铜渣中铁铜回收的试验研究

李涛，刘晨，佘世杰

（中钢集团安徽天源科技股份有限公司，安徽 马鞍山 243000）

随着铜冶炼工业的不断发展，铜渣产生量也不断增长。据统计，我国每年有近200万t的铜渣产生，这个数值还在不断增长，截止目前，铜渣产量超过3000万t[1]。如此庞大的铜渣占据大量土地资源，污染环境，同时，铜渣中的有价元素未能有效回收也是对资源的巨大浪费。

铜渣中富含铁硅铝，其次也存在一定的铜。其中铁品位一般在40%左右，铜品位在0.5% ～ 8%之间，而我国铁矿石品位只有约29.3%，铜矿石品位更是低于1%，可见铜渣中有价元素的回收具有巨大潜力[2-4]。因此，本文针对铜陵某铜渣制定了一套回收铁铜合理的技术方案，实现了对铜渣中铁铜的综合回收。

1 铜渣性质

试验用铜渣取自铜陵某冶炼厂，质地坚硬，呈黑色状。其化学成分见表1，铁、铜物相组成见表2、3。

表1 铜渣的化学成分/%Table 1 Chemical composition of copper slag

表2 铜渣中铁物相组成/%Table 2 Composition of iron phase in copper slag

表3 铜渣中铜物相组成/%Table 3 Composition of copper phase in copper slag

由表1可知，铜渣中主要成分为铁、硅，其次含有一定量的钙、镁、铝、铜、锌等，其中铁、铜、锌具有一定的回收价值，考虑锌的价值及含量，本试验暂不对其回收。

由表2可知，铁的赋存状态以氧化铁为主，其中含有一定程度的磁性铁。由表3可知，铜主要以氧化铜形式存在，另见少部分单质铜和硫化铜。

2 试验研究

该试样物相组成较为复杂，质地坚硬，首先必须对铜渣磨矿处理以实现物相的单体分离，其次考虑到铁物相中存在部分磁性铁，可先进行磁选，这样即回收了铁同时也减小了对后续铜回收的干扰。另外发现，铜主要以氧化铜形式存在，可通过酸浸将其富集到母液中，再对浸出液萃取可获得纯净的含铜溶液。因此，确定本试验的原则工艺流程为磁选-浸出-萃取-结晶，见图1。

图1 原则工艺流程Fig. 1 Principle process flow

2.1 磁选

2.1.1 磨矿细度试验

铜渣与天然铁矿相比具有硬度高，矿物组分结合紧密的特点，因此，对磨矿细度具有较高的要求[5]。本试验选用磁场强度273 kA/m，考察了磨矿细度对铁回收的影响，结果见图2。

图2 磨矿细度试验结果Fig.2 Results of grinding fineness test

由图2可知，铜渣中铁的回收率受磨矿细度影响较大，粒度较粗时铁回收率较低，但品位较高，而粒度较细时铁回收率高，但品位较低。在磨矿细度为-0.074 mm 80%时回收率最低，继续增加磨矿细度回收率增加明显，但铁品位随之下降也明显。可能是在磨矿细度较粗时，单体解离度不高，随着磨矿细度的增加，单体解离度增加，精矿铁品位增加，继续增加磨矿细度，磁团聚现象增强，脉石矿物被磁铁矿包裹，精矿铁品位下降，回收率增加。因此，以磨矿细度为-0.074 mm占70%为宜。

2.1.2 磁场强度试验

磁场强度大小是磁选的关键因素，本试验考察了磁场强度对铁回收的影响，结果见图3。

图3 磁场强度试验结果Fig.3 Results of magnetic field strength test

由图3可知，弱磁场强度下，铁回收较低，但品位较高，而强磁场强度有利于提高回收率但不利于铁品位提高。在低磁场强度下，部分连生体无法被磁滚筒吸引，随着磁场强度的增加，连生体逐渐进入精矿。因此，以磁场强度为270 kA/m为宜。

2.1.3 再磨细度试验

经过一次初选后，所得铁精矿品位较低，不能满足后续生产要求，因此，对铁精矿再磨再选，本试验选用磁场强度为117.0 kA/m，考察了再磨细度对铁回收的影响，结果见图4。

图4 再磨细度试验结果Fig.4 Results of regrinding fineness test

由图4可知，再磨细度的增加有利于精矿铁品位的提高，在再磨细度为-0.037 mm 90%时，精矿铁品位达61.55%，继续增加再磨细度，铁品位下降明显，这是因为此时颗粒较细，其表面能较大，加上磁场作用，磁团聚加剧。

2.1.4 精选磁感应强度试验

考察了精选磁感应强度对铁回收的影响，结果见图5。

图5 精选磁场强度试验结果Fig .5 Test results of selected magnetic field strength

由图5可知，随磁感应强度的减小，精矿铁品位逐步增加，但回收率减少。综合考虑铁品位和回收率，本试验选用磁感应强度为93.6 kA/m为宜。

2.2 浸出

根据铜渣的成分含量和物相组成，本试验通过酸浸可实现对铜渣中有价元素的浸出，其浸出原理如下：

MO+2H+=M2++H2O

M+H2O2+2H+=M2++2H2O

MS+H2O2+2H+=M2++S+2H2O

本试验取100 g铜渣，加入一定的硫酸和双氧水，在一定的温度下反应，考察了各试验因素对铜渣浸出的影响。

2.2.1 硫酸用量试验

本试验在双氧水用量10 mL、固液比1：10、温度70℃、搅拌2 h条件下，探讨硫酸用量对铜渣浸出的影响，结果见图6。

图6 硫酸用量试验结果Fig .6 The results of sulfuric acid dosage test

由图6可知，随着硫酸用量的增加，铜渣中铜的浸出率不断增加，至硫酸用量为120 g时达到最大，随后减小，其它金属的浸出与此类似。由于原料中硅含量较高，过高的硫酸用量可生成凝胶状的硅胶，阻碍反应的进行[6]。兼顾铜浸出率和杂质浸出率，本试验硫酸用量以100 g为宜。

