從銅鎘渣中回收鋅、鎘、銅試驗研究

森 維，孫紅燕，彭 林，楊繼生，宋興誠

（1．云南錫業集團（控股）有限責任公司，云南 個舊 661000；2．紅河學院理學院，云南 蒙自 661100）

濕法煉鋅系統的鋅粉凈化除銅鎘段會產出大量含有鋅、銅、鎘的渣（銅鎘渣），其中Zn質量分數30%～50%，Cu質量分數1%～10%，Cd質量分數7%～20%。這種渣為冶煉中間產物，直接銷售價格低廉，大多數鋅冶煉廠都進行綜合回收，一般將鋅以硫酸鋅形式返回鋅系統，銅以海綿銅渣形式回收，鎘以海綿鎘或精鎘錠形式回收［1-2］。目前，處理銅鎘渣的方法主要有2種。1）二段浸出法［2-5］：將銅鎘渣加廢電解液或硫酸進行二段逆流浸出，浸出過程中加二氧化錳或壓縮空氣進行氧化，浸出液含硫酸鋅和硫酸鎘，送鎘置換工段回收鎘、鋅，浸出渣為銅渣。2）直接浸出法［6-8］：用濃度較高的硫酸浸出銅鎘渣，將鋅、銅、鎘直接轉入溶液，然后再用鋅粉置換銅得到海綿銅渣，置換鎘得到海綿鎘，置換液含硫酸鋅返回系統回收鋅。這2種方法存在以下缺陷：二段浸出法流程長，反應速度慢（需1～2d），二氧化錳消耗量大，銅渣品位低，浸出液含雜質高；直接浸出法的浸出液含雜質高，且銅也被浸出進入溶液，需消耗大量鋅粉來置換海綿銅。因此，本文作者探索了采用一段浸出法處理銅鎘渣：浸出過程中添加強氧化劑B和壓縮空氣，經過一段浸出將鋅、鎘浸出到溶液中，而銅以海綿銅形式留在渣中。

1 試驗部分

1．1 試驗原料

試驗原料為某冶煉鋅系統一段凈化產出的銅鎘渣漿。取500mL渣漿，過濾后得到銅鎘渣約580g，其中含水44．2%，主要成分質量分數為：Zn 41．19%，Cu 8．63%，Cd 16．08%，As 0．016%，Sb 0．017%，Mn 0．090%，Co 0．021%，Fe 0．013%。該銅鎘渣中，鋅、銅、鎘主要以單質金屬形式存在。

廢電解液為鋅電解試生產期間產出的廢液，主要成分質量濃度為：H2SO4106．21g／L，Zn 36．6g／L，As 0．04mg／L，Sb 0．011mg／L，Cu 0．013mg／L，Cd 0．363mg／L，Co 0．09mg／L，Ni 0．753mg／L。

強氧化劑B。強氧化劑B可將鎘渣中的Zn、Cd氧化并與硫酸反應生成硫酸鋅、硫酸鎘。主要反應為：

Cd＋H2SO4＋強氧化劑B →CdSO4＋H2O，

Zn＋H2SO4＋強氧化劑B →ZnSO4＋H2O。

1．2 試驗方法

小型試驗：試驗在2L燒杯中進行。取500 mL銅鎘渣漿加入燒杯中，在電爐上加熱并攪拌。加入廢電解液，控制pH為3～4（置換硫酸鎘溶液要求pH為3～4），加熱至一定溫度后保溫反應一段時間，然后加入不同量強氧化劑B，反應5 min后過濾，得到濾液和濾渣。

工業試驗：將小型試驗得到的最佳參數應用于工業試驗，試驗在帶有機械攪拌的鋼襯膠襯磚錐形槽體（φ3 000mm×3 200mm，總容積23．7 m3）內進行，方法與小型試驗一致。槽體上配有蒸汽加熱裝置，并帶有2根壓縮空氣管，起加強氧化和攪拌功能。

