銅旋浮冶煉電收塵煙灰脫砷工藝研究

謝祥添，張 勇，汪為慧，陸相宇

(陽谷祥光銅業有限公司,山東 聊城 252327)

低砷銅精礦越來越少,原料的高砷化趨勢越來越明顯。砷在銅冶煉過程為有害雜質,隨著砷在系統中不斷循環,會使陽極板中砷含量超標,影響陰極銅的質量[1-2]。

陽谷祥光銅業有限公司(以下簡稱“公司”)采用旋浮熔煉工藝冶煉銅精礦,根據長期生產實踐,發現隨著入爐銅精礦含砷的提高,電收塵煙灰中的含砷量也隨之提高。為了尋找銅冶煉過程中砷的高效開路,公司做了大量試驗,試驗過程中,將入爐銅精礦含砷從0.2%提高至0.55%。試驗結果表明:入爐銅精礦含砷在0.2%～0.3%時,熔煉電收灰煙灰中含砷量在4%～5%;入爐銅精礦含砷量提高到0.4%時,熔煉電收塵煙灰中含砷量在6%～7%;入爐銅精礦含砷量提高到0.55%,此時電收塵煙灰中含砷已超過10%。因為擔心長時間采用高含砷銅精礦會造成銅陽極板成分超標、冶煉系統砷平衡失調和環境污染,因此試驗時間較短[3-6]。

如果能開發出銅冶煉過程中砷的高效開路工藝,將對提高旋浮熔煉含砷銅精礦的處理能力有極其重要的意義。因此,公司利用試驗期間的保存樣品進行了砷提煉試驗,該提煉工藝包含水浸和酸浸兩個過程,本文將對此次砷提煉試驗過程及結果進行詳細介紹。

1 試驗原料及原理

1.1 試驗原料

試驗原料為懸浮熔煉過程中產生的電收塵煙灰,其化學成分見表1,其砷物相組成見表2,其物料性質見表3。由表2可知,砷在電收塵煙灰中主要以砷酸鹽的形式存在,氧化砷、砷單質和硫化砷含量均不高。

表1 試驗煙灰化學成分 %

表2 旋浮熔煉電收塵煙灰中砷物相分析結果%

表3 煙塵的物料性質

1.2 試驗原理

銅冶煉煙灰中含有大量硫酸鹽化的易溶的水合硫酸銅、硫酸鋅和少部分三氧化二砷,通過水浸可以使硫酸銅、硫酸鋅和三氧化二砷溶解進入水浸液。而煙塵中占絕大部分砷酸鹽(鉛鐵銅鋅砷酸鹽)和硫化砷難溶于水,但在酸性體系中易溶解形成砷酸。

水浸渣酸浸砷過程發生的主要反應見式(1)～(7)。

2 試驗方法及防護措施

2.1 試驗方法

試驗分為兩個步驟,水浸和酸浸,水浸部分按照經驗進行固定試驗,酸浸部分分析各因素對砷浸出率的影響。

1)水浸。在試驗室規模下,用電子分析天平稱取銅煙灰置于反應釜中,按照質量比1∶2加水進行水浸,水浸后將漿液進行固液分離。

2)酸浸。酸浸試驗在恒定的攪拌速度下進行,控制一定的試驗條件,分別在不同硫酸濃度、不同液固比(體積∶質量)、不同浸出時間、不同反應溫度下進行試驗,每一次浸出試驗反應結束后,都要對浸出液進行真空過濾,并檢測浸出液中砷及其他元素的含量,計算浸出率。

2.2 砷塵的防護和污染控制措施

試驗過程做好砷塵的防護和污染控制。

1)砷試驗場所內,對試驗設備進行密閉化,對砷塵進行回收。

2)試驗在通風櫥下操作,試驗過程通風櫥必須在負壓狀態下,試驗過程反應裝置利用率小于50%,攪拌轉速控制中速,嚴防液體溢散。

3)試驗時應穿戴工作服、膠鞋、橡皮手套,戴有效防塵口罩或防毒面具,試驗結束后及時淋浴。

4)嚴禁在試驗場所吸煙、進食及飲水。

5)對從事砷塵試驗的人員進行定期體檢,對有呼吸道疾病、肝腎、血液疾病及皮膚疾病者進行調離。

6)試驗過程含砷固廢集中收集后,按照含砷固廢無害化處理避免對環境的污染。

3 試驗結果及分析

3.1 水浸脫銅

將水與1 000 g 煙灰按液固質量比2∶1混合,于50 ℃下攪拌1 h,然后進行液固分離,得到1 980 mL水浸液和650 g 水浸渣,水浸液和水浸渣的成分分析結果分別見表4和表5。根據表4、表5數據進行計算,經過水浸后,煙灰中67.5%的銅和69.9%的鋅浸出進入溶液,97.94%的砷被富集至水浸濾餅。