2.2.2 双氧水用量

双氧水的作用是促进铜渣中铜单质和硫化铜的氧化分解，本试验在硫酸用量120 g、固液比1：10、温度70℃、搅拌2 h条件下，探讨了双氧水用量对铜渣浸出的影响，结果见图7。

图7 双氧水用量试验结果Fig .7 Results of hydrogen peroxide dosage test

由图7可知，在双氧水为低用量时，铜浸出率较低，当用量为10ml时，铜浸出率达到最大，随后保持不变，此时可认为，该条件下双氧水氧化作用已达极限。因此，本试验双氧水用以10 mL为宜。

2.2.3 固液比

适宜的固液比是保证浸出进行的关键。本试验在硫酸用量120 g、双氧水用量10 mL、温度70℃、搅拌2 h条件下，探讨了固液比对铜渣浸出的影响，结果见图8。

图8 固液比试验结果Fig .8 Results of solid-liquid ratio test

由图8可知，固液比越低，铜浸出率也越高，这是因为在低固液比下，保证了铜渣与硫酸和双氧水的充分接触，促进反应的进行。当固液比为1：7时，铜浸出率几乎不变，此时可认为在该条件下铜浸出已完全，综合考虑，后续试验选用的固液比为 1：7。

2.2.4 温度

调节温度有利于铜渣浸出，本试验在硫酸用量120 g、双氧水用量10 mL、固液比1：7、搅拌2 h条件下，探讨了温度对铜渣浸出的影响，结果见图9。

图9 温度试验结果Fig .9 Results of temperature test

由9可知，铜浸出率随温度升高显著增大，因为升高温度有利于固液的扩散，提高传质效率，从而提高浸出率。当温度达80℃时，继续升温铜浸出率几乎不变，因此，选取80℃为反应温度。

在硫酸用量120 g、双氧水用量20 ml、固液比1：7、温度80℃、搅拌2 h条件下，铜渣浸出率中各元素含量见表4。

表4 浸出液主要成分含量/×10-6Table 4 Main components of leachate/×10-6

2.3 萃取

经过酸浸，铜渣中的铜及其它金属元素大部分被浸入溶液，因次，有必要对铜萃取以实现铜与其它元素的分离。本试验采用Lix84-1为铜萃取剂，考察各因此对铜萃取的影响，以确定较佳萃取条件。其基本原理如下：

2RH+Cu2+=CuR2+2H+

2.3.1 萃取剂用量试验

取100 mL浸出液，在O/A=1：1，水相pH值为3，一级萃取条件下，考察了萃取剂用量对铜萃取的影响，所得萃取液经过10%硫酸反萃，反萃液结果见表5。

表5 萃取剂用量试验结果Table 5 Results of extractant dosage test

由表5可知，萃取剂用量越多，铜的回收率液越高，与此同时，杂质的回收率也相应提高。为兼顾铜回收率和品位，以萃取剂用量为有机相10%含量为宜。

2.3.2 水相pH值试验

根据萃取原理，萃取剂在萃取过程中会释放氢离子，造成水相pH值升高[7-8]。因此，调节初始水相pH值十分关键。本试验取100 mL浸出液，在O/A=1 ： 1，萃取剂含量30%，一级萃取条件下，考察了水相pH值对铜萃取的影响，所得萃取液经过10%硫酸反萃，反萃液结果见表6。

表6 水相pH值试验结果Table 6 Results of water pase pH value test

由表6可知，水相pH值对铜回收率影响显著，在pH较低时，铜回收率较低，而高pH值时，铜萃取率较高，但是高pH值下杂质离子的回收率也较高。因此，选用的适宜的水相PH值为2。

2.3.3 萃取级数试验

在O/A=1 ： 1，萃取剂含量30%，水相pH值为3，考察了萃取级数对铜萃取的影响，所得萃取剂经过10%硫酸反萃，反萃液结果见表7。

表7 萃取级数试验结果Table 7 Results of extraction series test

由表7可知，随萃取级数的增加，铜的回收率变化不大，但杂质回收率逐渐减少，为满足后续工艺需求，本试验选定三级萃取。随后对铜反萃液蒸发结晶，得五水硫酸铜

铜渣经过“磁选-浸出-萃取-结晶”后所得产品结果见表8。

表8 产品指标Table 8 Product specifications

由表8可知，所得铁精矿品位61.45%，回收率32.94%，达到C60质量标准要求，五水硫酸铜中铜品位24.65%，回收率88.79%，纯度较高。

3 结 论

（1）磁选试验研究表明，在磨矿细度-0.074 mm 80%，磁场强度为234 kA/m的初选和再磨细度-0.037 mm为90%，磁场强度为93.6 kA/m的精选条件下，可获得铁品位61.45%，回收率32.96%铁精矿，产品达到C60质量标准要求，且大幅降低了铁对后续工艺的干扰。

（2）浸出试验研究表明，100g磁选尾矿在硫酸用量120 g、双氧水用量20 mL、固液比1：7、温度80℃、搅拌2 h条件下，铜的浸出率达80%。

（3）萃取试验研究表明，在O/A=1：1，萃取剂含量30%，水相PH值为3，经过3级萃取，随后反萃结晶，可获得铜品位24.65%，回收率88.79%的五水硫酸铜，产品纯度高。