2 試驗結果與討論

2．1 溫度對浸出的影響

試驗條件：反應時間30min，pH3～4，不加強氧化劑B。溫度對浸出的影響試驗結果見表1。可以看出，隨溫度升高，鋅、鎘浸出率增大，而銅幾乎不被浸出。結合生產實際，確定浸出溫度為80℃。

表1 溫度對銅鎘渣浸出率的影響

2．2 保溫時間對浸出的影響

試驗條件：溫度80℃，體系pH3～4，不加強氧化劑B。保溫時間對浸出的影響試驗結果見表2。可以看出：隨保溫時間延長，鋅、鎘浸出率增大；但保溫30min后，鋅、鎘浸出率變化不大，銅幾乎不被浸出。因此，保溫時間選定為30min。

表2 保溫時間對銅鎘渣的浸出效果

2．3 強氧化劑B對浸出的影響

試驗條件：溫度80℃，保溫時間30min，pH控制在3～4。添加不同量強氧化劑B的試驗結果見表3。可以看出：當加入強氧化劑B 30mL時，浸出渣為灰褐色，有90%～91%的鋅被浸出，銅幾乎不被浸出，而鎘浸出率只有52%～53%；當加入強氧化劑B 45mL時，浸出渣顏色變為暗紅色，有95%～96%的鋅被浸出，銅幾乎不被浸出，以海綿銅形式留在浸出渣中，鎘浸出率升高至87%～88%；當加入強氧化劑B 60mL時，浸出渣中含鋅、鎘繼續降低，顏色轉為暗紅色，此時鋅、鎘浸出率分別為98%～99%、87%～98%，但大量銅被浸出到溶液中，浸出率為15%～19%，說明強氧化劑B明顯過量。添加強氧化劑B明顯提高了鋅、鎘的浸出率，添加量以45mL時效果最好，鋅、鎘浸出率分別為95%～96%、87～88%，銅以海綿銅形式留在浸出渣中，渣中銅質量分數為54．14%。

表3 添加不同量強氧化劑B對銅鎘渣浸出的影響

2．4 工業試驗

根據小型試驗確定的工藝參數（溫度80℃，保溫時間30min，pH3～4，銅鎘渣漿體積500 mL，強氧化劑B加入量45mL），在生產系統上進行工業試驗。每次處理銅鎘渣漿5m3，在23．7 m3錐形攪拌槽中進行，用壓縮空氣加強攪拌和氧化。具體條件為：用蒸汽加熱至80℃，pH控制在3～4，反應時間延長至4h，銅鎘渣漿與酸充分反應后再加入強氧化劑B，強氧化劑B實際加入量根據浸出渣的顏色加以調整（由灰褐色變為暗紅色時為終點，此時浸出渣中的銅主要以海綿銅形式存在），加強氧化劑B后浸出1h。試驗結果見表4。可以看出：鋅、鎘浸出率均大于91%；銅幾乎不被浸出，以海綿銅形式留在浸出渣中，渣中銅質量分數為43%～46%，可返回銅渣除氯系統循環利用。

此外，強氧化劑B的加入不引入新的雜質，所以浸出液中的雜質含量非常低，As、Sb、Fe質量濃度均低于0．1mg／L，不需除雜即可直接進行鎘的置換。

表4 工業試驗結果

3 結論

銅鎘渣浸出體系中添加強氧化劑B可明顯提高銅鎘渣的氧化和浸出速率，只需一次浸出即可將銅鎘渣中91%以上的鋅、鎘浸出到溶液中，而且不引入新的雜質，浸出液中雜質含量低，不需進一步除雜；而銅則以海綿銅形式留在渣中，渣中銅質量分數為43%～46%，可以返回銅渣除氯系統循環利用。

［1］周慧．銅鎘渣中銅、鎘、鋅的提取分離研究［D］．沈陽：東北大學，2010．

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