加压浸出技术在回收铜冶炼废渣有价金属中的应用

董伟丽，徐 吉

有价金属泛指所有稀有金属，虽然其数量稀少而且存在较大的提纯与开采难度，却是推动高新技术领域可持续发展的重要原材料，更是国家重要战略储备物资。经过相关科研人员的努力探究，发现在铜冶炼废渣当中存在丰富的有价金属。如果能够借助相关技术最大限度提取出铜冶炼废渣当中的有价金属，使其得到有效回收，势必可以促进我国有价金属产出量的大幅提升。然而，在现有的回收铜冶炼废渣有价金属提取技术当中，加压浸出技术表现出强大的整体优势。有必要针对该项技术进行更深层次的探究，构建起更加科学完善的技术应用策略，使其在回收铜冶炼废渣有价金属提取领域内得到更好的推广与应用。

1 加压浸出技术应用于铜冶炼废渣有价金属回收的背景

首先，鉴于锌、钴、镍、锡、锑、锗、铟等有价金属在通讯技术、电子计算机、航空航天、医药卫生、国防军事等行业内发挥着无可替代的重要作用，而很多有价金属又富集于铜冶炼废渣当中。因此，为了促进铜、铅、锌等冶炼企业原料中各种有价元素的回收与再利用，使这一部分稀缺金属资源得到规范化回收与合理化拆解，并且赋予其新的利用价值，使其在相关行业内得到高效利用。通过这一途径，还可以有效避免各种重金属对自然生态环境造成污染与破坏。因此，国家提倡冶金企业建立起完善的铜、铝再生资源利用体系。为此，国家环保部门于2015年12月24日颁布了《砷污染防治技术政策》，并且在全国范围内打造了一批锌、钴、镍、锡、锑、锗、铟、贵金属等回收利用及冶炼废渣综合利用示范工程。同时，带动一大批高精尖科研人员参与到相关技术研发行列当中，极大的推动了加压浸出技术的创新发展。通过这一系列举措，为冶金企业利用加压浸出技术对铜冶炼废渣有价金属进行回收利用提供了极大的政策支持与技术保障，更为冶金企业创造新的效益增长点、扩大生产规模提供了更加广阔的空间；其次，从砷、铅、镍等有价金属的内部成分上看，其本身具有一定毒性作用。而这些有价金属又富集于铜冶炼废渣当中，一旦铜冶炼厂对于冶炼废渣处理方式不得当，极易对生态环境造成严重的污染与破坏。为此，我国环保部门出台了多项政策及法规，鼓励含有价金属物料产量较大的企业采取有效措施对废渣当中的有价金属进行提取与回收，使其中宝贵的有价金属得到无害化处置和资源化处置，从而实现资源的高效合理利用。上述两方面因素，同时为加压浸出技术在回收铜冶炼废渣有价金属中的有效应用提供了重要前提与必要保障。

2 铜冶炼废渣的成分分析

在铜冶炼废渣当中，同时存在着有害物质和有价金属这两类物质。在有害物质中，主要包括硫化砷渣、白烟尘、含铅废渣、含铼废渣酸泥、硒碲硫渣、黑泥等；在有价金属方面，包含砷、铅、铜、硒、碲、铼、铟等多种金属元素，这些有价金属均具有相当高的回收利用价值。但是，由于这些有价金属富集于铜冶炼废渣当中，势必会与各种有害物融合在一起。因此，需要借助科学有效的提取技术将有价金属从有害物质当中剥离出来，方可达到可以回收利用的程度。目前，能够在铅冶炼废渣当中提取有价金属的方法比较多。但是，在这些方法当中加压浸出技术的应用效果最为显著，具有更高的推广应用价值。加压浸出技术具有湿法、火法、焙烧法等多种方法可供选择，每一种方法都具有各自不同的优势特点。比如火法成本最低，而且操作方法简单便捷；而湿法具有更高的环保价值和回收产品提纯度。因此，与其他几种方法相比，湿法更加符合提取有价金属的核心要求。所以，以湿法为代表的加压浸出有价金属提纯技术在国内拥有最高的使用率和应用效果。

