铜旋浮冶炼电收尘烟灰脱砷工艺研究

谢祥添，张 勇，汪为慧，陆相宇

(阳谷祥光铜业有限公司,山东 聊城 252327)

低砷铜精矿越来越少,原料的高砷化趋势越来越明显。砷在铜冶炼过程为有害杂质,随着砷在系统中不断循环,会使阳极板中砷含量超标,影响阴极铜的质量[1-2]。

阳谷祥光铜业有限公司(以下简称“公司”)采用旋浮熔炼工艺冶炼铜精矿,根据长期生产实践,发现随着入炉铜精矿含砷的提高,电收尘烟灰中的含砷量也随之提高。为了寻找铜冶炼过程中砷的高效开路,公司做了大量试验,试验过程中,将入炉铜精矿含砷从0.2%提高至0.55%。试验结果表明:入炉铜精矿含砷在0.2%～0.3%时,熔炼电收灰烟灰中含砷量在4%～5%;入炉铜精矿含砷量提高到0.4%时,熔炼电收尘烟灰中含砷量在6%～7%;入炉铜精矿含砷量提高到0.55%,此时电收尘烟灰中含砷已超过10%。因为担心长时间采用高含砷铜精矿会造成铜阳极板成分超标、冶炼系统砷平衡失调和环境污染,因此试验时间较短[3-6]。

如果能开发出铜冶炼过程中砷的高效开路工艺,将对提高旋浮熔炼含砷铜精矿的处理能力有极其重要的意义。因此,公司利用试验期间的保存样品进行了砷提炼试验,该提炼工艺包含水浸和酸浸两个过程,本文将对此次砷提炼试验过程及结果进行详细介绍。

1 试验原料及原理

1.1 试验原料

试验原料为悬浮熔炼过程中产生的电收尘烟灰,其化学成分见表1,其砷物相组成见表2,其物料性质见表3。由表2可知,砷在电收尘烟灰中主要以砷酸盐的形式存在,氧化砷、砷单质和硫化砷含量均不高。

表1 试验烟灰化学成分 %

表2 旋浮熔炼电收尘烟灰中砷物相分析结果%

表3 烟尘的物料性质

1.2 试验原理

铜冶炼烟灰中含有大量硫酸盐化的易溶的水合硫酸铜、硫酸锌和少部分三氧化二砷,通过水浸可以使硫酸铜、硫酸锌和三氧化二砷溶解进入水浸液。而烟尘中占绝大部分砷酸盐(铅铁铜锌砷酸盐)和硫化砷难溶于水,但在酸性体系中易溶解形成砷酸。

水浸渣酸浸砷过程发生的主要反应见式(1)～(7)。

2 试验方法及防护措施

2.1 试验方法

试验分为两个步骤,水浸和酸浸,水浸部分按照经验进行固定试验,酸浸部分分析各因素对砷浸出率的影响。

1)水浸。在试验室规模下,用电子分析天平称取铜烟灰置于反应釜中,按照质量比1∶2加水进行水浸,水浸后将浆液进行固液分离。

2)酸浸。酸浸试验在恒定的搅拌速度下进行,控制一定的试验条件,分别在不同硫酸浓度、不同液固比(体积∶质量)、不同浸出时间、不同反应温度下进行试验,每一次浸出试验反应结束后,都要对浸出液进行真空过滤,并检测浸出液中砷及其他元素的含量,计算浸出率。

2.2 砷尘的防护和污染控制措施

试验过程做好砷尘的防护和污染控制。

1)砷试验场所内,对试验设备进行密闭化,对砷尘进行回收。

2)试验在通风橱下操作,试验过程通风橱必须在负压状态下,试验过程反应装置利用率小于50%,搅拌转速控制中速,严防液体溢散。

3)试验时应穿戴工作服、胶鞋、橡皮手套,戴有效防尘口罩或防毒面具,试验结束后及时淋浴。

4)严禁在试验场所吸烟、进食及饮水。

5)对从事砷尘试验的人员进行定期体检,对有呼吸道疾病、肝肾、血液疾病及皮肤疾病者进行调离。

6)试验过程含砷固废集中收集后,按照含砷固废无害化处理避免对环境的污染。

3 试验结果及分析

3.1 水浸脱铜

将水与1 000 g 烟灰按液固质量比2∶1混合,于50 ℃下搅拌1 h,然后进行液固分离,得到1 980 mL水浸液和650 g 水浸渣,水浸液和水浸渣的成分分析结果分别见表4和表5。根据表4、表5数据进行计算,经过水浸后,烟灰中67.5%的铜和69.9%的锌浸出进入溶液,97.94%的砷被富集至水浸滤饼。

