白煙塵氯鹽加壓循環浸出工藝探索

吳曉莉

（江西銅業集團有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

白煙塵是冰銅锍在轉爐吹煉過程產生的煙灰，其成分較復雜，主要含銅、砷、鉛、鉍、鋅及少量的金、銀、銻、鎘等金屬元素，若返回熔煉，雜質元素在冶煉系統中循環積累，惡化爐況，降低陽極銅質量［1］。若堆存，白煙塵中的三氧化二砷、可溶性砷鹽、重金屬離子會因雨水沖刷被溶解，下滲造成環境污染［2］。目前，針對白煙塵進行綜合回收處理的工藝主要是濕法工藝，濕法工藝包括水浸、酸浸和堿浸，其中硫酸體系浸出又占主流地位［3］。硫酸體系浸出的本質是利用鉛、鉍及其化合物幾乎不溶于稀硫酸溶液的特性，通過浸出，實現與銅、砷、鋅、鎘等金屬的分離，浸出渣再回收鉛鉍［4］。研究發現，通過添加氧化劑、Cl2/Cl-或使用加壓浸出系統可以進一步提高浸出效率［5-6］，對于難浸出物料還可以采用兩段逆流浸出工藝，提高浸出效率,增強反應效果［7］。筆者結合某廠生產實際，利用生產所得含氯酸性廢液對白煙塵中的銅、鋅、鎘等金屬進行兩段逆流浸出，重點考察浸出條件對白煙塵中銅、鋅、鎘浸出效果及砷、銻、鉍在渣中富集情況的影響。

2 實驗

2.1 實驗試劑與儀器

（1）實驗試劑如下：水、氯鹽廢液和白煙塵，其成分如表1、表2所示。

表1 氯鹽廢液成分表 g/L

表2 白煙塵成分表 %

（2）實驗儀器如下：pH計、加壓釜、空壓機、電子秤、濾瓶、布氏漏斗、真空泵、洗瓶、燒杯、量筒、攪拌器、烘箱。

2.2 實驗方法

（1）實驗流程如圖1所示。

圖1 白煙塵兩段逆流浸出實驗流程圖

（2）實驗步驟：

①條件實驗，探索白煙塵單次浸出過程pH值、壓強、時間、溫度、液固比對白煙塵中銅、鋅、隔浸出效果及砷、鉍、銻在渣中富集情況的影響；

②循環浸出實驗，在白煙塵單次浸出最佳實驗條件下，采用“兩段逆流浸出”的方式對白煙塵進行循環逆流浸出實驗。

3 結果與分析

3.1 浸出終點pH對浸出結果的影響

實驗條件：恒定反應時間4h、反應溫度80℃、反應液固比L∶S=6∶1、反應壓強0.9MPa，調控浸出終點pH 分別為 0.1、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5。pH對各元素浸出率的影響如圖2所示。由圖2可知，白煙塵中銅、砷、鋅、鎘、鉍的浸出率隨著浸出終點溶液pH的升高而下降，為保證銅、鋅、鎘的浸出率大于90%，同時盡量抑制砷、鉍的浸出。最佳pH為1.0～2.0。

圖2 浸出液pH對浸出率的影響

3.2 反應壓強對浸出結果的影響

實驗條件：恒定浸出液pH=1.0～2.0、反應時間4h、反應溫度80℃、反應液固比L∶S=6∶1，調控反應壓強分別為0MPa(常壓)、0.6MPa、0.9MPa、1.1MPa。壓強對各元素浸出率的影響如圖3所示。由圖3可知，隨著壓強的增大，白煙塵中的銅、鋅、鎘的浸出率升高，砷的浸出率下降，且銅浸出率上升趨勢明顯，砷浸出率下降趨勢明顯。當反應壓強為0.9MPa時，銅、鋅、鎘浸出率達90%以上且趨于穩定，砷浸出率10%以下并趨于穩定。最佳反應壓強為0.9MPa。

圖3 反應壓強對浸出率的影響

3.3 反應時間對浸出結果的影響

實驗條件：恒定浸出液pH=1.0～2.0、反應溫度80℃、反應液固比L∶S=6∶1、反應壓強0.9MPa，調控反應時間分別為2h、3h、4h、5h，反應時間對各元素浸出率的影響如圖4所示。由圖4可知，白煙塵中銅、鋅、鎘的浸出率隨反應時間的延長而上升，砷浸出率隨反應時間延長呈下降趨勢，當反應時間為4h，銅、鋅、鎘浸出率均在90%以上，砷浸出率低于10%，繼續延長反應時間，各元素浸出率變化不明顯。最佳反應時間為4h。

