氨浸—硫化鈉沉淀法從含銅石膏渣中回收銅

王吉華，阮 瓊

(云南師范大學 化學化工學院，云南 昆明 650500)

1 試驗部分

1.1 主要材料、試劑與儀器

石膏渣：取自云南紅河某化工廠，為石灰處理含銅酸性廢水產生的沉淀渣，主要成分見表1。銅主要以堿式硫酸銅、氫氧化銅形式存在，有少量氧化銅。

表1 含銅石膏渣主要成分 %

試驗試劑：氨水、硫化鈉、鹽酸、硝酸、雙氧水、碘化鉀、碘、硫代硫酸鈉、可溶性淀粉等，均為分析純。

試驗儀器：85-2型恒溫磁力攪拌器，江蘇國華儀器有限公司；CP224C型電子天平，奧豪斯儀器上海有限公司；SHZ-D型水循環真空泵，河南鞏義市予華儀器有限公司；托盤天平、抽濾瓶、滴定管、移液管、容量瓶等儀器。

1.2 試驗原理與方法

石膏渣中，銅主要以氫氧化銅、堿式硫酸銅形式存在，少量以氧化銅形式存在，可用硫酸或氨水浸出。若用硫酸浸出，廢渣中的氫氧化鐵、氫氧化鈣等也會參與反應，不僅消耗大量硫酸，也會有大量三價鐵進入浸出液，影響后續銅的回收。而氨水是銅的良好配合劑，可與銅配合將銅浸出，且鈣、鐵等雜質會留在渣中，進入溶液中的銅再用硫化鈉沉淀回收。化學反應如下：

取一定質量石膏渣，磨細至全部過100目篩，混勻，加一定量適當濃度氨水攪拌，反應后過濾，濾液中加入適量硫化鈉沉淀銅，過濾，沉淀母液加氨水調濃度后返回浸出。

2 試驗結果與討論

2.1 銅的浸出

氨水易揮發，且易與銅發生配合反應，所以試驗在室溫下進行。

2.1.1 氨水濃度對銅浸出的影響

石膏渣質量100 g，液固體積質量比5/1，攪拌速度250 r/min，浸出時間15 min，氨水質量濃度對銅浸出率的影響試驗結果見表2。

表2 氨水質量濃度對銅浸出率的影響

由表2看出：隨氨水濃度升高，銅浸出率提高；氨水質量濃度升高至80 g/L以后，銅浸出率提高幅度不大并趨于穩定。氨水易揮發，升高濃度會使損失加大，也會加重環境污染，所以，確定氨水質量濃度以80 g/L為宜。

2.1.2 浸出時間對銅浸出的影響

石膏渣質量100 g，氨水質量濃度80 g/L，攪拌速度250 r/min，液固體積質量比5/1，浸出時間對銅浸出率的影響試驗結果見表3。

表3 攪拌時間對銅浸出率的影響

由表3看出：浸出前25 min，隨浸出時間延長，銅浸出率明顯提高；25 min后再延長反應時間，銅浸出率提高不明顯。綜合考慮，確定適宜的浸出時間為25 min。

2.1.3 液固體積質量比對銅浸出的影響

石膏渣質量100 g，氨水質量濃度80 g/L，攪拌速度250 r/min，浸出時間25 min，液固體積質量比對銅浸出率的影響試驗結果見表4。

表4 液固體積質量比對銅浸出率的影響

由表4看出：液固體積質量比較小時，礦漿濃度較高、流動性較差，反應物之間接觸不充分，影響銅的浸出；隨液固體積質量比增大，銅浸出率明顯提高；液固體積質量比增大至4/1后，銅浸出率提高不明顯。液固體積質量比增大，氨水用量增加，設備利用率降低，生產成本增加，所以，確定適宜的液固體積質量比為4/1。

2.1.4 攪拌速度對銅浸出的影響

石膏渣質量100 g，氨水質量濃度80 g/L，液固體積質量比4/1，浸出時間25 min，攪拌速度對銅浸出率的影響試驗結果見表5。

表5 攪拌速度對銅浸出率的影響

由表5看出，攪拌速度對銅的浸出影響較大：低速攪拌時，石膏渣在氨水中容易結塊、分散不好，反應物之間接觸不充分，銅浸出率較低；隨攪拌速度增大，石膏渣分散得更均勻，與浸出劑的接觸更充分，銅浸出率逐步提高；攪拌速度為300 r/min時，銅浸出率達91.4%；再增大攪拌速度，銅浸出率變化不大。綜合考慮，確定適宜的攪拌速度為300 r/min。

2.1.5 綜合浸出試驗

石膏渣質量2.0 kg，粒徑小于0.15 mm，混勻，均分為5份。浸出條件：氨水質量濃度80 g/L，液固體積質量比4/1，攪拌速度300 r/min，攪拌時間25 min，室溫。試驗結果見表6。可以看出，浸出效果較好。

表6 綜合浸出試驗結果

2.2 浸出液中銅的硫化沉淀

2.2.1 Na2S質量濃度對CuS沉降效果的影響

石膏渣氨浸液體積1 000 mL，銅質量濃度1 551 mg/L，室溫攪拌條件下，以6 mL/min速度滴加與溶液中銅等物質的量的Na2S溶液，滴完后攪拌反應1 min，考察Na2S質量濃度對CuS沉降效果的影響。試驗結果見表7。

表7 Na2S質量濃度對CuS沉降效果的影響

試驗過程中觀察到：Na2S質量濃度越低，CuS沉淀顆粒越大，沉降速度越快，漿體過濾越容易；反之，CuS沉淀顆粒細小，沉降速度緩慢，漿體過濾困難。綜合考慮Na2S滴加時間、CuS沉降時間及漿體過濾速度，確定Na2S質量濃度以100 g/L為宜。

沉淀的CuS不能在氨水中長期存在，須盡快過濾并洗滌，否則會被溶解：

2.2.2 Na2S滴加速度對CuS沉降效果的影響

石膏渣氨浸液體積1 000 mL，銅質量濃度1 551 mg/L，室溫、攪拌條件下以不同速度滴加與銅等物質的量、質量濃度為100 g/L的Na2S溶液19 mL，滴完后再攪拌反應1 min，考察Na2S滴加速度對CuS沉降效果的影響。試驗結果見表8。

表8 Na2S滴加速度對CuS沉降效果的影響

攪拌條件下，溶液中滴加一定質量濃度Na2S，滴加速度越慢，溶液中局部S2-質量濃度越低，CuS沉淀顆粒越大，沉降速度越快；反之，CuS沉淀顆粒細小，沉降速度緩慢，漿體過濾困難。綜合考慮，確定Na2S滴加速度以9 mL/min為宜。

2.2.3 氨水的循環使用

表9 氨水循環浸出效果

3 結論

石灰處理酸性含銅廢水產生的石膏渣中含有一定量銅，用質量濃度80 g/L的氨水浸出是可行的，適宜條件下，銅浸出率達91%左右。浸出液中的銅可用100 g/L的Na2S溶液沉淀，銅回收率接近100%。方法簡單易行，可用于從類似石膏渣中回收銅，回收效果較好。