3 加压浸出技术在铜冶炼废渣有价金属回收中的应用原理

3.1 反应过程与设备应用

在采用加压浸出技术对铜冶炼废渣中的有价金属进行回收提取时，会产生“MeS+1/2O2+2H+→Me2+SO+H2O”这一化学反应。此化学反应的过程虽然比较稳定，但却存在较高的反应难度，而且反应效率缓慢。从加压浸出技术的操作步骤上看，主要存在加温、加压这两个环节。该项技术的核心设备是高压釜，一台高压釜设备当中的入口、搅拌器、出口三个部分发挥出重要作用。在设备应用的过程中，先将铜冶炼废渣浆液从卧式高压釜的入口处导入。之后，开启电机，同时对釜内的铜冶炼废渣浆液进行加温和加压；铜冶炼废渣浆液在高温与高压的作用下，自动流向搅拌器；当浆液中的有害物与有价金属已经达到分离状态之后，停止搅拌；此后，让含有有害物质的浆液从出口处排出。而含有有价金属的待浸出浆液经过浸出提取之后，即可完成有价金属的回收。

3.2 浸出原理

从加压浸出技术的作用原理上看，主要是借助化学溶剂让固体物质发生溶解，为有价金属的最终提取提供必要条件。由此看来，化学溶剂的选择是非常关键一步。目前，较为常用的化学溶剂有水、酸、碱及盐水溶液等等。而在选择的过程中，需要依据待处理固体物质的具体性质而合理选定。如果操作人员所选择的化学溶剂较为科学合理，溶解物质与不可溶解物质便会在化学溶解物的作用之下相互分离，最终完成有价金属的浸出回收过程。目前，在利用加压浸出技术进地铜冶炼废渣有价金属回收的过程中，主要涉及到以下两种应用形式：第一种，常压浸出。这是一种较为传统的浸出方法，其劣势在于可回收范围较小。但是，在其可回收范围之内，这种方法非常稳定且可靠。比如利用常压浸法，可以从硫化砷渣、白烟尘这两种物质当中分离出砷，从而实现有价金属的回收；第二种，加压浸出。这种方法虽然较为新颖，却可以有效促进物质之间的化学反应，最终的处理效果也令人非常满意。所以，加压浸出技术一经推出，便深受业内人士的认可，拥有相当高使用率。但是，在浸出处理过程中，可能会同时涉及到液体、固体、气体等多种物质，由此产生较为复杂的多相反应。在这种情况下，浸出率和浸出效果会受到浸出原料成分、粒度细度、化学溶剂浓度、矿浆浓度等多种因素的影响。基于这一情况，操作人员可以结合浸出处理的实际需求，在常压浸出和加压浸出当中做出合理选择。比如在针对低品位、矿物金属成分复杂的原材料进行浸出处理时，适合采用常压浸出该当。在针对高品位、矿物金属成分简单的原材料进行浸出处理时，则适合采用加压浸出方法。但是，总体而言，目前加压浸出的使用率明显高于常压浸出，在有价金属浸出领域内占据着主流地位。

