从竖炉烟灰中综合回收锌和铜的工艺研究

张 帆，李相良

（1.江苏北矿金属循环利用科技有限公司，江苏 徐州 221006；2.北京矿冶科技集团有限公司，北京 100160）

合理处理铜冶炼烟灰不仅是环保治理的要求，同时也具有经济和社会的双重效益。世界各国的冶炼烟灰综合利用技术大致都沿着由火法为主到以湿法为主的趋势发展。受原料、工艺条件等因素的影响，铜冶炼烟灰化学成分与物相组成均十分复杂且波动较大，很难有统一的处理方式[1]。

20世纪60年代以前，我国铜冶炼烟灰的处理完全采用传统的火法流程，处理铜转炉烟灰的目的只是为了回收其中的锌和铅，大部分的有价金属没有得到有效的综合回收利用[2]。20世纪80年代后，随着国家对环保等问题的越来越重视，湿法和选矿法相继运用到冶炼烟灰的处理中。

某铜厂每年产出竖炉烟灰约300 t，其中锌、铅、铜等有价金属的含量均较高。本文采用湿法工艺对其中的有价元素进行回收，探索出一条最佳的工艺方案，锌和铜的浸出都达到了理想效果。

1 试验

1.1 试验原料

本试验所用原料由某铜厂竖炉熔炼过程产生，竖炉烟灰质轻，堆比重为0.696 g/cm3。含水率较低，仅为3.56%。主要元素含量如表1所示。

为了查明烟灰中锌的主要存在形式，对其进行了化学物相分析，结果如表2所示。

表1 阳极炉烟灰中的主要元素含量

表2 竖炉烟灰锌化学物相分析结果

化学物相分析表明，6.59%的锌以硫化锌形式存在，32.16%的锌被铁矿物包裹，这两部分锌的浸出效果决定了烟灰中锌的浸出率，因此需要对这两部分锌重点关注。

1.2 试验方法

浸出试验在烧杯中进行。称取一定量的原料置于烧杯中，按一定液固比加入浸出剂，室温下或置于恒温水浴锅中加热至预设温度，进行机械搅拌浸出，浸出结束后过滤、洗涤，滤液和滤渣（60℃烘干）分别取样送分析。

2 结果与讨论

竖炉烟灰铜、锌含量相对较低，尤其是锌含量。本研究主要考察了硫酸用量、反应时间、温度及氧化剂等因素对铜、锌浸出率的影响。

2.1 硫酸用量的影响

烟灰50 g，液固比4:1，反应温度80℃，反应时间1 h，主要考察硫酸用量对锌、铜浸出率的影响，如图1所示。

由试验数据可知，竖炉烟灰中Cu、Zn的浸出率均随加酸量的增加而提高。尤其是Zn的浸出率随初始酸度的变化较铜而言尤为明显。在不加酸的条件下，烟灰中的可溶锌约40%被浸出来，较多的锌需要在高的酸度条件下才可以浸出，当初始酸度为75 g/L时，锌的浸出率为86.93%。烟灰中的铜直接酸浸，较难浸出，仅能浸出不足60%。对于竖炉烟灰，为保证锌的浸出率，应采用较高的酸度条件，但原料中的铜分散在液固两相，不利于回收。烟灰中难于浸出的铜应为硫化铜，后续试验中可采用高酸条件下加入氧化剂的方式，使烟灰中的铜和锌均进入溶液。

图1 硫酸用量对竖炉烟灰浸出的影响

图2 浸出渣扫描电镜分析

研究中对硫酸用量5.0 g、浸出终点pH值2.0的浸出渣进行了详细的扫描电镜分析，该渣中锌含量8.74%，锌浸出率仅为52.48%，典型含锌点物质组成如图2所示。由能谱分析结果可以看出，渣中锌存在形式较为复杂，部分锌与铁、铅共存，推断部分锌以铁酸锌形式存在。

2.2 反应时间的影响

烟灰50 g，液固比4:1，加酸量10 g，初始酸浓度50 g/L，反应温度80℃，主要考察反应时间的影响，如图3所示。

由试验结果可以看出，随着反应时间的延长，锌的浸出率升高，而铜的浸出率随时间变化不明显。

2.3 反应温度的影响

烟灰50 g，液固比4:1，加酸量10 g，初始酸浓度50 g/L，反应时间1 h，主要考察温度的影响，如图4所示。

由试验结果可以看出，反应温度对铜浸出率影响较小。随着反应温度的升高，锌的浸出率逐渐上升。

图3 反应时间对竖炉烟灰浸出的影响

图4 反应温度对竖炉烟灰浸出的影响

2.4 氧化剂的影响

为促进竖炉烟灰中铜的浸出，采用加入氧化剂H2O2的方式，将原料中的硫化铜等难浸组分氧化浸出。试验条件为：烟灰50 g，液固比4:1，加酸量25 g，反应时间1 h。

图5 氧化剂用量对竖炉烟灰浸出的影响

试验结果表明，双氧水的添加对铜的浸出具有明显的促进作用，随着双氧水用量的增加，Cu浸出率升高，当H2O2用量为6.9 g时，Cu的浸出率可达93.99%，渣含铜降至0.86%。双氧水对Zn浸出率的提高不显著。

3 结论

试验结果表明，烟灰50 g，液固比4:1，温度60℃，反应时间1 h，硫酸用量25 g，双氧水用量6.9 g，在此最佳浸出工艺条件下，锌的浸出率可达90.02%，铜的浸出率可达93.99%。此矿物中部分锌和铜以硫化锌、硫化铜形式存在，是造成酸浸工艺下锌、铜浸出率偏低的原因，需对此浸出渣再进行其他工艺处理，以回收这部分锌和铜。

1 侯栋科，彭 兵，柴立元，等.锌焙砂的选择性还原焙烧硫酸浸出工艺研究[J].有色金属科学与工程，2014，5（1）：1−8.

2 李 密.锌焙砂选择性还原与铁锌分离的基础研究[D].长沙：中南大学，2013.