分銀渣中鉛的回收及硫酸鉛的制備

簡志超，汪秋雨，王 日，韓亞麗，胡意文

（江西銅業(yè)技術研究院有限公司，江西 南昌 330096）

1 引言

本文研究的分銀渣是采用“預處理脫雜-硫酸化焙燒-水浸分銅-堿浸分碲-氯化分金-亞鈉分銀”工藝處理銅陽極泥最后剩下的尾渣，分銀渣的主要成分為BaSO4和PbSO4，其中鉛的含量高達15%以上，由于沒有合適的處理工藝，長期以來分銀渣返回銅冶煉主系統(tǒng)處理。分銀渣在火法冶煉過程中存在兩方面問題，一方面是87%左右的鉛會進入冶煉爐渣中，從而無經(jīng)濟回收價值，造成資源的浪費；另一方面是鉛不但會惡化爐況，而且影響主金屬銅的品質(zhì)。因此，從分銀渣中的回收鉛具有重要意義。

目前，濕法回收含鉛物料中鉛方法主要有氯鹽法［1-4］、堿法［5-6］和碳酸鹽轉(zhuǎn)化 - 酸浸法［7-8］。氯鹽法是在NaCl-HCl-MCln的酸性氯鹽體系下，將難溶鉛鹽轉(zhuǎn)化成可溶性［PbCln+2］n-絡合陰離子，實現(xiàn)鉛的高效浸出，該工藝需在80℃以上進行過濾，否則PbCl2會析出返回渣相，導致鉛浸出率偏低，而且實際生產(chǎn)過程中很容易出現(xiàn)氯化鈉結(jié)晶導致過濾困難、管道堵塞等問題。堿法是在高濃度的NaOH溶液條件下，將難溶鉛鹽轉(zhuǎn)化成可溶性的鉛酸鈉，實現(xiàn)鉛的高效浸出，該工藝存在堿使用量大、生產(chǎn)成本高、實際操作困難等問題；碳酸鹽轉(zhuǎn)化-酸浸法是用碳酸鹽將難溶鉛鹽轉(zhuǎn)化成碳酸鉛，碳酸鉛用酸溶解，含鉛浸出液可用于電解鉛或加沉淀劑沉淀鉛，該方法在弱堿性介質(zhì)中浸出，對設備要求低，且可以按市場需求產(chǎn)出不同的鉛化工產(chǎn)品。本文采用碳酸鹽轉(zhuǎn)化-酸浸法來回收分銀渣中鉛，研究了碳酸鈉濃度、溫度、液固比、反應時間對鉛浸出率的影響，獲得了最佳的浸鉛工藝條件，在最佳工藝條件下實現(xiàn)了分銀渣中鉛的高效提取，并制備出可外售的硫酸鉛產(chǎn)品。

2 實驗

2.1 原料

以某銅冶煉廠分銀渣為原料，對其進行化學成分及物相分析。表1和圖1分別為分銀渣的XRF和XRD檢測結(jié)果，結(jié)果顯示分銀渣中鉛含量為16.69%，主要以PbSO4的物相存在。

圖1 分銀渣的XRD圖譜

2.2 主要設備

電感耦合等離子光譜分析儀（5100 ICP-OES），X射線衍射光譜儀（XRD, Rigaku, D/max-RB），實驗室用烘箱（DHG-9023A），電動攪拌機（JB-90D），恒溫水浴鍋（HH-S1），真空泵等。

2.3 試驗方法

圖2為碳酸鈉轉(zhuǎn)化-酸浸脫鉛工藝流程，碳酸鈉與分銀渣中硫酸鉛反應轉(zhuǎn)化；轉(zhuǎn)化渣用醋酸溶解；醋酸鉛與濃硫酸反應生產(chǎn)硫酸鉛沉淀，并再生醋酸循環(huán)使用。

圖2 碳酸鈉轉(zhuǎn)化酸浸脫鉛工藝

3 結(jié)果與討論

3.1 條件試驗

以分銀渣為原料，開展不同碳酸鈉濃度、液固比、反應溫度、反應時間等條件下的碳酸鈉轉(zhuǎn)化-酸浸出鉛實驗，研究最佳鉛浸出工藝參數(shù)。控制醋酸浸出條件為，液固比6∶1、反應溫度70℃、反應時間為2h，醋酸的加入量為理論加入量的150%。

在溫度75℃、液固比10∶1、時間2h的反應條件下，研究不同碳酸鈉濃度對鉛浸出率的影響，其實驗結(jié)果如圖3所示。研究結(jié)果表明，鉛的浸出率隨著鈉鹽濃度的增加而增大，當鈉鹽濃度為20g/L以后鉛的浸出率趨于穩(wěn)定。在保證鉛浸出率的同時，應盡可能降低碳酸鈉濃度來降低成本，因此確定最佳碳酸鈉濃度為20 g/L。