3.3 影响因素

在针对铜冶炼废渣进行加压浸出处理的过程中，会同步涉及到液体、固体、气体等多种物质的有效处理。这就意味着加压浸出过种极有可能在各种物质的共同参与与作用之下，产生较为复杂的多相反应，进而对浸出效果和浸出率造成负面影响。具体的影响因素及其负面作用表现在以下几个方面：其一，原料成分。如果原料成分过于复杂或过于简单，都会对浸出率造成不良影响；其二，粒度细度。粒度细度不足，会导致物质无法充分溶解以及浸出受阻；粒度细度过大，会加大浸出成本，而且浸出液体与固状物难以分离；其三，化学溶剂浓度。浓度过高，会因为浸出速度过程快导致浸出不充分；浓度过低会降低浸出效率，或者因多次投放化学溶剂增加成本以及工作量；其四，温度。温度过高，会导致可溶解度、反应速率过高，有价金属也随之一起溶解，使浸出率受到严重影响；其五，矿浆浓度。矿浆浓度过高，会导致浸出率低；如果矿浆浓度过低，会导致浸出速度过快，对浸出效果造成负面影响。鉴于存在上述影响因素，在常压状态下，虽然可以通过化学溶剂的合理选择使浸出准确性获得一定的保障，却无法保证取得理想的浸出效率生浸出效果。也就是说，在应用常压浸出技术时，操作人员可以通过使用化学溶剂对铜冶炼废渣当中的有价金属进行浸出处理，但是，一旦存在温度过低或者压力过小等情况，就会对浸出效果造成负面影响。因此，采用常压处理技术，只能处理一些低品位、矿物金属成分较为复杂的原材料。要想针对那些高品位、矿物金属成分简单的原材料进行浸出处理，并且取得较为理想的浸出效率和浸出效果，只能采用高温+高压浸出技术。

3.4 加压浸出工艺技术发展现状

传统的冶炼行业废渣有价金属回收方式主要包括火法和湿法两种类型。其中，火法时主要采用焙烧法，而湿法主要依托于浸出法。例如在采用焙烧法对砷进行回收时，需要硫化砷渣经过氧化焙烧，形成三氧化二砷之后，进入烟气，再经过冷凝完成整个回收过程。此方法虽然工艺设备比较简单，而且成本较低，但其回收率低和产品纯度均不够理想。不仅如此，在回收过程中，还极易造成环境污染。因此，目前焙烧法的使用率较低，更多的是采用浸出法。同样以砷的回收为列，在使用加压浸出技术这前，需要事先对砷滤饼进行浆化、升温处理，之后将浆料输送至反应釜当中。同时，对反应釜的压力和温度进行相应的调整。通常情况下，将反应压力设定在1.0MPa～1.1MPa之间，反应温度设定在160℃～170℃之间，反应时长4h～6h之间。按照上述参数进行设定，便可以为溶解氧与铜砷硫化物在反应釜当中产生氧化还原反应提供一个适宜的环境，使原本固相的铜砷转化成离子态的液相，并且将As3+氧转化成为As5+。待浸出液冷却过滤之后，还会经历还原结晶、离心分离、干燥包装等多道工序，直至最终得到高纯度砷。运用上述加压浸出工艺技术路线对铜冶炼废渣中的砷进行提取，不仅浸出率高达97.68%，还不易对生态环境造成污染，具有较高的安全稳定性。

4 加压浸出技术的优势特点与现状

在应用加压浸出技术在铜冶炼废渣当中提取回收有价金属时，卧式反应釜是主要设备，绝大多数回收操作都需要依靠此设备完成。该设备可以连续不间断作业，而且浸出效率快、产出率高，浸出效果符合有价金属纯度要求。不仅如此，凭借加压浸出技术及高压釜设备还可以回收到非常珍贵的稀稀散有价金属，这一点显然是其它浸出技术所无法比拟的。与焙烧法等火法相浸出流程相比较而言，加压浸出技术极大的简化了导入物料的工序，使有价金属回收效率获得更加显著的提升。另外，凭借加压浸出技术独特的“加压浸出+还原”工艺，可以一次性得到产品级氧化砷。在这个浸出处理过程中，不会对环境造成任何污染，有效解决了砷害污染问题。

