从铜镉渣中回收锌、镉、铜试验研究

2015-12-16孙红燕杨继生宋兴诚

湿法冶金 2015年1期

森维，孙红燕，彭林，杨继生，宋兴诚

（1．云南锡业集团（控股）有限责任公司，云南个旧 661000；2．红河学院理学院，云南蒙自 661100）

湿法炼锌系统的锌粉净化除铜镉段会产出大量含有锌、铜、镉的渣（铜镉渣），其中Zn质量分数30%～50%，Cu质量分数1%～10%，Cd质量分数7%～20%。这种渣为冶炼中间产物，直接销售价格低廉，大多数锌冶炼厂都进行综合回收，一般将锌以硫酸锌形式返回锌系统，铜以海绵铜渣形式回收，镉以海绵镉或精镉锭形式回收［1-2］。目前，处理铜镉渣的方法主要有2种。1）二段浸出法［2-5］：将铜镉渣加废电解液或硫酸进行二段逆流浸出，浸出过程中加二氧化锰或压缩空气进行氧化，浸出液含硫酸锌和硫酸镉，送镉置换工段回收镉、锌，浸出渣为铜渣。2）直接浸出法［6-8］：用浓度较高的硫酸浸出铜镉渣，将锌、铜、镉直接转入溶液，然后再用锌粉置换铜得到海绵铜渣，置换镉得到海绵镉，置换液含硫酸锌返回系统回收锌。这2种方法存在以下缺陷：二段浸出法流程长，反应速度慢（需1～2d），二氧化锰消耗量大，铜渣品位低，浸出液含杂质高；直接浸出法的浸出液含杂质高，且铜也被浸出进入溶液，需消耗大量锌粉来置换海绵铜。因此，本文作者探索了采用一段浸出法处理铜镉渣：浸出过程中添加强氧化剂B和压缩空气，经过一段浸出将锌、镉浸出到溶液中，而铜以海绵铜形式留在渣中。

1 试验部分

1．1 试验原料

试验原料为某冶炼锌系统一段净化产出的铜镉渣浆。取500mL渣浆，过滤后得到铜镉渣约580g，其中含水44．2%，主要成分质量分数为：Zn 41．19%，Cu 8．63%，Cd 16．08%，As 0．016%，Sb 0．017%，Mn 0．090%，Co 0．021%，Fe 0．013%。该铜镉渣中，锌、铜、镉主要以单质金属形式存在。

废电解液为锌电解试生产期间产出的废液，主要成分质量浓度为：H2SO4106．21g／L，Zn 36．6g／L，As 0．04mg／L，Sb 0．011mg／L，Cu 0．013mg／L，Cd 0．363mg／L，Co 0．09mg／L，Ni 0．753mg／L。

强氧化剂B。强氧化剂B可将镉渣中的Zn、Cd氧化并与硫酸反应生成硫酸锌、硫酸镉。主要反应为：

Cd＋H2SO4＋强氧化剂B →CdSO4＋H2O，

Zn＋H2SO4＋强氧化剂B →ZnSO4＋H2O。

1．2 试验方法

小型试验：试验在2L烧杯中进行。取500 mL铜镉渣浆加入烧杯中，在电炉上加热并搅拌。加入废电解液，控制pH为3～4（置换硫酸镉溶液要求pH为3～4），加热至一定温度后保温反应一段时间，然后加入不同量强氧化剂B，反应5 min后过滤，得到滤液和滤渣。

工业试验：将小型试验得到的最佳参数应用于工业试验，试验在带有机械搅拌的钢衬胶衬砖锥形槽体（φ3 000mm×3 200mm，总容积23．7 m3）内进行，方法与小型试验一致。槽体上配有蒸汽加热装置，并带有2根压缩空气管，起加强氧化和搅拌功能。

2 试验结果与讨论

2．1 温度对浸出的影响

试验条件：反应时间30min，pH3～4，不加强氧化剂B。温度对浸出的影响试验结果见表1。可以看出，随温度升高，锌、镉浸出率增大，而铜几乎不被浸出。结合生产实际，确定浸出温度为80℃。

表1 温度对铜镉渣浸出率的影响

2．2 保温时间对浸出的影响

试验条件：温度80℃，体系pH3～4，不加强氧化剂B。保温时间对浸出的影响试验结果见表2。可以看出：随保温时间延长，锌、镉浸出率增大；但保温30min后，锌、镉浸出率变化不大，铜几乎不被浸出。因此，保温时间选定为30min。

表2 保温时间对铜镉渣的浸出效果

2．3 强氧化剂B对浸出的影响

试验条件：温度80℃，保温时间30min，pH控制在3～4。添加不同量强氧化剂B的试验结果见表3。可以看出：当加入强氧化剂B 30mL时，浸出渣为灰褐色，有90%～91%的锌被浸出，铜几乎不被浸出，而镉浸出率只有52%～53%；当加入强氧化剂B 45mL时，浸出渣颜色变为暗红色，有95%～96%的锌被浸出，铜几乎不被浸出，以海绵铜形式留在浸出渣中，镉浸出率升高至87%～88%；当加入强氧化剂B 60mL时，浸出渣中含锌、镉继续降低，颜色转为暗红色，此时锌、镉浸出率分别为98%～99%、87%～98%，但大量铜被浸出到溶液中，浸出率为15%～19%，说明强氧化剂B明显过量。添加强氧化剂B明显提高了锌、镉的浸出率，添加量以45mL时效果最好，锌、镉浸出率分别为95%～96%、87～88%，铜以海绵铜形式留在浸出渣中，渣中铜质量分数为54．14%。

表3 添加不同量强氧化剂B对铜镉渣浸出的影响

2．4 工业试验

根据小型试验确定的工艺参数（温度80℃，保温时间30min，pH3～4，铜镉渣浆体积500 mL，强氧化剂B加入量45mL），在生产系统上进行工业试验。每次处理铜镉渣浆5m3，在23．7 m3锥形搅拌槽中进行，用压缩空气加强搅拌和氧化。具体条件为：用蒸汽加热至80℃，pH控制在3～4，反应时间延长至4h，铜镉渣浆与酸充分反应后再加入强氧化剂B，强氧化剂B实际加入量根据浸出渣的颜色加以调整（由灰褐色变为暗红色时为终点，此时浸出渣中的铜主要以海绵铜形式存在），加强氧化剂B后浸出1h。试验结果见表4。可以看出：锌、镉浸出率均大于91%；铜几乎不被浸出，以海绵铜形式留在浸出渣中，渣中铜质量分数为43%～46%，可返回铜渣除氯系统循环利用。

此外，强氧化剂B的加入不引入新的杂质，所以浸出液中的杂质含量非常低，As、Sb、Fe质量浓度均低于0．1mg／L，不需除杂即可直接进行镉的置换。