鉛冰銅鹽酸浸出試驗研究

蔣朝金，黃海飛，楊躍新

(郴州市金貴銀業股份有限公司，湖南郴州 423038)

鉛冰銅是PbS、Cu2S、FeS等硫化物的共熔體，其中尚含有ZnS和少量AgS等金屬硫化物，同時也熔解了部分的金屬Ag、Au、Pt等貴金屬。鉛冰銅主要生成于火法煉鉛過程，鉛冶煉底吹爐、側吹爐、鼓風爐和鉛浮渣反射爐都副產鉛冰銅。由于原料成分和操作制度不同，煉鉛各工序所產鉛冰銅成分波動范圍很大，鉛含量和銅含量分別波動在10% ～20%和20%～50%之間，如果當作銅原料直接出售給銅冶金企業，鉛金屬不計價，金、銀、銅等金屬的計價系數也不高，造成了鉛冶煉企業經濟上的損失。

銅冶煉廠通常采用火法工藝［1］處理鉛冰銅，一般是通過吹煉生產出粗銅，再通過電解精煉生產出精銅。此法沒有考慮鉛、硒、碲等金屬的回收，在吹煉過程將這些金屬吹煉出來通過煙氣收塵回收，既污染了環境又使回收的工藝流程增長，回收成本增高。因此，開發清潔高效的鉛冰銅處理新工藝迫在眉睫。

隨著濕法冶金技術的成熟與普及，有些企業采用濕法［2］工藝處理鉛冰銅。如氨水浸取再電積［3］、空氣氧化法酸浸再電積［4］。采用這兩種方法，無論在何種介質中，在常壓下用空氣氧化的速率均極為緩慢，生產周期長、浸出率偏低、綜合回收程度不高、電積過程也存在一些技術問題。還有些企業開放了氧壓堿浸出—硫酸常壓浸出工藝［5］處理鉛冰銅。此種處理鉛冰銅的方法存在工藝流程長、設備要求苛刻、回收成本高的缺點。作者結合這些方法的特點，提出了“鹽酸氧化浸出處理鉛冰銅的濕法新工藝”［6］，即用鹽酸加雙氧水溶液浸出鉛冰銅，使鉛冰銅中的銅與鉛、金、銀等有價金屬分離，浸出渣(即鉛金銀渣)返回鉛冶煉系統，浸出液進行沉銅產出銅粉或進一步電解產出電積銅。鹽酸氧化浸出是該工藝的核心工序，本文主要進行鉛冰銅鹽酸氧化浸出的試驗研究。

1 試驗部分

1.1 試驗原料、儀器和試劑

試驗所用原料為某公司自產鉛冰銅，鉛冰銅經破碎、磨粉處理至0.21 mm以下，主要組分:Cu 32.94%、Fe 19.82%、Pb 12.88%、S 20.95%、Ag 0.148 4% 、Au 2.2 g/t。

儀器:電子天平、破碎機、磨粉機、電子萬用爐、燒杯、SHB－Ⅲ循環水式多用真空泵、量筒、溫度計、精密增力電動測速攪拌器。

分析純試劑:濃鹽酸(HCl≥36% ～38%)雙氧水(H2O2≥30%)

1.2 試驗目的

此次試驗研究主要是為鉛冰銅這種復雜物料的處理提供一種新途徑，以達到銅與鉛、金、銀等金屬分離，高效快速回收有價金屬的目的。通過試驗，討論研究浸出時間、液固比、起始鹽酸濃度、雙氧水用量、浸出溫度、攪拌速度對銅、鐵浸出率的影響，探索出最佳工藝條件。

1.3 試驗原理

鉛冰銅濕法處理過程中主要涉及的化學反應為:

1.4 試驗方法

每次稱取200 g鉛冰銅粉末裝入燒杯中，按照預定的液固比量取一定體積的水和鹽酸放入燒杯，升溫，緩慢滴加雙氧水并開始計時，開啟攪拌器至規定時間后，漿料抽濾分離，濾渣烘干稱重。取水樣和渣樣進行化驗分析。最后根據原料及浸出渣中的目標金屬含量計算浸出率。

2 結果與討論

2.1 起始鹽酸濃度對銅、鐵浸出率的影響

固定條件:固液比1∶2、攪拌速度400 r/min、浸出溫度80℃、W雙氧水/W鉛冰銅=2.0、浸出時間4 h。起始鹽酸濃度對銅、鐵浸出率的影響如圖1所示。

圖1 起始鹽酸濃度對銅、鐵浸出率的影響

從圖1可以看出，銅浸出率隨鹽酸起始濃度的提高而快速升高，鐵在起始鹽酸濃度比較低時其浸出率增加得不明顯，主要原因是FeS在氧化環境中被氧化成三價鐵，三價鐵在低酸環境中容易水解產生沉淀。當起始鹽酸濃度大于100 g/L后，鐵浸出率升高速度開始大幅度增加，當起始鹽酸濃度提高到200 g/L后，銅、鐵浸出率提高的幅度均不明顯;因此鹽酸的起始濃度以200 g/L為最優條件。

2.2 雙氧水的用量對銅、鐵浸出率的影響

固定條件:起始鹽酸濃度200 g/L、固液比1∶2、攪拌速度400 r/min、浸出溫度80℃、浸出時間4 h。雙氧水用量對銅、鐵浸出率的影響如圖2所示。

圖2表明，鉛冰銅中的銅、鐵浸出率均隨著雙氧水用量的增加而大幅度增加，當W雙氧水/W鉛冰銅＞2.0時，銅、鐵的浸出率上升緩慢。綜合考慮 W雙氧水/W鉛冰銅=2時為適宜條件。