圖4 反應時間對浸出結果的影響

3.4 反應溫度對浸出結果的影響

實驗條件：恒定浸出液pH=1.0～2.0、反應時間4h、反應液固比L∶S=6∶1、反應壓強0.9MPa，調控反應溫度分別為25℃（常溫）、60℃、80℃、100℃，溫度對各元素浸出率的影響如圖5所示。由圖5可知，白煙塵中銅、鋅、鎘的浸出率隨反應溫度的上升而上升，砷浸出率隨反應溫度的上升而下降，當反應溫度為80℃時，銅、鋅、鎘浸出率均在90%以上，砷浸出率低于10%，繼續升高反應溫度，各元素浸出率上升不明顯。最佳反應溫度為80℃。

圖5 反應溫度對浸出結果的影響

3.5 反應液固比對浸出結果的影響

實驗條件：恒定浸出液pH=1.0～2.0、反應時間4h，反應溫度80℃，反應壓強0.9MPa，調控反應液固比分別為 4∶1、5∶1、6∶1、7∶1，液固比對對各元素浸出率的影響如圖6所示。由圖6可知，反應液固比對各元素浸出率影響不明顯，在液固比大于4∶1時，白煙塵中銅、鋅、鎘的浸出率均大于90%，砷浸出率均低于10%。考慮到氯鹽體系加壓浸出工藝對反應釜有侵蝕，實驗液固比采用6∶1，此時浸出液中Cl-濃度約25g/L。

圖6 稀釋液固比對反應結果的影響

3.6 兩段逆流浸出對浸出結果的影響

在白煙塵單次浸出實驗中，雖然銅、鋅、鎘取得了較高的浸出率，氯鹽廢液中部分銻、鉍在渣中實現了富集，但終點pH不易控制，浸出液含砷0.05～5g/L，含鉍0.01～4.5g/L，難以實現廢液中的砷、銻、鉍大部分進入渣相的目的。為使得白煙塵的浸出效果更容易調控，采用“兩段逆流循環浸出”的方式對白煙塵進行浸出實驗，探索白煙塵在“兩段逆流循環浸出”的作業方式下歷經多次循環后，物料中銅、鋅、鎘及砷、銻、鉍的分配趨勢。控制pH=1.0～2.0，反應液固比 L∶S=6∶1，反應時間 4h，反應溫度80℃，反應壓強0.9MPa，兩段浸出條件相同，循環六次，白煙塵中銅、鋅、鎘的浸出率變化趨勢如圖7所示，循環過程總渣率及氯鹽廢液中砷、銻、鉍在洗滌渣中的富集率變化趨勢如圖8所示。一次浸出液和二次浸出洗滌渣成分表如表3、表4。

圖7 循環過程銅鋅鎘浸出率變化趨勢圖

圖8 循環過程總渣率及砷銻鉍富集率變化趨勢圖

由圖7、圖8可知，隨著循環次數的增加，銅浸出率都平穩地在98%左右波動，鋅浸出率隨之上升并在97%左右波動，鎘浸出率隨之下降并在92%左右波動，砷、銻、鉍富集率和總渣率都升高，但銻的富集率曲線趨勢平緩，平均富集率90.12%，第六次循環時，氯鹽廢液中砷在二次浸出洗滌渣中的富集率為21.8%，鉍富集率36.31%，銻富集率91.64%，總渣率74.90%。隨著砷、鉍富集率和浸出總渣率的上升，金銀的富集率將有所下降。

由表3、表4可知，隨著循環次數的增加，一次浸出液pH從1.63降低至1左右波動，砷、銻、鉍含量越來越高，在一次浸出液中富集，二次浸出洗滌渣中含銅越來越低，從0.93%下降至0.42%并趨于穩定，但砷、銻、鉍含量波動較大，其含量高低與白煙塵中砷、銻、鉍含量，二次浸出液中砷、銻、鉍濃度及二次浸出液硫酸濃度密切相關，第六次循環所得洗滌渣含砷8.61%，銻4.63%，鉍16.82%。

表3 逆流循環一次浸出液成分 g/L

表4 逆流循環二次浸出洗滌渣成分 %

4 結論

（1）用氯鹽廢液加壓浸出白煙塵，單次浸出的最佳條件為：反應液固比L∶S=6∶1，反應時間4h，反應溫度80℃，反應壓強0.9MPa，浸出液pH=1.0～2.0，在最佳實驗條件下，銅、鋅、鎘浸出率分別為95.75%、95.73%、93.43%。

（2）以工廠氯鹽廢液為浸出溶劑，采用“兩段逆流加壓循環浸出”工藝處理白煙塵，能效調控一次浸出液中的pH值，能實現白煙塵中銅、鋅、鎘的高效浸出及廢液中砷、銻、鉍、鉛在浸出渣中的有效富集。

（3） 在最佳實驗條件下進行兩段逆流循環浸出，銅、鋅、鎘平均浸出率分別為98.00%、97.13%、92.48%，所得二次浸出洗滌渣含銅小于1.0%。