表4 水浸液分析结果 g/L

表5 水浸渣滤饼成分 %

3.2 酸浸脱砷

3.2.1 酸浓度对砷浸出的影响

取100 g 水浸渣,控制试验条件液固比(体积∶质量)L/S=4、反应温度85 ℃、反应时间2 h,分别设置硫酸浓度100 g/L、150 g/L、200 g/L、250 g/L 和300 g/L,考察不同硫酸浓度对砷浸出率的影响,试验结果见图1。

由图1可知,随着硫酸浓度的增加,砷的浸出率不断增加,到达200 g/L 的酸度后,浸出率增加不明显。酸度从100 g/L 增加至300 g/L,砷的浸出率从60.24%增长至92.34%,从经济角度考虑,硫酸浓度选200 g/L 为宜。

图1 酸浓对砷浸出率的影响

3.2.2 液固比对砷浸出的影响

取100 g 水浸渣,控制试验条件硫酸浓度200 g/L、反应温度85 ℃、反应时间2 h,分别设置液固比为2∶1、3∶1、4∶1、5∶1和6∶1,考察不同液固比对砷浸出率的影响,试验结果见图2。

由图2可知,随着液固比的增加,砷的浸出率不断增大,到达5∶1的液固比后,浸出率增加不明显。液固比从2∶1增加至6∶1,砷的浸出率从59.38%增长至92.65%,从成本方面考虑,液固比选5∶1为宜。

图2 液固比对砷浸出的影响

3.2.3 浸出时间对砷浸出的影响

取100 g 水浸渣,控制试验条件硫酸浓度200 g/L、液固比L/S=5、反应温度85 ℃,分别设置反应时间为1 h、2 h、3 h、4 h 和5 h,考察反应时间对砷浸出率的影响,试验结果见图3。

由图3可知,随着反应时间的增加,砷的浸出率不断增加,到达4 h 后,浸出率保持稳定。反应时间从1 h 增加至5 h,砷的浸出率从75.12% 增长至92.84%,从经济角度考虑,反应时间选4 h 为宜。

图3 浸出时间对砷浸出的影响

3.2.4 反应温度对砷浸出的影响

取100 g 水浸渣,控制反应条件硫酸浓度200 g/L、液固比L/S=5、反应时间4 h,分别设置反应温度为60 ℃、70 ℃、80 ℃、85 ℃和90 ℃,考察反应温度对砷浸出率的影响,试验结果见图4。

由图4可知,随着浸出温度的增加,砷的浸出率不断增加,到达85 ℃后,浸出率保持稳定。反应温度从60 ℃增加至90 ℃,砷的浸出率从59.38%增长至93.10%,从经济角度考虑,反应温度选85 ℃为宜。

图4 温度对砷浸出的影响

3.2.5 综合条件验证试验

取100 g 洗涤后的烟尘,控制试验条件液固比5∶1、浸出温度85 ℃、浸出时间4 h、硫酸浓度200 g/L,进行酸浸反应,反应结束后进行液固分离,得到浸出液485 mL,浸出渣44.78 g,分别检测浸出液和浸出渣的成分。酸浸液成分见表5,酸浸渣成分见表6,砷及其他金属浸出结果见表7。

表5 硫酸浸液成分 g/L

表6 酸浸滤饼成分 %

表7 砷及其他金属浸出结果 %

4 结论

1)铜烟尘中砷含量10.15%,砷在电收尘烟灰中97.37%的砷以砷酸盐(铅铁铜锌砷酸盐)的形式存在,氧化砷、砷单质和硫化砷含量均不高。

2)铜烟尘经过水浸,烟灰中67.5% 的铜和69.9%的锌被优先脱除,97.94%的砷被富集至水浸渣中。

3)水浸后铜烟尘酸浸的优化工艺参数为:液固比(体积∶质量)5∶1,硫酸浓度200 g/L,反应温度85 ℃,浸出时间4 h,此时砷浸出率为92.26%。

4)洗涤后烟尘中Cu、Sb、Bi、Zn、Fe 等杂质元素的浸出率较高,对砷进行回收时应注意净化除杂及防止重金属污染。