5 加压浸出技术的研究方向

虽然加压浸出技术具有非常显著的技术优势，但实际应用过程中，仍在存在一些亟待研究与解决的问题，是今后的重点研究方向。首先，在浸出过程中，尚未形成一个非常明确的标准温度和标准压力数值。一方面在因为浸出技术本身需要面对较为复杂的物质成分，难以针对标准温度及压力进行界定。另一方面，这项技术在我国研究应用起步时间较晚，所以其技术应用体系还有待进一步完善与改进。目前可以确定的是，在预处理阶段应用加压浸出技术，可有效增强物质颗粒的反应活化性，从而获得更高的有价金属回收率。目前，研究人员又提出了热活化、超声波活化以及辐射活化等多种方法，极大的促进了该项技术应用水平的提升；同时，借助催化剂还可以进一步保障提纯效果。此外，在应用加压浸出技术的过程中，虽然化学溶剂的使用量有所降低，却仍然没有达到彻底摆脱化学溶剂的程度，这就意味着依然存在一定的化学污染。针对这一问题，需要相关技术人员进一步进行研究与创新，研制出既可以替代化学溶剂又不会造成污染的新型溶剂；再者，在应用加压浸出技术时，会应用到一些强腐蚀性介质。而一些仪器设备在而这些强腐蚀介质的长期作用之下，必然会造成某些零部件的损伤，当这种损伤严重到一定程度时，就是引发设备故障，进而对浸出效率与回收效果造成负面影响。对于这一问题，目前尚未提出有效的解决方法，一方面浸出仪器设备故障率居高不下，另一方面需要企业花费高额设备维修费用。这两方面问题对加压浸出技术的推广与普及应用构成严重阻碍。

6 加压浸出技术的应用标准及流程

目前，我国冶金行业已经基于加压浸出技术现有的研究成果，针对有价金属回收出台了一些技术标准与执行规范。为操作人员制订有价金属回收方案提供了参考依据。在现有的技术标准当中，针对反应温度、反应压力、反应时间、排出压力等核心指标提出了具有指导意义和参考价值的技术参数，并且制订了预处理、加温、浆液导入、加压与控温、还原反应、浸出处理、成品这一操作流程。以铜冶炼废渣内当中提取砷为例，对此标准化浸出流程进行具体说明：首先，预处理是指在铜冶金废渣当中挑选出砷滤饼，之后再将投入到炼渣炉当中其进行浆化处理，当温度达到相关标准时，即可将其导入到卧式反应釜内进行施压与加热。在这个过程当中，操作人员要做好温度控制，并且适时导入化学溶剂，使浆化后的砷滤饼与溶解氧之间产生氧化反应。此时，砷滤饼内的铜砷硫化物便逐渐转化成为离子状态，其内部As3+也会氧化成为As5+，最终得到浸出液。再针对浸出液进行冷却、过滤、还原结晶、离心分离、干燥包装等处理，便可以得纯度高达97%以上的砷。

7 实例验证

某大型铜冶炼厂在冶炼生产过程中，会产出大量冶炼废渣。该企业为了积极响应国家号召，支持环保事业，同时为自身创造更大的经济效益，引进了加压浸出技术，用于对冶炼废渣当中的有价金属进行回收。为此，企业引进了4.4*18米炼渣炉及相关配套设备，按照预处理→加温→浆液导入→加压与控温→还原反应→浸出处理→成品这一操作流程得到高到99%的砷回收率。在制订高压浸出技术应用方案进，各项核心指标分别为：反应温度158℃，反应压力1.2MPa，反应时长5.5h～5.7h，排出压力0.4MPa～0.5MPa。此外，企业在同等加压浸出技术应用条件下，又针对对铜、铼等有价金属进行了回收处理。其中，铜回收率达到85%，铼回收率高达98%。通过应用加压浸出技术不，该铜冶炼企业不仅对铜冶炼废渣发中的有价金属进行了高效回收，为企业创造了非常可观的经济效益，更为稀缺资源高效利用以及国家经济建设做出巨大贡献。

8 结语

在我国，以砷、铅、锌、铼、铟为代表的有价金属虽然存在较大的开采难度，而且总体开采量比较小。但在通讯技术、电子计算机、航空航天、医药卫生、军事领域内，有价金属却具有非常高的应用价值。在铜冶炼废渣当中，含有的丰富的有价金属，而加压浸出技术在有价金属提取方面具有较高推广价值。通过应用此项技术，不仅浸出率较高，还不会造成环境污染，可有效促进我国有价金属产量的提升。相关技术人员还要针对加压浸出技术的标准工艺进行持续不断研究，使这项技术呈现出更高的应用水平。