圖2 雙氧水用量對銅、鐵浸出率的影響

2.3 液固比對銅、鐵浸出率的影響

固定條件:起始鹽酸濃度200 g/L、W雙氧水/W鉛冰銅=2.0、攪拌速度400 r/min、浸出溫度80℃、浸出時間4 h。液固比對銅、鐵浸出率的影響如圖3所示。

圖3 液固比對銅、鐵浸出率的影響

由圖3可知，銅、鐵浸出率均隨液固比的增加而提高，液固比增加到3∶1后，銅、鐵浸出率隨液固比的增加雖然有所升高。但考慮到工業生產情況和成本，液固比實際控制在3∶1為宜。

2.4 浸出溫度對銅、鐵浸出率的影響

固定條件:起始鹽酸濃度200 g/L、W雙氧水/W鉛冰銅=2.0、液固比 3∶1、攪拌速度 400 r/min、浸出時間4 h。浸出溫度對銅、鐵浸出率的影響如圖4所示。

圖4 浸出溫度對銅、鐵浸出率的影響

圖4表明，銅、鐵浸出率均隨著浸出溫度的升高而升高，當浸出溫度大于90℃后，銅浸出率只有略微增加。綜合考慮浸出溫度在90～95℃有利于銅的浸出反應。

2.5 浸出時間對銅、鐵浸出率的影響

固定條件:起始鹽酸濃度200 g/L、浸出溫度90℃、W雙氧水/W鉛冰銅=2.0、液固比 3∶1、攪拌速度 400 r/min。浸出時間對銅、鐵浸出率的影響如圖5所示。

圖5 浸出時間對銅、鐵浸出率的影響

從圖5可以看出，銅、鐵浸出率均隨浸出時間的延長而升高，當浸出時間延長到3 h后銅的浸出率基本保持穩定。由于整個反應過程中，硫化物中的硫經歷了從S2－到S，再從S到S6+的過程，因此反應時間長些是有利的，但考慮到生產成本，取3 h比較適宜。

2.6 攪拌速度對銅、鐵浸出率的影響

固定條件:起始鹽酸濃度200 g/L、浸出溫度90 ℃、W雙氧水/W鉛冰銅=2.0、液固比 3∶1、浸出時間3 h。攪拌速度對銅、鐵浸出率的影響如圖6所示。

圖6 攪拌速度對銅、鐵浸出率的影響

圖6表明，銅、鐵的浸出率受攪拌速度的影響較大。當攪拌速度為200 r/mim時，銅的浸出率僅為19.36%，鐵浸出率為23.50%，但攪拌速度增加到400 r/min時，銅浸出率增加到98.63%，鐵浸出率達到96.89%。這是由于鉛冰銅漿液黏度大、流動性不好，攪拌速度較小時，雙氧水與鉛冰銅渣料接觸機會較少，故浸出率低，隨著攪拌速度的增加，原料與雙氧水接觸增多，金屬被氧化程度增加，浸出率因而上升，但攪拌速度增加到500 r/min以上時，浸出率只有略微增加或者反而有所下降，這是因為攪拌速度太快，雙氧水的揮發率也隨之增加，故浸出率會有所下降。綜合考慮攪拌速度控制在400～500 r/min為宜。

3 結論

采用鹽酸體系下雙氧水氧化浸出鉛冰銅工藝的最優條件為:起始酸度200 g/L，W雙氧水/W鉛冰銅=2.0，液固比3∶1，浸出溫度90 ～95℃，攪拌速度400～500 r/min，浸出時間3 h。在該條件下，銅的浸出率可以達到98.86%，浸出渣含銅小于0.78%，鉛、金、銀等有價金屬99.5%以上進入渣中，有效實現了銅與其它有價金屬的分離。試驗研究結果表明，用鹽酸氧化浸出處理鉛冰銅的濕法新工藝，可采用常規設備，工藝流程簡單，操作方便，鉛、金、銀等有價金屬回收效率高，效果好。當然，此工藝也存在一些的不足，主要是浸出過程中，鉛冰銅物料中的大部分鐵(90%以上)也進入到浸出液中，如何在浸出液中高效分離回收銅鐵還有待進一步探討研究。

［1］ 黃海飛，謝兆鳳，劉萬里，等.一種鉛冰銅火法處理工藝［P］.中國專利:CN103320614A，2013－09－25.

［2］ 金嗣水.鉛冰銅的濕法處理［J］.有色金屬(冶煉部分)，1982，(2):29－32.

［3］ 煙偉.混合銅礦的常壓氨浸與高壓氨浸［J］.濕法冶金，2001，20(2):76－78.

［4］ 楊佼庸.濕法煉銅浸出—萃取—電積［A］.謝冰，金鐘，陳阜東，等.全國重冶新技術新工藝成果交流大會文集［C］.北京:中國有色金屬學會，1998.355－360.

［5］ 楊天足，文劍峰.堿性加壓處理鉛銅锍的工藝研究［D］.長沙:中南大學，2011.

［6］楊顯萬，沈慶峰，金炳甲.從鉛冰銅中回收銅的工藝［P］.中國專利:CN101225476A，2008－07－23.