铜冶炼电收尘烟灰浸出渣脱砷工艺研究*

陈文波，鲁兴武，2，李俞良，曹桂银

（1.西北矿冶研究院冶金新材料研究所，甘肃省有色金属冶炼新工艺及伴生稀散金属高效综合利用重点实验室，甘肃白银730900；2.兰州大学资源环境学院）

铜冶炼电收尘烟灰浸出渣脱砷工艺研究*

陈文波1，鲁兴武1，2，李俞良1，曹桂银1

（1.西北矿冶研究院冶金新材料研究所，甘肃省有色金属冶炼新工艺及伴生稀散金属高效综合利用重点实验室，甘肃白银730900；2.兰州大学资源环境学院）

研究了采用双碱法脱除铜冶炼电收尘烟灰浸出渣中砷的新工艺，通过考察浸出剂浓度、浸出时间、浸出温度、液固比单因素条件实验，得到了最优工艺条件：NaOH用量为理论量的1.1倍、液固比（mL/g）为4∶1、浸出温度为60℃、浸出时间为2 h。在此条件下，电收尘烟灰中砷的浸出取得了较好的效果，砷的浸出率达到90%以上。通过净化得到的砷酸钠纯度在95%以上。

铜冶炼；电收尘；浸出渣；脱砷

随着优质富矿资源的日益匮乏，目前，国内外铜精矿中夹杂的有害金属（如砷、铅、锌等）含量越来越高［1-3］。这些金属部分熔点比较低，在火法熔炼过程中随烟气逸出，在收尘工序中以烟尘的形式得到分离。由于这类烟尘含有砷、镉等有害金属，附加值不高［4-7］，处理难度大，而且含有一定量的铜金属，因此大部分冶炼企业作为返料配入原料系统，导致这些金属在系统中循环富集，大大增加了入炉原料的杂质含量，也使得砷、铋等杂质在系统内不断循环和富集，最终对电铜及硫酸的质量产生影响［8-10］。笔者研究了采用双碱法脱除铜冶炼电收尘烟灰浸出渣中砷的新工艺，以期为行业提供参考。

1　实验原料及方法

1.1实验原料

实验所用原料为铜冶炼电收尘烟灰通过选择性浸出得到的浸出渣［11］，其平均化学组成见表1，实验所用化学试剂均为化学纯。

表1　浸出渣的主要化学组成

1.2实验方法

用浓碱溶液对浸出后渣进行脱砷。选择性浸出渣除了含有砷、铅外，还有一定量的铜和锌［12］。浸出过程主要反应：

由以上反应可以看出，碱浸过程中除了砷会被浸出之外，还会有一部分铅、铜和锌进入浸液。对此可以向浸出滤液中加入Na2S，浸出液中的S2-、HS-对Zn、Pb有沉淀作用。主要反应：

Na2ZnO2+Na2S+2H2O→ZnS↓+4NaOH Ksp（PbS）=1.0×10-28

Na2PbO2+Na2S+2H2O→PbS↓+4NaOHKsp（CuS）=1.6×10-24

因此，在浸出过程中，电收尘烟灰中的砷进入浸出液，锌、铅等金属则几乎不被浸出而进入浸出渣。该含砷少的渣返回炼铅，砷的浸出液做后续处理，可以采用蒸发结晶的办法生产砷酸钠。苛化后的溶液补加Na2S后又可以返回处理电收尘烟灰。整个工艺成闭路循环，对环境无二次污染。

2　实验结果及讨论

2.1NaOH用量对浸出率的影响

在浸出滤渣为200 g、液固比（mL/g）为4∶1、浸出温度为60℃、浸出时间为2 h的条件下，考察了氢氧化钠用量对主要元素浸出率的影响，结果见图1。由图1可以看出，随着NaOH用量的增加，砷的浸出率增大，浸出率可达92%以上。但NaOH用量太大，对砷的浸出率的影响不是很明显，却增加了处理成本。同时，NaOH用量太高，浸出液中铅、锌、锑含量相应升高，会增加硫化钠的用量，进而使渣浸出率增加，增加处理成本。综合考虑，实验选择NaOH用量以理论量1.1倍为宜。

图1　NaOH用量对浸出率的影响

2.2浸出时间对浸出率的影响

在浸出滤渣为200 g、液固比为4∶1、浸出温度为60℃、NaOH用量为理论量1.1倍的条件下，考察了浸出时间对主要元素浸出率的影响，结果见图2。从图2可以看出，整个浸出过程速度较快，在2 h内已基本完成，继续延长时间，浸出率仅有少量的增加，杂质金属的浸出却会大幅提高。因此，实验选择适宜的浸出时间为2 h。

