濕法鋅冶煉海綿銅渣濕法提取工藝關鍵技術研究及應用

張國瑩，曾 鵬，鄧長青，姜 艷，王秋銀，陶余彩

（云南云銅鋅業股份有限公司，云南 昆明 650102）

濕法煉鋅凈化工藝通常采用三段銻鹽凈化，在一段凈化產出含銅45%～50%的海綿銅渣，是鋅冶煉價值較高的副產品，處理該渣工藝有火法冶金和濕法冶金流程[1]。由于濕法冶金投資較少[2]，適合小規模生產，其工藝開路的高鋅、低銅溶液可直接進入鋅冶煉系統回收鋅，形成閉合的綜合回收工藝系統，因此濕法處理海綿銅渣工藝較多。從目前國內外濕法處理海綿銅渣工藝來看，普遍采用浸出—萃取—電積工藝流程，該工藝的核心是如何解決海綿銅渣浸出率低、成本高等問題，針對該問題開展了海綿銅渣濕法浸出關鍵技術研究工作。

1 實驗原料及工藝流程

圖1 銅渣處理工藝流程

（1）實驗原料。我廠凈化工序鎘回收車間產出的海綿銅渣，主要成分見表1。根據有關文獻研究資料，海綿銅渣中的Cu、Zn、Cd等元素主要以金屬態存在,少量以硫酸鹽形態及氧化物形態存在。

表1 海綿銅渣主要化學成分（%）

（2）海綿銅渣處理工藝流程。海綿銅渣經過三次浸出后，富銅液（Cu2+：40g/L～50g/L）進電積系統，產出的鉛銀渣作為副產品外賣。浸出化學反應為：Cu+H2SO4+1/2O2=CuSO4+H2O。

2 海綿銅渣浸出工藝研究

2.1 常規攪拌+單頭直吹通氧管銅渣浸出試驗

試驗條件：液固比=5∶1，T=80℃，t=6h，CH2SO4=370g/L，CH2SO4=240g/L；氧化劑類型：O2,實驗用直吹通氧管如圖2。從試驗結果看，用單頭直吹通氧管進行試驗，不論是低酸還是高酸結果均為Zn、Cu浸出率低、渣率大，分析原因為試驗過程中通氧管經常被渣堵塞，通氧效果差及氧氣分散率低所致。

2.2 常規攪拌+不同氧化劑浸出

試驗選擇H2O2、KMnO4、錳粉三種氧化劑進行實驗，具體如下。試驗條件：液固比=5∶1，T=80℃，t=4h，CH2SO4=300g/L；H2O2加入量為理論量的0.2倍、0.4倍、0.6倍、0.8倍。從試驗數據來看，H2O2加入量為理論量的0.8倍時，渣計Cu浸出率最高達到86.6%，渣率40.4%，Cu浸出率有大幅提升，效果較好。

2.3 KMnO4氧化劑實驗

試驗條件：液：固=5∶1，T=80℃，t=4h，CH2SO4=300g/L；KMnO4加入量為理論量的0.2倍、0.4倍、0.6倍、0.8倍。

從試驗數據來看，KMnO4加入量為理論量的0.6倍時，渣計Cu浸出率最高達到了99.5%，渣率35.2%。因此，氧化劑KMnO4加入量為理論量的0.6倍效果最佳。

圖2 試驗用單頭直吹通氧管與水解吸風攪拌示意圖

2.4 錳粉氧化劑試驗

試驗條件：液固比=5∶1，T=80℃，t=4h，CH2SO4=300g/L；錳粉加入量為理論量的0.2倍、0.4倍、0.6倍、0.8倍。

從試驗數據來看，錳粉加入量為理論量的0.6倍時，渣計Cu浸出率最高達到了96.5%，渣率30.9%。因此，錳粉氧化劑加入量為理論量的0.6倍效果最佳。

2.5 不同氧化劑浸出試驗結論

綜合以上3種氧化劑實驗數據，H2O2作為氧化劑Cu浸出率最高為86.6%，KMnO4作為氧化劑Cu浸出率最高為99.5%，錳粉作為氧化劑Cu浸出率最高為96.5%，因此，KMnO4作為氧化劑實現銅浸出率最高，但由于高錳酸鉀價格高、加入量大，使用成本高，難以產業化應用。

2.6 水解吸風攪拌浸出技術實驗

為提高氧氣在溶液中分散效果，解決3.1出現的問題，借鑒濕法煉鋅中除鐵技術，采用吸風攪拌浸出技術開展海綿銅三段浸出實驗。從試驗數據來看，與單頭直吹通氧管實驗和添加氧化劑實驗相比，銅浸出率得到大幅度提高，銅浸出率達到98%，終渣含銅降低至2%以下。通過該實驗說明，只要氧氣在浸出液中分散率高，同樣可以取得良好的浸出指標。

3 結論

通過海綿銅渣浸出實驗研究，創新的將鋅冶煉水解吸風攪拌技術應用于海綿銅渣三段浸出組合工藝中，成功的解決了氧氣分散率低、添加氧化劑成本高等問題，取得了海綿銅渣浸出率98%、終渣含銅2%以下的優異指標。產業化指標銅浸出率達到98%以上、鋅浸出率75%，實驗指標得到了進一步驗證。

[1]紀武仁,李玉.鋅冶煉銅渣提取銅、鋅、鎘的試驗研究[J].甘肅冶金 ,2012,34(4)：53-55.

[2]朱心明,陳茂生,寧平,等.銅渣的濕法處理現狀[J].材料導報,2013,27(s2)：280-284.