黑铜泥常压浸出工艺的优化

2022-08-18祝仕清

铜业工程 2022年3期

祝仕清

（江西铜业股份有限公司贵溪冶炼厂，江西贵溪 335424）

1 引言

在贵溪冶炼厂，黑铜泥是铜冶炼系统电解液净化脱杂时的产物，也是硫酸铜生产的主要原料。硫酸铜生产线采用常压氧化浸出工艺[1-2］对黑铜泥进行浸出。由于黑铜泥成分比较复杂，同时处理的工艺条件未达到最优，因此黑铜泥浸出渣率偏高，有价元素铜浸出率低。如果对黑铜泥采取加压氧化浸出，虽然可以有效提升铜浸出率，但工艺和设备要求较高，工艺优化投入较大[3-4］。本研究通过对黑铜泥浸出过程中的影响因素进行分析，寻找合适的工艺参数，以实现降低黑铜泥常压氧化浸出渣率及稳定硫酸铜产品质量的目的。

2 实验研究

实验用黑铜泥取自贵溪冶炼厂生产现场，其成分如表1所示。实验用设备有浸出槽（30m3）及配套的减速机等。

表1 实验用黑铜泥平均成分表

分析黑铜泥浸出过程中的反应温度、酸度、初始砷浓度、液固比等浸出过程影响因素，是为了获得浸出过程最佳工艺参数，实现黑铜泥的高效浸出。

反应初始砷浓度来源于浸出过程配入的结晶后液，以下实验中黑铜泥投入均定量为1.5t。

2.1 反应温度对浸出过程的影响

控制实验条件：反应时间16h，反应酸度110g/L，液固比10。改变反应温度，重点考察反应温度与浸出渣率的变化规律。实验结果如表2所示。

从表2可看出，低温浸出渣率较高温时明显偏高。当反应温度在80～90℃时，浸出渣率达到最低值，之后继续提高反应温度，浸出率有所上升。由于温度较低时浸出液中铜浓度达到饱和，抑制了黑铜泥浸出反应的进行，当反应温度上升，体系反应向右进行的动力增大，但过高的反应温度使压缩风氧溶量降低，从而抑制反应[5］。因此，确定最佳反应温度为80～90℃。

表2 反应温度对浸出渣率的影响

2.2 反应酸度对浸出过程的影响

控制实验条件：反应时间16h，反应温度85℃，液固比10。改变反应酸度，重点考察酸度与浸出渣率的变化规律。实验结果如表3所示。

从表3可以看出，随着酸度提高，渣率同步下降，酸度达到140g/L后下降趋缓。黑铜泥浸出反应本身为耗酸反应，酸度越高，反应越彻底。但同时过高的酸度会对后续产品结晶过程造成不利影响[6］。综合考虑反应酸耗、母液返量、后续产品结晶过程等因素，反应酸度控制在130～140g/L为宜。

表3 酸度对铜浸出率的影响

2.3 反应初始砷浓度对浸出过程的影响

控制实验条件：反应时间16h，反应酸度140g/L，反应温度85℃，液固比10。改变反应初始砷浓度，重点考察初始砷浓度与浸出渣率的变化规律。实验结果如表4所示。

从表4中可以看出，前期随着初始砷浓度的上升，浸出渣率有所下降。初始砷浓度控制在45g/L时，浸出过程中浸出渣率变化趋缓。在反应过程中，溶液中砷首先被氧化为As5+，As5+与Cu发生氧化还原反应，利于Cu浸出，故砷在反应过程中起到催化剂的作用[7-8］。然而初始砷含量越高，后续对结晶产品的品质影响越大。综合考虑母液返量、后续产品结晶过程等因素，反应体系初始砷浓度控制在45～50g/L为宜。

表4 反应初始砷浓度对浸出渣率的影响

2.4 反应液固比对浸出过程的影响

控制实验条件：反应时间16h，反应酸度140g/L，反应温度85℃，初始砷浓度45g/L。改变浸出过程液固比，重点考察反应液固比与浸出渣率的变化规律。实验结果如表5所示。

从表5可以看出，随着液固比的增大，浸出渣率逐渐下降。当液固比为9时，反应浆料中铜浓度较高，反应槽底易发生结晶，抑制反应的进行，浸出渣率较高。随着液固比的增大，浸出渣率下降趋缓。当液固比达到11～12时，继续提高液固比，虽然能够获得更低的浸出渣率，但同时也导致反应体系铜浓度过低，不利于后续铜的浓缩回收。综合考虑物料处理的生产组织与浸出渣率，确定最佳反应液固比为11～12。