銅冶煉電收塵煙灰浸出渣脫砷工藝研究*

陳文波，魯興武，2，李俞良，曹桂銀

（1.西北礦冶研究院冶金新材料研究所，甘肅省有色金屬冶煉新工藝及伴生稀散金屬高效綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅白銀730900；2.蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院）

銅冶煉電收塵煙灰浸出渣脫砷工藝研究*

陳文波1，魯興武1，2，李俞良1，曹桂銀1

（1.西北礦冶研究院冶金新材料研究所，甘肅省有色金屬冶煉新工藝及伴生稀散金屬高效綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅白銀730900；2.蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院）

研究了采用雙堿法脫除銅冶煉電收塵煙灰浸出渣中砷的新工藝，通過考察浸出劑濃度、浸出時間、浸出溫度、液固比單因素條件實(shí)驗(yàn)，得到了最優(yōu)工藝條件：NaOH用量為理論量的1.1倍、液固比（mL/g）為4∶1、浸出溫度為60℃、浸出時間為2 h。在此條件下，電收塵煙灰中砷的浸出取得了較好的效果，砷的浸出率達(dá)到90%以上。通過凈化得到的砷酸鈉純度在95%以上。

銅冶煉；電收塵；浸出渣；脫砷

隨著優(yōu)質(zhì)富礦資源的日益匱乏，目前，國內(nèi)外銅精礦中夾雜的有害金屬（如砷、鉛、鋅等）含量越來越高［1-3］。這些金屬部分熔點(diǎn)比較低，在火法熔煉過程中隨煙氣逸出，在收塵工序中以煙塵的形式得到分離。由于這類煙塵含有砷、鎘等有害金屬，附加值不高［4-7］，處理難度大，而且含有一定量的銅金屬，因此大部分冶煉企業(yè)作為返料配入原料系統(tǒng)，導(dǎo)致這些金屬在系統(tǒng)中循環(huán)富集，大大增加了入爐原料的雜質(zhì)含量，也使得砷、鉍等雜質(zhì)在系統(tǒng)內(nèi)不斷循環(huán)和富集，最終對電銅及硫酸的質(zhì)量產(chǎn)生影響［8-10］。筆者研究了采用雙堿法脫除銅冶煉電收塵煙灰浸出渣中砷的新工藝，以期為行業(yè)提供參考。

1　實(shí)驗(yàn)原料及方法

1.1實(shí)驗(yàn)原料

實(shí)驗(yàn)所用原料為銅冶煉電收塵煙灰通過選擇性浸出得到的浸出渣［11］，其平均化學(xué)組成見表1，實(shí)驗(yàn)所用化學(xué)試劑均為化學(xué)純。

表1　浸出渣的主要化學(xué)組成

1.2實(shí)驗(yàn)方法

用濃堿溶液對浸出后渣進(jìn)行脫砷。選擇性浸出渣除了含有砷、鉛外，還有一定量的銅和鋅［12］。浸出過程主要反應(yīng)：

由以上反應(yīng)可以看出，堿浸過程中除了砷會被浸出之外，還會有一部分鉛、銅和鋅進(jìn)入浸液。對此可以向浸出濾液中加入Na2S，浸出液中的S2-、HS-對Zn、Pb有沉淀作用。主要反應(yīng)：

Na2ZnO2+Na2S+2H2O→ZnS↓+4NaOH Ksp（PbS）=1.0×10-28

Na2PbO2+Na2S+2H2O→PbS↓+4NaOHKsp（CuS）=1.6×10-24

因此，在浸出過程中，電收塵煙灰中的砷進(jìn)入浸出液，鋅、鉛等金屬則幾乎不被浸出而進(jìn)入浸出渣。該含砷少的渣返回?zé)掋U，砷的浸出液做后續(xù)處理，可以采用蒸發(fā)結(jié)晶的辦法生產(chǎn)砷酸鈉。苛化后的溶液補(bǔ)加Na2S后又可以返回處理電收塵煙灰。整個工藝成閉路循環(huán)，對環(huán)境無二次污染。

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1NaOH用量對浸出率的影響

在浸出濾渣為200 g、液固比（mL/g）為4∶1、浸出溫度為60℃、浸出時間為2 h的條件下，考察了氫氧化鈉用量對主要元素浸出率的影響，結(jié)果見圖1。由圖1可以看出，隨著NaOH用量的增加，砷的浸出率增大，浸出率可達(dá)92%以上。但NaOH用量太大，對砷的浸出率的影響不是很明顯，卻增加了處理成本。同時，NaOH用量太高，浸出液中鉛、鋅、銻含量相應(yīng)升高，會增加硫化鈉的用量，進(jìn)而使渣浸出率增加，增加處理成本。綜合考慮，實(shí)驗(yàn)選擇NaOH用量以理論量1.1倍為宜。

圖1　NaOH用量對浸出率的影響

2.2浸出時間對浸出率的影響

在浸出濾渣為200 g、液固比為4∶1、浸出溫度為60℃、NaOH用量為理論量1.1倍的條件下，考察了浸出時間對主要元素浸出率的影響，結(jié)果見圖2。從圖2可以看出，整個浸出過程速度較快，在2 h內(nèi)已基本完成，繼續(xù)延長時間，浸出率僅有少量的增加，雜質(zhì)金屬的浸出卻會大幅提高。因此，實(shí)驗(yàn)選擇適宜的浸出時間為2 h。

