8%、76.2%；硫的利用率達68.27%。