白烟尘浸出液的铜砷回收试验研究

（黑龙江紫金铜业有限公司，黑龙江 齐齐哈尔 161000）

白烟尘是铜冶炼过程中电收尘工序收集下来的烟尘，含有铜、铅、锌、砷、铋、锑、金和银等元素。为充分回收这些有价元素，通常对白烟尘进行酸浸处理，使可溶性的锌、铜、砷进入溶液，酸不溶的铅、铋、锑、金和银富集在渣中作为铅、铋等提取的原料[1]。对白烟尘浸出液中锌、铜、砷的分离与回收的方法与工艺比较多，阮胜寿、曲俊月对浸出液采取铁屑置换回收海绵铜，脱铜液以砷酸铁脱砷，脱砷后液浓缩结晶产出硫酸锌[2-3]；洪育民对浸出液先产出砷酸铁脱砷，脱砷后液用Lix984萃铜，反萃液浓缩结晶产出硫酸铜，萃余液中和回收锌[4]；朱来东采取pH=3～4的低酸条件浸出，浸出液经M5640萃铜、P204萃锌，反萃液分别进行电积，产出电积铜、电积锌产品，萃余液经浓缩结晶产出工业级As2O3结晶[5]；田静通过对浸出液加入某种脱铜剂，以硫化铜的形式回收铜，脱铜液经二氧化硫还原，产出As2O3结晶[6]。

本试验以某铜冶炼企业产出的白烟尘为原料进行酸性浸出，利用工厂脱砷工序产出的砷滤饼为沉铜剂，在常压条件下，通过控制砷滤饼的加入量、酸度、反应温度及时间等条件，考察白烟尘浸出液中铜砷分离的效果。

1 试验原料及原理

1.1 试验原料

试验所用的白烟尘原料成分如表1所示。

白烟尘经过酸浸，浸出液主要成分有三种，含铜10～35 g/L、含砷10～28 g/L、含锌5～15 g/L，酸度为30～100 g/L。

表1 白烟尘成分

1.2 原理

砷滤饼的主要成分为As2S3，利用CuS、ZnS、As2S3的溶度积常数Ksp的显著差异，以工厂废水脱砷工序产出的砷滤饼为沉铜剂，浸出液中的Cu2+离子与砷滤饼（As2S3）中的S2-形成更难溶的CuS，砷以亚砷酸HAsO2进入溶液，利用亚砷酸溶解度较小的特性，降温后，以白砷（As2O3）的形式结晶出来。在常压条件下，试验考察了温度、酸度、反应时间及砷滤饼加入量等因素对沉铜反应的影响，相关反应如下：

2 试验结果与讨论

2.1 反应温度对沉铜效果的影响

试验考察了前液酸度为80 g/L、温度分别为85℃、95℃条件下的沉铜效果，如表2、表3所示。

表2 温度对沉铜反应的影响（沉铜1#）

表3 温度对沉铜反应的影响（沉铜2#）

2.2 反应时间对沉铜效果的影响

控制前液酸度80 g/L，在时间分别为2、3、4 h的条件下，本研究考察了其沉铜效果，如表4、表5和表6所示。

表4 时间对沉铜反应的影响（沉铜2#）

表5 时间对沉铜反应的影响（沉铜3#）

表6 时间对沉铜反应的影响（沉铜4#）

2.3 酸度对沉铜效果的影响

从式（1）可知，沉铜反应会有硫酸产生，因此，溶液的酸度肯定会对沉铜反应产生很大的影响，酸度越高越不利于反应的进行。选择将沉铜前液酸度调整为10 、30、50 g/L分别进行试验，其试验条件和结果如表7、表8和表9所示。

表7 酸度对沉铜反应的影响（沉铜5#）

表8 酸度对沉铜反应的影响（沉铜6#）

表9 酸度对沉铜反应的影响（沉铜7#）

2.4 沉铜综合试验

根据各条件因素的最佳条件进行综合，选择在温度95℃、反应时间3 h的条件下，分别对溶液酸度为30、40、60 g/L的三种溶液进行不同砷滤饼加入量的比较，试验结果如表10至表14所示。

表10 砷滤饼量对沉铜效果的影响（沉铜8#）

表14 砷滤饼量对沉铜效果的影响（沉铜12#）

2.5 砷的分布与回收

白烟尘浸出液沉铜过程以式（1）反应为主，因此，沉铜液中的砷主要以亚砷酸形式存在。当砷滤饼过量时，白烟尘浸出液中的砷主要为五价砷，就会发生式（2）反应，生成亚砷酸。试验过程中，对溶液中砷的各种价态、浓度的变化进行跟踪，有关结果如表15所示。

表15 沉铜过程中砷的变化分布

从试验结果可以看出，白烟尘浸出液（沉铜前液）中的砷以五价形态为主，约占80%，三价砷仅为20%左右。在试验要求的温度、时间及酸度等条件下，当砷滤饼过量时（超过理论量），溶液不仅会发生式（1）沉铜反应，还会发生式（2）反应，溶液中的五价砷明显减少，当砷滤饼量低于理论量时，式（2）反应难以进行，溶液中的五价砷没有明显变化。

随着沉铜液中三价砷不断提高，将溶液冷却结晶产出白色As2O3晶体，经洗涤过滤精制后，可得到99.5% As2O3品级产品。结晶后的沉铜母液返回白烟浸出工序，沉铜液循环过程中，如果五价砷浓度过高，可单独用砷滤饼与沉铜后液反应来进行还原脱砷或用SO2气体还原脱砷。

3 结论

通过上述试验对白烟尘浸出液的脱砷分离与回收，笔者得出如下结论。常压条件下，白烟尘浸出液沉铜的最佳工艺条件为：反应温度≥95℃，反应时间为3 h，溶液酸度不超过≤50 g/L，砷滤饼的加入量为理论量的70%～80%。该工艺可产出含砷≤3%、含铜≥45%的硫化铜。在沉铜液的循环过程中，三价砷浓度不断提高，经冷却结晶产出白色As2O3晶体，经洗涤过滤精制，可得到99.5% As2O3品级产品。