铜冶炼高砷白烟尘酸浸脱砷工艺研究

袁玲玲，王永梅，曲超，常蕴辉

（山东恒邦冶炼股份有限公司，山东烟台 264109）

1 前言

砷及其砷化合物易挥发[1]，在火法炼铜过程中80%以上的砷进入烟尘，呈灰色略带白色，一般称为白烟尘[2]。白烟尘中含有Cu、Pb、Zn、Au、Ag等有价金属[3-4]，具有较大的回收价值，但砷含量高[5-6]、成分复杂，影响回收效果。因此，对白烟尘进行脱砷处理十分必要。

铜冶炼企业中，一般将白烟尘收集后作为配料重新熔炼进行闭路循环或堆存，这两种做法都存在较多问题。白烟尘中含有砷，长期堆存存在较多安全隐患，另外烟尘中的金属元素无法得到有效回收，造成资源浪费。而“闭路循环”的危害也是显而易见的，会造成As、Pb等元素不断循环积累，使烟道结焦，影响作业环境，而且会对铜阳极板质量产生影响。因此多数铜冶炼企业开始进行白烟尘的处理工艺研究，实现白烟尘中砷的开路，并回收铜铅锌等有价金属元素。

本文以山东恒邦冶炼股份有限公司铜冶炼白烟尘为研究对象，探究了脱砷预处理及有价金属综合回收的最佳工艺条件，使白烟尘中的砷形成开路，有价金属得以综合回收。

2 实验

2.1 试验原料

实验所用铜冶炼白烟尘来自山东恒邦冶炼股份有限公司冶炼一公司侧吹熔炼电除尘器产出的烟灰（铜冶炼白烟尘），其主要化学成分如表1所示。

表1 铜冶炼白烟尘主要化学成分（%）

从表1可以看出：烟尘中含有Au、Ag、Cu、Pb、Zn等有价金属，具有较高的回收价值；含砷16.74%，需要预处理脱砷。

2.2 实验原理

根据Au、Ag、Cu、Pb、Zn等的溶解度不同，采用酸性浸出，将烟尘中的As、Cu、Zn等有价金属最大限度的溶解在浸出液中，以利于后续回收，而Pb、Au、Ag等金属形成沉淀留在渣中。

2.3 实验方法：

取铜冶炼白烟尘300g和一定量的浸取剂于1000mL烧杯中，在一定的温度、适宜的搅拌速度下进行搅拌浸出。浸出实验结束后，进行抽滤，滤渣洗涤并烘干。分析砷质量分数，计算砷浸出率即砷脱除率。

浸出率计算公式如下式：

其中，Me为As、Cu、Zn。

3 实验结果与讨论

3.1 浸取剂对铜冶炼白烟尘脱砷影响

取白烟尘300g，在液固体积质量比4∶1、温度90℃、浸出时间2h条件下，探究水、双氧水、硫酸对砷脱除率的影响。

由图1看出：使用H2O2浸出的效果最好，分析原因为H2O2将部分三价砷氧化为五价砷，从而溶于水中，但使用双氧水成本较高，不利于工业化应用。采用硫酸进行酸浸，As浸出率为87.04%。根据试验结果，综合考虑浸出效果、后续工艺及经济性，我们采用硫酸对白烟尘进行酸浸。

3.2 硫酸浓度对铜冶炼白烟尘脱砷影响

取白烟尘300g，在液固体积质量比4∶1、温度85℃、浸出时间2h，搅拌速度300r/min的条件下，探究硫酸浓度对砷脱除率的影响。

由图2可以看出：随着溶液中硫酸浓度的增加，As、Cu、Zn的浸出率先略增大后趋于恒定，当硫酸质量浓度为15%时，As、Cu、Zn的浸出率分别达到了93.16%、95.09%、97.58%。根据实验结果可得，在强酸环境中，白烟尘中的砷可以有效浸出。但是，酸度过高会增加设备的腐蚀速率。综合考虑，选取15%的硫酸为最佳浸出硫酸质量浓度。