圖2　浸出時間對浸出率的影響

2.3浸出溫度對浸出率的影響

在浸出濾渣為200 g、液固比為4∶1、浸出時間為2 h、NaOH用量為理論量1.1倍的條件下，考察了浸出溫度對主要元素浸出率的影響，結(jié)果見圖3。由圖3可見，隨著溫度升高，砷的浸出率隨之也略有升高。浸出過程中有一定量的鉛、鋅、銻溶解，與添加的硫化鈉進(jìn)一步生成硫化物沉淀，這種轉(zhuǎn)化會使渣量相應(yīng)增加。高溫下反應(yīng)速度快，有更多的鉛、鋅、銻的氧化物轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的硫化物，增加了硫化鈉的用量和生產(chǎn)成本。因此實(shí)驗(yàn)選擇適宜的浸出溫度為60℃。

圖3　浸出溫度對浸出率的影響

2.4液固比對浸出率的影響

在浸出濾渣為200 g、浸出時間為2 h、浸出溫度為60℃、NaOH用量為理論量1.1倍的條件下，考察了液固比對主要元素浸出率的影響，結(jié)果見圖4。由圖4可見，液固比的變化對砷浸出率沒有明顯影響，在實(shí)驗(yàn)條件下浸出率最高可達(dá)92%左右。過高的液固比會增加后續(xù)蒸發(fā)結(jié)晶處理的難度，同時會增加投入，浪費(fèi)水資源；而液固比太低不利于攪拌。綜合考慮，實(shí)驗(yàn)選擇適宜的液固比為3∶1。

圖4　液固比對浸出率的影響

2.5優(yōu)化條件擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)

綜合單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定本工藝最佳條件：浸出濾渣為1 000 g、浸出溫度為60℃、浸出時間為2 h，NaOH用量為理論量的1.1倍、液固比為3∶1。在此條件下進(jìn)行擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表2。

表2　優(yōu)化條件擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)的浸出結(jié)果　%

2.6浸出液凈化及砷酸鈉結(jié)晶實(shí)驗(yàn)

2.6.1浸出液凈化實(shí)驗(yàn)

脫砷后過濾漿液，濾液含有銅、鉛、鋅等有價(jià)金屬，利用硫化鈉對其沉淀，濾渣作為鉛精礦返火法煉鉛流程。由于硫化砷較銅鋅鉛硫化物的溶度積大，而且銅鉛鋅的硫化物均為難溶性硫化物，故加入理論量的硫化鈉對其進(jìn)行沉淀。沉淀?xiàng)l件：硫化鈉為理論量、溫度為80℃、反應(yīng)時間為0.5 h。在此條件下銅鉛鋅的沉淀率為98%以上，砷沉淀率小于8%。得到的沉淀成分見表3。

表3　硫化沉淀成分　%

2.6.2砷酸鈉結(jié)晶實(shí)驗(yàn)

沉淀后濾液中重金屬質(zhì)量濃度均小于5 mg/L，砷質(zhì)量濃度大于30 g/L（3次逆流循環(huán)后），砷酸鈉溶液溫度控制在40～100℃，溶液中砷質(zhì)量濃度控制在60～75 g/L，靜置降溫至室溫以下2 h，過濾即可得到砷酸鈉晶體，堿液返回脫砷工序。砷酸鈉成分見表4。

表4　砷酸鈉成分　%

3　結(jié)論

1）電收塵煙灰經(jīng)過選擇性浸出后，渣中所含的砷采用氫氧化鈉浸出，使砷進(jìn)入溶液。2）在堿浸過程中，最佳的浸出條件：NaOH用量為理論量的1.1倍、液固比為4∶1、浸出溫度為60℃、浸出時間為2 h。在最佳條件下，電收塵煙灰中砷的浸出取得了較好的效果，砷的浸出率達(dá)90%以上。3）沉淀后濾液中重金屬質(zhì)量濃度均小于5 mg/L，砷質(zhì)量濃度大于30 g/L（3次逆流循環(huán)后），控制砷酸鈉溶液溫度為40～100℃，溶液中砷質(zhì)量濃度控制在60～75 g/L，靜置降溫至室溫以下2 h，過濾即可得到砷酸鈉晶體，堿液返回脫砷工序。

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聯(lián)系方式：luxingwu_007@163.com

Study on process of removing arsenic from leaching residue of copper smelting ESP ash

Chen Wenbo1，Lu Xingwu1，2，Li Yuliang1，Cao Guiyin1

（1.Key Laboratory of New Process for Non-ferrous Metal Smelting and Rare Metal High Utilization Efficiency in Gansu Province，Institute for Metallurgy and New Materials of NWIMM，Baiyin 730900，China；2.College of Earth and Environmental Sciences，Lanzhou Unversity）

Double alkali method for removing arsenic from the leaching residue of the ash generated in the copper smelting electrostatic precipitation（ESP）process was studied.Through the investigation on the single factor conditions，such as leaching agent concentration，leaching time，temperature，and liquid-solid ratio，the optimal process conditions were obtained as follows：concentration of NaOH was 1.1 times of the theoretical amount，liquid-to-solid ratio（mL/g）4∶1，leaching temperature was 60℃，and the leaching time was 2 h.Under these conditions，the arsenic leaching in ESP ash has achieved good results，and the leaching rate was more than 90%.The sodium arsenate′s purity was above 95%by purification.

copper smelting；electrostatic precipitation；leaching residue；arsenic removing

TQ126.41

A

1006-4990（2016）05-0048-03

科技部科研院所技術(shù)開發(fā)研究專項(xiàng)資金“銅鉛鋅聯(lián)合冶煉優(yōu)化與伴生稀有金屬綜合回收技術(shù)開發(fā)”（2012EG115010）。

2015-12-24

陳文波（1962—），男，本科，高級工程師，主要研究方向?yàn)橛猩饘儋Y源綜合利用，已公開發(fā)表文章3篇。

魯興武