布袋灰中有价金属锌和铜的浸出试验研究

2018-06-14施丽华王文祥郭艳平

湿法冶金 2018年3期

施丽华，王文祥，郭艳平，江伟

(1．广东环境保护工程职业学院，广东佛山 528216；2.广东省固体废弃物资源化与重金属污染控制工程技术研究中心，广东佛山 528216)

在重金属铜、铅、锌等冶炼过程中，备料和火法冶炼过程中都有烟尘、粉尘等产生，烟尘量占原料的2%～50%，大部分是用布袋除尘器收集，最终产物为布袋灰(瓦斯灰)。布袋灰中除含有锌、铜、铅、锡等重金属外，还有砷、汞等对环境有巨大危害的金属，所以布袋灰既是一种潜在的金属资源，又是一种环境污染物。由于技术不成熟，早期对布袋灰的处理基本是堆放或填埋，致使大量资源得不到有效利用。近年来，国内外学者开始研究采用冶金技术处理布袋灰[1-12]，但针对的对象主要是钢铁冶炼过程中产生的布袋灰，对有色金属冶炼过程中产生的布袋灰的研究较少。布袋灰来源不同，其所含金属种类和状态也不同，因此处理方式也有差异。针对铜冶炼过程中产生的布袋灰，研究了采用湿法冶金技术提取有价金属锌和铜，以期解决铜锌二次资源回收问题及避免有害金属对环境的污染问题。

1 试验部分

1.1 试验原料

试验所用布袋灰取自广东肇庆某金属冶炼公司。化学分析结果表明，布袋灰中锌质量分数为24.25%，铜质量分数为11.70%，砷质量分数高达8.93%，铅质量分数为9.85%。布袋灰的XRD物相分析结果如图1所示。

图1 布袋灰的XRD分析结果

由图1看出：布袋灰的主要成分是硫酸铅和氧化锌，基本不含铁酸锌铅;但铜和砷未显示，可能因为铜、砷物相是以非晶态形式存在所致，非晶态存在的物质在XRD分析时为背底。

1.2 试验原理

布袋灰中大部分锌以氧化锌形式存在，氧化锌易溶于酸，用硫酸可将锌浸出而转入溶液；同时，有价金属铜、有害金属砷也被浸出；铅不被浸出。

锌浸出反应为

(1)

铜和砷的浸出反应可能为：

(2)

(3)

1.3 试验方法

取50 g布袋灰于1 L三口烧瓶中，加入一定体积水和浓硫酸，在设定温度下搅拌浸出一定时间后，采用真空抽滤分离滤液和滤渣，分别对滤液和滤渣分析其中锌、铜、砷质量分数，以渣计算铜、锌、砷浸出率。

2 试验结果与讨论

2.1 硫酸浓度对锌、铜、砷浸出率的影响

试验条件：温度70 ℃，浸出时间2 h，液固体积质量比6∶1。硫酸浓度对锌、铜浸出率的影响试验结果如图2所示。

图2 硫酸浓度对锌、铜、砷浸出率的影响

由图2看出：随硫酸浓度增大，锌、铜浸出率提高；硫酸浓度为1.61 mol/L时，锌、铜浸出率分别提高至93.5%和91.3%；再继续增大硫酸浓度，锌、铜浸出率变化不明显；有害金属元素砷的浸出率也随硫酸浓度增大而提高。综合考虑，确定适宜的硫酸浓度为1.61 mol/L。

2.2 温度对锌、铜、砷浸出率的影响

试验条件：硫酸浓度1.61 mol/L，浸出时间2 h，液固体积质量比6∶1。温度对锌、铜浸出率的影响试验结果如图3所示。由图3看出：锌、铜浸出率均随温度升高而提高；温度升至100 ℃时，锌浸出率为97.23%，铜浸出率为95.67%，砷浸出率为94.68%。综合考虑，确定浸出时的温度以100 ℃为宜。