3.3 反应温度对铜冶炼白烟尘脱砷影响

取白烟尘300g，在液固体积质量比4∶1、硫酸质量浓度为15%，浸出时间2h，搅拌速度300r/min的条件下，探究反应温度对砷脱除率的影响。

由图可以看出，随着反应温度的升高，白烟尘中As、Cu、Zn的浸出率先增加后趋于稳定。当温度低于85℃时，As、Cu、Zn的浸出率随反应温度的升高不断增加；当温度高于85℃时As、Cu、Zn的浸出率趋于稳定。这是因为反应温度对浸出过程有很大的影响，反应温度的升高有利于分子运动速度的增加，降低浸出反应所需活化能。因此，提高反应温度可以促进As的浸出。由于生产现场白烟尘温度较高，直接进行调浆浸出。综合考虑，选取85℃为最佳浸出温度。

3.4 反应时间对铜冶炼白烟尘脱砷影响

取白烟尘300g，在液固体积质量比4∶1、温度85℃、硫酸质量浓度为15%，搅拌速度300r/min的条件下，探究反应时间对砷脱除率的影响。

由图4可以看出，随着反应时间的延长，白烟尘中As、Cu、Zn的浸出率先增加后趋于稳定。当反应时间低于1.5h时，As、Cu、Zn的浸出率随反应时间的延长不断增加；当反应时间超过1.5h后，继续延长反应时间对As的浸出率影响不大，说明白烟尘中的As、Cu、Zn基本被浸出。因此，选取反应时间1.5h为最佳浸出时间。

3.5 液固比对对铜冶炼白烟尘脱砷影响

取白烟尘300g，在温度85℃、硫酸质量浓度为15%，搅拌速度300r/min的条件下，探究液固比对砷脱除率的影响。

由图5可知，随着液固比的提高，白烟尘中As、Cu、Zn的浸出率先增加后趋于稳定，当液固比低于4∶1时，As、Cu、Zn的浸出率随着液固比的不断提高而不断增加；当液固比超过4：1时，As、Cu、Zn的浸出率趋于稳定。分析原因为液固比过小时，浸出体系的黏度过大，矿浆沉降分离困难，不利于溶液中离子的扩散，阻碍白烟尘中As、Cu、Zn浸出反应的进行，过高的液固比会造成生产困难和生产成本增加。因此，综合考虑，选择液固比4：1为最佳浸出液固比。

图4 反应时间对As、Cu、Zn浸出率的影响

图5 液固比对As、Cu、Zn浸出率的影响

图6 较优条件下验证试验结果

3.6 验证实验

根据上述的单因素实验结果，铜冶炼白烟尘酸浸脱砷预处理较优工艺条件为：硫酸浓度为15%、反应温度85℃、反应时间1.5h、液固比4∶1、反应时间1.5h、搅拌速率300r/min，在此条件下进行了五次验证试验，实验结果如图7所示，白烟尘中As、Cu、Zn的浸出率平均为93.16%、95.09%、97.58%。

4 结论

（1）山东恒邦冶炼股份有限公司铜冶炼白烟尘中，As主要以砷酸盐与氧化物的形式存在。铜冶炼白烟尘的砷大部分是以As（Ⅴ）形式存在，一小部分以As（Ⅲ）的形式存在。

（2）探究了不同的浸取剂对As浸出率的影响，最终选择硫酸为浸取剂，对铜冶炼白烟尘采用硫酸进行酸性浸出。

（3）通过单因素实验得到较优的酸浸工艺条件：反应温度85℃、反应时间1.5h、液固比4：1、硫酸浓度为15%、搅拌速率300r/min。在此较优条件下进行了五次实验，As、Cu、Zn的平均浸出率为93.16%、95.09%、97.58%。

（4）铜冶炼白烟尘经过硫酸溶液酸浸后，As、Cu、Zn等有价金属最大限度的溶解于浸出液中，有利于后续金属的综合回收，而Pb、Au、Ag等金属形成沉淀留在渣中，返回熔炼系统进行利用，实现了白烟尘中有价元素的综合利用。