銅冶煉煙灰綜合利用技術研究

易 超

（中鋁東南銅業有限公司，福建 寧德 352100）

1 銅冶煉煙灰技術的研究意義

隨著我國經濟飛速發展和工業化、城鎮化進程加快，我國銅消費量也越來越大。在中國銅冶煉行業資源消耗高，二次資源利用率低，成為污染物和固體廢物是最大問題之一，在銅火法冶煉過程中因揮發和氣流作用產生銅煙灰是最主要一種，銅冶煉銅冶煉煙灰中通常有較高含量Cu、Zn、Pb、Cd、Bi、Ag等有價金屬。多種有價金屬可以從煉銅產生煙灰中提取出來，運用一定經濟手段、可靠性流程及安全措施對銅冶煉煙灰進行處理，根據銅冶煉煙灰成分特征，采用一個適合綜合化利用的生產工藝，是此次研究的主要目的，研究濕法浸出銅冶煉煙灰中有價金屬影響因素及其中金屬溶解行為，探索從銅冶煉煙灰中連續提取和綜合利用Cu、Pb、Zn等金屬新工藝，并將其應用于銅冶煉廢渣中有價金屬提取，在理論和實踐上對該類廢渣資源化、無害化利用都將具有重要意義。本次研究依據銅冶煉生產的具體情況，探究銅冶煉煙灰中有價金屬的提煉技術，從中將鋅、銅、鉛等有價金屬進行回收，最終實驗結果對于礦產資源的再次利用有一定的應用價值，同時有價金屬的回收有助于節能降耗、保護環境，為企業創造一定經濟效益同時增加社會效益。

2 煙灰基本性質

銅煙灰中含有銅、鉛、鋅等有價組分，煙灰在煙氣逸出過程中與煙氣中氧和二氧化硫等氣體接觸被氧化成硫酸鹽。因此，煙灰中有價金屬主要以金屬氧化物及金屬硫酸鹽形式存在，有利于金屬回收。某公司產生銅冶煉煙灰組成質量分數如表1所示。

表1 銅冶煉煙灰組成質量分數(%)

3 銅冶煉煙灰綜合利用新流程

本次研究的煙灰處理工藝流程，基于以下原則，考慮煙灰的特點，因銅煙灰含鉛、銅較高，并含一定的鋅、鉍、砷，新的工藝應以回收前四種金屬、減少砷污染為前提，確保經濟效益及環保達標。因此確定以綜合回收銅、鉛、鋅為主。

3.1 中性浸出

通過對煙灰進行X衍射物相分析，發現其中含有部分可溶性的銅鋅金屬，主要以硫酸銅和硫酸鋅的形式存在，為了減少后續浸出劑的消耗，首先進行中性浸出，而且溶液采用多次逆流浸出，使銅鋅含量可以得到富集，銅萃取后的硫酸鋅溶液利用P204萃取富集后回收鋅。

中性浸出主要考察溫度、液固比、時間等對金屬浸出率的影響，通過實驗，可以確定單因素最優條件為溫度50℃，時間1h，液固比3：1，按照此條件進行的實驗，可溶性硫酸銅和硫酸鋅的浸出率可以達到97%以上。經過3次逆流洗滌，洗滌后，銅濃度為4.5g/L以上，鋅濃度為30g/L以上，砷3g/L以上，其它雜質均小于1mg/L。

3.2 氨浸出

中性浸出未浸出的中浸渣中的銅主要以氧化銅、氧化亞銅的形式存在，并含有少量的硫化亞銅，而且煙灰中含有高含量的砷，若采用酸浸法，不可避免會產生砷化氫劇毒氣體，會嚴重影響生產作業人員生命，同時造成環境污染。因此二段采用氨浸出工藝。在浸出過程中，銅、鋅元素以離子形式進入溶液，而其他所含金屬則不被浸出，同時未提高浸出效果，添加一定數量的氧化劑S提高浸出效果，浸出液經過萃取分離回收銅。

為節約浸出成本，氨浸采用分段浸出，一段低濃度浸出，二段高濃度強化浸出。影響浸出過程的物理化學因素主要有M濃度、溫度、時間、液固比、氧化劑S濃度等。最佳浸出條件為：氨水濃度為一段3mol/L、二段4mol/L、液固比4：l、溫度50℃、時間6h、氧化劑S的添加量為一段3g、二段5g。在最佳條件下，中浸渣的氨水浸出取得了較好的浸出效果，銅累計浸出率達到80%，鋅的累計浸出率達到80%以上。氨浸渣為高鉛物料可送鉛冶煉企業回收。

表2 氨浸渣成分(%)

3.3 銅萃取工藝

中浸液和氨浸液均為含有銅鋅的混合溶液，對其進行綜合回收，萃取是一個關鍵步驟。本項目采用LIX84-I作為浸出液中銅的萃取劑，P204作為鋅的萃取劑。優先進行銅萃取-反萃流程，采用有機相為10%的LIX84-I和260#煤油混合的萃取劑；相比(O/A)為1:1；萃取時間為5min；萃取溫度為40℃；混合浸出液中銅的萃取率可達到99.5%,銅萃取率達到99.3%，萃取基本達到平衡。萃取速度較快，分相良好。

表3 銅反萃液成分(%)

3.4 鋅萃取工藝

萃取銅后的溶液成分見下表4。

表4 銅反萃液成分(%)

控制萃取條件：室溫、相比A/O=2：1，混合時間5min～10min、萃取級數5級～6級、有機相中P204的體積分數為40%。萃取時鋅的萃取率約80%，萃取終點pH為1.0左右，負載有機相含鋅14g/L～15g/L。控制反萃條件：室溫、相比O/A=8：1，混合時間5min～10min、反萃級數2級、硫酸溶液濃度為180g/L。萃取時鋅的反萃率約99%,反萃液含鋅95g/L～100g/L。

銅冶煉煙灰通過中浸—氨水二段浸出—萃取—反萃的工藝流程，可綜合回收銅、鉛、鋅，萃取富集的硫酸鋅溶液返鋅冶煉廠回收鋅，銅反萃液通過后續電積產出電積銅，最終浸出渣含鉛較高做為原料送鉛冶煉企業回收鉛。

總而言之，銅冶煉企業產生煙灰為危險廢物，煙灰將委托危廢處置中心處理，不僅處理費用成本巨大，而且會對生態環境、水環境、大氣環境產生一定影響，同時造成了銅、鉛、鋅等資源浪費。

銅企業煙灰綜合利用使其變廢為寶，不僅節省了處理費用，還一定程度上避免了對環境破壞。因此，銅企業煙灰綜合利用符合循環經濟理念，具有較高環境效益和經濟效益。