图2　浸出时间对浸出率的影响

2.3浸出温度对浸出率的影响

在浸出滤渣为200 g、液固比为4∶1、浸出时间为2 h、NaOH用量为理论量1.1倍的条件下，考察了浸出温度对主要元素浸出率的影响，结果见图3。由图3可见，随着温度升高，砷的浸出率随之也略有升高。浸出过程中有一定量的铅、锌、锑溶解，与添加的硫化钠进一步生成硫化物沉淀，这种转化会使渣量相应增加。高温下反应速度快，有更多的铅、锌、锑的氧化物转化为相应的硫化物，增加了硫化钠的用量和生产成本。因此实验选择适宜的浸出温度为60℃。

图3　浸出温度对浸出率的影响

2.4液固比对浸出率的影响

在浸出滤渣为200 g、浸出时间为2 h、浸出温度为60℃、NaOH用量为理论量1.1倍的条件下，考察了液固比对主要元素浸出率的影响，结果见图4。由图4可见，液固比的变化对砷浸出率没有明显影响，在实验条件下浸出率最高可达92%左右。过高的液固比会增加后续蒸发结晶处理的难度，同时会增加投入，浪费水资源；而液固比太低不利于搅拌。综合考虑，实验选择适宜的液固比为3∶1。

图4　液固比对浸出率的影响

2.5优化条件扩大实验

综合单因素实验结果，确定本工艺最佳条件：浸出滤渣为1 000 g、浸出温度为60℃、浸出时间为2 h，NaOH用量为理论量的1.1倍、液固比为3∶1。在此条件下进行扩大实验，结果见表2。

表2　优化条件扩大实验的浸出结果　%

2.6浸出液净化及砷酸钠结晶实验

2.6.1浸出液净化实验

脱砷后过滤浆液，滤液含有铜、铅、锌等有价金属，利用硫化钠对其沉淀，滤渣作为铅精矿返火法炼铅流程。由于硫化砷较铜锌铅硫化物的溶度积大，而且铜铅锌的硫化物均为难溶性硫化物，故加入理论量的硫化钠对其进行沉淀。沉淀条件：硫化钠为理论量、温度为80℃、反应时间为0.5 h。在此条件下铜铅锌的沉淀率为98%以上，砷沉淀率小于8%。得到的沉淀成分见表3。

表3　硫化沉淀成分　%

2.6.2砷酸钠结晶实验

沉淀后滤液中重金属质量浓度均小于5 mg/L，砷质量浓度大于30 g/L（3次逆流循环后），砷酸钠溶液温度控制在40～100℃，溶液中砷质量浓度控制在60～75 g/L，静置降温至室温以下2 h，过滤即可得到砷酸钠晶体，碱液返回脱砷工序。砷酸钠成分见表4。

表4　砷酸钠成分　%

3　结论

1）电收尘烟灰经过选择性浸出后，渣中所含的砷采用氢氧化钠浸出，使砷进入溶液。2）在碱浸过程中，最佳的浸出条件：NaOH用量为理论量的1.1倍、液固比为4∶1、浸出温度为60℃、浸出时间为2 h。在最佳条件下，电收尘烟灰中砷的浸出取得了较好的效果，砷的浸出率达90%以上。3）沉淀后滤液中重金属质量浓度均小于5 mg/L，砷质量浓度大于30 g/L（3次逆流循环后），控制砷酸钠溶液温度为40～100℃，溶液中砷质量浓度控制在60～75 g/L，静置降温至室温以下2 h，过滤即可得到砷酸钠晶体，碱液返回脱砷工序。

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联系方式：luxingwu_007@163.com

Study on process of removing arsenic from leaching residue of copper smelting ESP ash

Chen Wenbo1，Lu Xingwu1，2，Li Yuliang1，Cao Guiyin1

（1.Key Laboratory of New Process for Non-ferrous Metal Smelting and Rare Metal High Utilization Efficiency in Gansu Province，Institute for Metallurgy and New Materials of NWIMM，Baiyin 730900，China；2.College of Earth and Environmental Sciences，Lanzhou Unversity）

Double alkali method for removing arsenic from the leaching residue of the ash generated in the copper smelting electrostatic precipitation（ESP）process was studied.Through the investigation on the single factor conditions，such as leaching agent concentration，leaching time，temperature，and liquid-solid ratio，the optimal process conditions were obtained as follows：concentration of NaOH was 1.1 times of the theoretical amount，liquid-to-solid ratio（mL/g）4∶1，leaching temperature was 60℃，and the leaching time was 2 h.Under these conditions，the arsenic leaching in ESP ash has achieved good results，and the leaching rate was more than 90%.The sodium arsenate′s purity was above 95%by purification.

copper smelting；electrostatic precipitation；leaching residue；arsenic removing

TQ126.41

A

1006-4990（2016）05-0048-03

科技部科研院所技术开发研究专项资金“铜铅锌联合冶炼优化与伴生稀有金属综合回收技术开发”（2012EG115010）。

2015-12-24

陈文波（1962—），男，本科，高级工程师，主要研究方向为有色金属资源综合利用，已公开发表文章3篇。

鲁兴武