圖3 鈉鹽濃度對鉛轉(zhuǎn)化脫除效果的影響

在碳酸鈉濃度為20g/L、反應溫度75℃、反應時間2h的條件下，研究不同液固比對鉛轉(zhuǎn)化浸出率的影響，其實驗結(jié)果如圖4所示。研究結(jié)果表明，液固比對鉛浸出率影響不大，從降低廢水量的角度考慮，應該盡可能的降低液固比，而從便于生產(chǎn)操作考慮控制液固比為6∶1較為合理，因此確定最佳的液固比為6∶1。

圖4 液固比對鉛轉(zhuǎn)化脫除效果的影響

在碳酸鈉濃度為20g/L、液固比6∶1、反應溫度75℃的反應條件下，研究不同反應時間對鉛轉(zhuǎn)化浸出率的影響，實驗結(jié)果如圖5所示。研究結(jié)果表明，硫酸鉛轉(zhuǎn)化反應在0.5h左右時間就基本完成，但考慮實際生產(chǎn)的攪拌強度達不到實驗室強度，為了保證鉛的浸出率，確定最佳的反應時間為1.0h。

圖5 反應時間對鉛轉(zhuǎn)化脫除效果的影響

在碳酸鈉濃度為20g/L、液固比6∶1、反應時間1.0h的反應條件下，研究不同反應溫度對鉛轉(zhuǎn)化浸出率的影響，實驗結(jié)果如圖6所示。研究結(jié)果表明，溫度對鉛浸出率影響不明顯，從降低能耗考慮，確定最佳的反應溫度為常溫。

圖6 反應溫度對鉛轉(zhuǎn)化脫除效果的影響

碳酸鈉轉(zhuǎn)化酸浸脫鉛最佳工藝參數(shù)為：碳酸鈉濃度為20g/L、液固比6∶1、反應時間1.0h、反應溫度為常溫。

3.2 驗證試驗

開展4組驗證試驗，在碳酸鈉濃度20g/L、液固比6∶1、常溫反應，反應時間為1.0 h的條件下，進行分銀渣的鈉鹽轉(zhuǎn)化反應；鈉鹽轉(zhuǎn)化后的轉(zhuǎn)化渣采用醋酸浸鉛，醋酸加入量為理論加入量的150%，液固比為6∶1、反應溫度為70℃、反應時間為2h。

表2為碳酸鈉轉(zhuǎn)化后液的化學成分。碳酸鈉轉(zhuǎn)化后液中各元素含量都相對較低，說明鈉鹽轉(zhuǎn)化過程分銀渣中元素基本不被浸出。

表2 碳酸鈉轉(zhuǎn)化后液的主要化學成分 g·L-1

用醋酸溶解鉛轉(zhuǎn)化渣，表3為醋酸浸出液的化學成分。醋酸浸出液主要含量為Pb，其它元素含量都較低，說明轉(zhuǎn)化渣中的鉛被選擇性浸出，而Au、Ag、Sn、Sb等元素富集在渣中。

表3 醋酸浸出液的主要化學成分 g·L-1

表4為脫鉛渣的化學成分。

表4 脫鉛渣的主要化學成分 %

研究結(jié)果表明，采用碳酸鈉轉(zhuǎn)化-醋酸浸脫鉛工藝，能有效從分銀渣中選擇性回收鉛，而錫、銻、金、銀不分散富集在脫鉛渣中。鉛含量由分銀渣中的17.17%降低至3.02%，鉛的平均浸出率為86.54%，平均渣率為76.6%。

3.3 硫酸鉛制備

以表3.2醋酸浸出液液為原料，采用硫酸沉鉛制備硫酸鉛，反應終點判斷為加入硫酸不再產(chǎn)生白色沉淀，常溫反應30min，制備出的硫酸鉛純度為99.5% 以上， Cu、Sb、Ag、Au、As、Te的含量都低于ICP檢測下限。硫酸沉鉛的優(yōu)點，沉鉛試劑為價格低廉的硫酸，而且再生醋酸可循環(huán)使用。

4 結(jié)論

（1）采用碳酸鈉轉(zhuǎn)化-醋酸浸脫鉛工藝，能有效從分銀渣中選擇性分離出鉛，解決分銀渣直接返回銅冶煉處理系統(tǒng)處理，影響主金屬銅品質(zhì)以及鉛資源浪費的問題。

（2）碳酸鈉轉(zhuǎn)化-醋酸浸脫鉛最佳工藝參數(shù)為：碳酸鈉濃度為20g/L、液固比6:1、反應時間1.0h、反應溫度為常溫。在最佳工藝條件下，分銀渣中鉛含量由17.17%降低至3.02%，鉛的平均浸出率為86.54%，平均渣率為76.6%。

（3）醋酸浸出液采用硫酸沉鉛可制備出純度99.5%以上硫酸鉛產(chǎn)品。