黑銅泥常壓浸出工藝的優(yōu)化

祝仕清

（江西銅業(yè)股份有限公司貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

在貴溪冶煉廠，黑銅泥是銅冶煉系統(tǒng)電解液凈化脫雜時(shí)的產(chǎn)物，也是硫酸銅生產(chǎn)的主要原料。硫酸銅生產(chǎn)線采用常壓氧化浸出工藝[1-2］對(duì)黑銅泥進(jìn)行浸出。由于黑銅泥成分比較復(fù)雜，同時(shí)處理的工藝條件未達(dá)到最優(yōu)，因此黑銅泥浸出渣率偏高，有價(jià)元素銅浸出率低。如果對(duì)黑銅泥采取加壓氧化浸出，雖然可以有效提升銅浸出率，但工藝和設(shè)備要求較高，工藝優(yōu)化投入較大[3-4］。本研究通過(guò)對(duì)黑銅泥浸出過(guò)程中的影響因素進(jìn)行分析，尋找合適的工藝參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)降低黑銅泥常壓氧化浸出渣率及穩(wěn)定硫酸銅產(chǎn)品質(zhì)量的目的。

2 實(shí)驗(yàn)研究

實(shí)驗(yàn)用黑銅泥取自貴溪冶煉廠生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，其成分如表1所示。實(shí)驗(yàn)用設(shè)備有浸出槽（30m3）及配套的減速機(jī)等。

表1 實(shí)驗(yàn)用黑銅泥平均成分表

分析黑銅泥浸出過(guò)程中的反應(yīng)溫度、酸度、初始砷濃度、液固比等浸出過(guò)程影響因素，是為了獲得浸出過(guò)程最佳工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)黑銅泥的高效浸出。

反應(yīng)初始砷濃度來(lái)源于浸出過(guò)程配入的結(jié)晶后液，以下實(shí)驗(yàn)中黑銅泥投入均定量為1.5t。

2.1 反應(yīng)溫度對(duì)浸出過(guò)程的影響

控制實(shí)驗(yàn)條件：反應(yīng)時(shí)間16h，反應(yīng)酸度110g/L，液固比10。改變反應(yīng)溫度，重點(diǎn)考察反應(yīng)溫度與浸出渣率的變化規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

從表2可看出，低溫浸出渣率較高溫時(shí)明顯偏高。當(dāng)反應(yīng)溫度在80～90℃時(shí)，浸出渣率達(dá)到最低值，之后繼續(xù)提高反應(yīng)溫度，浸出率有所上升。由于溫度較低時(shí)浸出液中銅濃度達(dá)到飽和，抑制了黑銅泥浸出反應(yīng)的進(jìn)行，當(dāng)反應(yīng)溫度上升，體系反應(yīng)向右進(jìn)行的動(dòng)力增大，但過(guò)高的反應(yīng)溫度使壓縮風(fēng)氧溶量降低，從而抑制反應(yīng)[5］。因此，確定最佳反應(yīng)溫度為80～90℃。

表2 反應(yīng)溫度對(duì)浸出渣率的影響

2.2 反應(yīng)酸度對(duì)浸出過(guò)程的影響

控制實(shí)驗(yàn)條件：反應(yīng)時(shí)間16h，反應(yīng)溫度85℃，液固比10。改變反應(yīng)酸度，重點(diǎn)考察酸度與浸出渣率的變化規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

從表3可以看出，隨著酸度提高，渣率同步下降，酸度達(dá)到140g/L后下降趨緩。黑銅泥浸出反應(yīng)本身為耗酸反應(yīng)，酸度越高，反應(yīng)越徹底。但同時(shí)過(guò)高的酸度會(huì)對(duì)后續(xù)產(chǎn)品結(jié)晶過(guò)程造成不利影響[6］。綜合考慮反應(yīng)酸耗、母液返量、后續(xù)產(chǎn)品結(jié)晶過(guò)程等因素，反應(yīng)酸度控制在130～140g/L為宜。

表3 酸度對(duì)銅浸出率的影響

2.3 反應(yīng)初始砷濃度對(duì)浸出過(guò)程的影響

控制實(shí)驗(yàn)條件：反應(yīng)時(shí)間16h，反應(yīng)酸度140g/L，反應(yīng)溫度85℃，液固比10。改變反應(yīng)初始砷濃度，重點(diǎn)考察初始砷濃度與浸出渣率的變化規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

從表4中可以看出，前期隨著初始砷濃度的上升，浸出渣率有所下降。初始砷濃度控制在45g/L時(shí)，浸出過(guò)程中浸出渣率變化趨緩。在反應(yīng)過(guò)程中，溶液中砷首先被氧化為As5+，As5+與Cu發(fā)生氧化還原反應(yīng)，利于Cu浸出，故砷在反應(yīng)過(guò)程中起到催化劑的作用[7-8］。然而初始砷含量越高，后續(xù)對(duì)結(jié)晶產(chǎn)品的品質(zhì)影響越大。綜合考慮母液返量、后續(xù)產(chǎn)品結(jié)晶過(guò)程等因素，反應(yīng)體系初始砷濃度控制在45～50g/L為宜。

表4 反應(yīng)初始砷濃度對(duì)浸出渣率的影響

2.4 反應(yīng)液固比對(duì)浸出過(guò)程的影響

控制實(shí)驗(yàn)條件：反應(yīng)時(shí)間16h，反應(yīng)酸度140g/L，反應(yīng)溫度85℃，初始砷濃度45g/L。改變浸出過(guò)程液固比，重點(diǎn)考察反應(yīng)液固比與浸出渣率的變化規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

從表5可以看出，隨著液固比的增大，浸出渣率逐漸下降。當(dāng)液固比為9時(shí)，反應(yīng)漿料中銅濃度較高，反應(yīng)槽底易發(fā)生結(jié)晶，抑制反應(yīng)的進(jìn)行，浸出渣率較高。隨著液固比的增大，浸出渣率下降趨緩。當(dāng)液固比達(dá)到11～12時(shí)，繼續(xù)提高液固比，雖然能夠獲得更低的浸出渣率，但同時(shí)也導(dǎo)致反應(yīng)體系銅濃度過(guò)低，不利于后續(xù)銅的濃縮回收。綜合考慮物料處理的生產(chǎn)組織與浸出渣率，確定最佳反應(yīng)液固比為11～12。

表5 反應(yīng)液固比對(duì)銅浸出率的影響

3 小結(jié)

（1）通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)得出黑銅泥浸出過(guò)程最佳參數(shù)條件為：反應(yīng)酸度130～140g/L，反應(yīng)溫度80～90℃，初始砷濃度45～50g/L，液固比11～12。采用該參數(shù)條件，可顯著提高黑銅泥銅浸出率，降低渣率。

（2）在最佳條件下開(kāi)展了工業(yè)試驗(yàn)，結(jié)果表明黑銅泥浸出過(guò)程銅浸出率達(dá)97.84%，浸出渣率為6.91%。

（3）通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究了黑銅泥浸出反應(yīng)初始砷濃度，可指導(dǎo)硫酸銅生產(chǎn)結(jié)晶后液循環(huán)量，達(dá)到穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量的效果。