銅冶煉高砷白煙塵酸浸脫砷工藝研究

袁玲玲，王永梅，曲超，常蘊輝

（山東恒邦冶煉股份有限公司，山東煙臺 264109）

1 前言

砷及其砷化合物易揮發(fā)[1]，在火法煉銅過程中80%以上的砷進入煙塵，呈灰色略帶白色，一般稱為白煙塵[2]。白煙塵中含有Cu、Pb、Zn、Au、Ag等有價金屬[3-4]，具有較大的回收價值，但砷含量高[5-6]、成分復雜，影響回收效果。因此，對白煙塵進行脫砷處理十分必要。

銅冶煉企業(yè)中，一般將白煙塵收集后作為配料重新熔煉進行閉路循環(huán)或堆存，這兩種做法都存在較多問題。白煙塵中含有砷，長期堆存存在較多安全隱患，另外煙塵中的金屬元素無法得到有效回收，造成資源浪費。而“閉路循環(huán)”的危害也是顯而易見的，會造成As、Pb等元素不斷循環(huán)積累，使煙道結焦，影響作業(yè)環(huán)境，而且會對銅陽極板質量產(chǎn)生影響。因此多數(shù)銅冶煉企業(yè)開始進行白煙塵的處理工藝研究，實現(xiàn)白煙塵中砷的開路，并回收銅鉛鋅等有價金屬元素。

本文以山東恒邦冶煉股份有限公司銅冶煉白煙塵為研究對象，探究了脫砷預處理及有價金屬綜合回收的最佳工藝條件，使白煙塵中的砷形成開路，有價金屬得以綜合回收。

2 實驗

2.1 試驗原料

實驗所用銅冶煉白煙塵來自山東恒邦冶煉股份有限公司冶煉一公司側吹熔煉電除塵器產(chǎn)出的煙灰（銅冶煉白煙塵），其主要化學成分如表1所示。

表1 銅冶煉白煙塵主要化學成分（%）

從表1可以看出：煙塵中含有Au、Ag、Cu、Pb、Zn等有價金屬，具有較高的回收價值；含砷16.74%，需要預處理脫砷。

2.2 實驗原理

根據(jù)Au、Ag、Cu、Pb、Zn等的溶解度不同，采用酸性浸出，將煙塵中的As、Cu、Zn等有價金屬最大限度的溶解在浸出液中，以利于后續(xù)回收，而Pb、Au、Ag等金屬形成沉淀留在渣中。

2.3 實驗方法：

取銅冶煉白煙塵300g和一定量的浸取劑于1000mL燒杯中，在一定的溫度、適宜的攪拌速度下進行攪拌浸出。浸出實驗結束后，進行抽濾，濾渣洗滌并烘干。分析砷質量分數(shù)，計算砷浸出率即砷脫除率。

浸出率計算公式如下式：

其中，Me為As、Cu、Zn。

3 實驗結果與討論

3.1 浸取劑對銅冶煉白煙塵脫砷影響

取白煙塵300g，在液固體積質量比4∶1、溫度90℃、浸出時間2h條件下，探究水、雙氧水、硫酸對砷脫除率的影響。

由圖1看出：使用H2O2浸出的效果最好，分析原因為H2O2將部分三價砷氧化為五價砷，從而溶于水中，但使用雙氧水成本較高，不利于工業(yè)化應用。采用硫酸進行酸浸，As浸出率為87.04%。根據(jù)試驗結果，綜合考慮浸出效果、后續(xù)工藝及經(jīng)濟性，我們采用硫酸對白煙塵進行酸浸。

3.2 硫酸濃度對銅冶煉白煙塵脫砷影響

取白煙塵300g，在液固體積質量比4∶1、溫度85℃、浸出時間2h，攪拌速度300r/min的條件下，探究硫酸濃度對砷脫除率的影響。

由圖2可以看出：隨著溶液中硫酸濃度的增加，As、Cu、Zn的浸出率先略增大后趨于恒定，當硫酸質量濃度為15%時，As、Cu、Zn的浸出率分別達到了93.16%、95.09%、97.58%。根據(jù)實驗結果可得，在強酸環(huán)境中，白煙塵中的砷可以有效浸出。但是，酸度過高會增加設備的腐蝕速率。綜合考慮，選取15%的硫酸為最佳浸出硫酸質量濃度。