表4 水浸液分析結果 g/L

表5 水浸渣濾餅成分 %

3.2 酸浸脫砷

3.2.1 酸濃度對砷浸出的影響

取100 g 水浸渣,控制試驗條件液固比(體積∶質量)L/S=4、反應溫度85 ℃、反應時間2 h,分別設置硫酸濃度100 g/L、150 g/L、200 g/L、250 g/L 和300 g/L,考察不同硫酸濃度對砷浸出率的影響,試驗結果見圖1。

由圖1可知,隨著硫酸濃度的增加,砷的浸出率不斷增加,到達200 g/L 的酸度后,浸出率增加不明顯。酸度從100 g/L 增加至300 g/L,砷的浸出率從60.24%增長至92.34%,從經濟角度考慮,硫酸濃度選200 g/L 為宜。

圖1 酸濃對砷浸出率的影響

3.2.2 液固比對砷浸出的影響

取100 g 水浸渣,控制試驗條件硫酸濃度200 g/L、反應溫度85 ℃、反應時間2 h,分別設置液固比為2∶1、3∶1、4∶1、5∶1和6∶1,考察不同液固比對砷浸出率的影響,試驗結果見圖2。

由圖2可知,隨著液固比的增加,砷的浸出率不斷增大,到達5∶1的液固比后,浸出率增加不明顯。液固比從2∶1增加至6∶1,砷的浸出率從59.38%增長至92.65%,從成本方面考慮,液固比選5∶1為宜。

圖2 液固比對砷浸出的影響

3.2.3 浸出時間對砷浸出的影響

取100 g 水浸渣,控制試驗條件硫酸濃度200 g/L、液固比L/S=5、反應溫度85 ℃,分別設置反應時間為1 h、2 h、3 h、4 h 和5 h,考察反應時間對砷浸出率的影響,試驗結果見圖3。

由圖3可知,隨著反應時間的增加,砷的浸出率不斷增加,到達4 h 后,浸出率保持穩定。反應時間從1 h 增加至5 h,砷的浸出率從75.12% 增長至92.84%,從經濟角度考慮,反應時間選4 h 為宜。

圖3 浸出時間對砷浸出的影響

3.2.4 反應溫度對砷浸出的影響

取100 g 水浸渣,控制反應條件硫酸濃度200 g/L、液固比L/S=5、反應時間4 h,分別設置反應溫度為60 ℃、70 ℃、80 ℃、85 ℃和90 ℃,考察反應溫度對砷浸出率的影響,試驗結果見圖4。

由圖4可知,隨著浸出溫度的增加,砷的浸出率不斷增加,到達85 ℃后,浸出率保持穩定。反應溫度從60 ℃增加至90 ℃,砷的浸出率從59.38%增長至93.10%,從經濟角度考慮,反應溫度選85 ℃為宜。

圖4 溫度對砷浸出的影響

3.2.5 綜合條件驗證試驗

取100 g 洗滌后的煙塵,控制試驗條件液固比5∶1、浸出溫度85 ℃、浸出時間4 h、硫酸濃度200 g/L,進行酸浸反應,反應結束后進行液固分離,得到浸出液485 mL,浸出渣44.78 g,分別檢測浸出液和浸出渣的成分。酸浸液成分見表5,酸浸渣成分見表6,砷及其他金屬浸出結果見表7。

表5 硫酸浸液成分 g/L

表6 酸浸濾餅成分 %

表7 砷及其他金屬浸出結果 %

4 結論

1)銅煙塵中砷含量10.15%,砷在電收塵煙灰中97.37%的砷以砷酸鹽(鉛鐵銅鋅砷酸鹽)的形式存在,氧化砷、砷單質和硫化砷含量均不高。

2)銅煙塵經過水浸,煙灰中67.5% 的銅和69.9%的鋅被優先脫除,97.94%的砷被富集至水浸渣中。

3)水浸后銅煙塵酸浸的優化工藝參數為:液固比(體積∶質量)5∶1,硫酸濃度200 g/L,反應溫度85 ℃,浸出時間4 h,此時砷浸出率為92.26%。

4)洗滌后煙塵中Cu、Sb、Bi、Zn、Fe 等雜質元素的浸出率較高,對砷進行回收時應注意凈化除雜及防止重金屬污染。