3.3 反應溫度對銅冶煉白煙塵脫砷影響

取白煙塵300g，在液固體積質量比4∶1、硫酸質量濃度為15%，浸出時間2h，攪拌速度300r/min的條件下，探究反應溫度對砷脫除率的影響。

由圖可以看出，隨著反應溫度的升高，白煙塵中As、Cu、Zn的浸出率先增加后趨于穩(wěn)定。當溫度低于85℃時，As、Cu、Zn的浸出率隨反應溫度的升高不斷增加；當溫度高于85℃時As、Cu、Zn的浸出率趨于穩(wěn)定。這是因為反應溫度對浸出過程有很大的影響，反應溫度的升高有利于分子運動速度的增加，降低浸出反應所需活化能。因此，提高反應溫度可以促進As的浸出。由于生產(chǎn)現(xiàn)場白煙塵溫度較高，直接進行調漿浸出。綜合考慮，選取85℃為最佳浸出溫度。

3.4 反應時間對銅冶煉白煙塵脫砷影響

取白煙塵300g，在液固體積質量比4∶1、溫度85℃、硫酸質量濃度為15%，攪拌速度300r/min的條件下，探究反應時間對砷脫除率的影響。

由圖4可以看出，隨著反應時間的延長，白煙塵中As、Cu、Zn的浸出率先增加后趨于穩(wěn)定。當反應時間低于1.5h時，As、Cu、Zn的浸出率隨反應時間的延長不斷增加；當反應時間超過1.5h后，繼續(xù)延長反應時間對As的浸出率影響不大，說明白煙塵中的As、Cu、Zn基本被浸出。因此，選取反應時間1.5h為最佳浸出時間。

3.5 液固比對對銅冶煉白煙塵脫砷影響

取白煙塵300g，在溫度85℃、硫酸質量濃度為15%，攪拌速度300r/min的條件下，探究液固比對砷脫除率的影響。

由圖5可知，隨著液固比的提高，白煙塵中As、Cu、Zn的浸出率先增加后趨于穩(wěn)定，當液固比低于4∶1時，As、Cu、Zn的浸出率隨著液固比的不斷提高而不斷增加；當液固比超過4：1時，As、Cu、Zn的浸出率趨于穩(wěn)定。分析原因為液固比過小時，浸出體系的黏度過大，礦漿沉降分離困難，不利于溶液中離子的擴散，阻礙白煙塵中As、Cu、Zn浸出反應的進行，過高的液固比會造成生產(chǎn)困難和生產(chǎn)成本增加。因此，綜合考慮，選擇液固比4：1為最佳浸出液固比。

圖4 反應時間對As、Cu、Zn浸出率的影響

圖5 液固比對As、Cu、Zn浸出率的影響

圖6 較優(yōu)條件下驗證試驗結果

3.6 驗證實驗

根據(jù)上述的單因素實驗結果，銅冶煉白煙塵酸浸脫砷預處理較優(yōu)工藝條件為：硫酸濃度為15%、反應溫度85℃、反應時間1.5h、液固比4∶1、反應時間1.5h、攪拌速率300r/min，在此條件下進行了五次驗證試驗，實驗結果如圖7所示，白煙塵中As、Cu、Zn的浸出率平均為93.16%、95.09%、97.58%。

4 結論

（1）山東恒邦冶煉股份有限公司銅冶煉白煙塵中，As主要以砷酸鹽與氧化物的形式存在。銅冶煉白煙塵的砷大部分是以As（Ⅴ）形式存在，一小部分以As（Ⅲ）的形式存在。

（2）探究了不同的浸取劑對As浸出率的影響，最終選擇硫酸為浸取劑，對銅冶煉白煙塵采用硫酸進行酸性浸出。

（3）通過單因素實驗得到較優(yōu)的酸浸工藝條件：反應溫度85℃、反應時間1.5h、液固比4：1、硫酸濃度為15%、攪拌速率300r/min。在此較優(yōu)條件下進行了五次實驗，As、Cu、Zn的平均浸出率為93.16%、95.09%、97.58%。

（4）銅冶煉白煙塵經(jīng)過硫酸溶液酸浸后，As、Cu、Zn等有價金屬最大限度的溶解于浸出液中，有利于后續(xù)金屬的綜合回收，而Pb、Au、Ag等金屬形成沉淀留在渣中，返回熔煉系統(tǒng)進行利用，實現(xiàn)了白煙塵中有價元素的綜合利用。