金铜冶炼高砷烟尘酸浸工艺研究

李晓恒， 田 静， 陈俊华， 高强文， 武岳彪

(1.河南省黄金资源综合利用重点实验室， 河南 三门峡 472000；2.河南中原黄金冶炼厂有限责任公司， 河南 三门峡 472000)

河南中原黄金冶炼厂有限责任公司是目前世界上首次实现底吹熔池熔炼与旋浮吹炼工艺技术相结合的有色冶炼企业，设计规模年处理复杂金铜精矿150万t。工艺流程为富氧底吹熔池熔炼→旋浮吹炼→回转式阳极炉精炼→永久不锈钢阴极电解→熔炼渣选矿。底吹熔炼系统自2015年6月投料生产以来，每天从电收尘系统产出白烟尘约110 t，其含铜、砷、铅、金和银等有价金属，如果直接返回使用，则增大入炉原料的杂质含量，造成炉况恶化，影响炉子处理能力，特别是砷的不断循环富集，影响制酸工序正常生产和产品质量[1]。因此本实验实践之前，

该公司的白烟尘都一直外售给有危险固废处置资质的单位处理，造成了资源的严重浪费。

由于受入炉原料、冶炼工艺的影响，白烟尘成分复杂，元素成分及物相组成波动较大，很难有统一的处理方法。大多数铜冶炼企业从白烟尘中回收铜基本都采用湿法浸出工艺，本实验采用湿法处理工艺从白烟尘中分离铜、砷、锌等元素[1-3]。

1 实验原料及实验原理

实验所用的白烟尘的主要成分见表1。

表1 白烟尘多元素分析结果 %

注：*单位为g/t

从表1可以看出，除有害元素砷含量较高外，白烟尘中的金、银、铜、铅等有价金属含量也较高，回收铜，利用砷，富集金、银、铅是综合回收白烟尘的主要途径。白烟尘酸浸浸出的目的是将烟尘中大部分Cu、As、Zn等有价金属转入溶液中，以利于后续回收，而Pb、Sb、Bi、Au、Ag等金属形成沉淀留在渣

中[2-5]。白烟尘中铜和砷的物相分析结果见表2。

从表2中可以看出，铜主要以水溶铜、氧化铜等形式存在，比例达到98%以上，砷主要以氧化砷形式存在，酸性溶液有利于铜和砷的浸出，但是需要控制合理的液固比。该浸出步骤主要涉及的反应方程式见式(1)～(3)。

(1)

(2)

(3)

表2 白烟尘中铜和砷物相分析结果 %

2 实验结果与讨论

由于该高砷白烟尘中铜、砷、锌等较易浸出进入溶液中，故对影响浸出效果的各浸出条件进行了单因素实验，主要考察了浸出氧化剂选型、反应温度、溶液酸度、浸出液固比等对浸出效果的影响，以选定最佳的浸出条件。

浸出实验选用烟尘500 g，加入一定量的酸性溶液调浆，控制一定的反应温度，反应一段时间后，固液分离并对滤饼进行洗涤，对滤液及滤渣的成分进行分析。各元素的浸出率计算见式(4)。

φ=(1-滤渣金属量/原料金属量)×100%

(4)

2.1 氧化剂选型实验

控制反应温度80 ℃，控制溶液酸度55 g/L，液固比3∶1，加入不同类型的氧化剂，反应时间为2 h。实验反应结果见图1。

图1 氧化剂选型实验结果

从图1中可以看出，采用不同类型的氧化剂，均有利于砷的浸出，但是对铜和锌的浸出率增加不明显，考虑到浸出成本和浸出效果，从白烟尘中回收铜不加入氧化剂，直接进行酸浸。

2.2 反应温度影响

控制溶液酸度为55 g/L，液固比3∶1，反应时间为2 h，控制不同的反应温度进行实验。实验反应结果见图2。

图2 反应温度实验结果

从图2中可以看出，虽然随着反应温度升高，铜、砷、锌浸出率增加，当反应温度达到80 ℃，铜的浸出率达到98%以上。由于生产现场白烟尘温度较高，直接进行调浆浸出，根据物料的溶解热和显热，矿浆温度可达到40～50 ℃，因此浸出不需要额外加热。

2.3 溶液酸度影响

控制反应温度为40 ℃，液固比3∶1，反应时间为2 h，控制溶液不同的酸度。实验反应结果见图3。

图3 反应酸度实验结果

从图3中可以看出，由于部分白烟尘浸出反应是耗酸反应，随着溶液中酸度的增加，铜、砷、锌浸出率不断增加，当溶液中的酸度为85 g/L左右时，铜、砷、锌浸出率分别达到98.0%、91.5%、97.7%。从实验结果可以可知，增加浸出酸度能降低浸出渣率，但是酸度过高会增加设备的腐蚀速率。综合考虑，选择85 g/L是较合适的溶液酸度。

2.4 液固比实验

控制反应温度为40 ℃，控制溶液酸度为85 g/L左右，反应时间为2 h，控制不同的液固比。实验反应结果见图4。

图4 浸出液固比实验结果

从图4中可以看出，随着浸出液固比增加，铜、锌浸出率变化较小，砷浸出率明显增加，考虑设备投资及运行成本，选择液固比3∶1即可满足浸出要求。

2.5 放大实验结果

放大实验浸出条件选择以上单因素实验获得的最佳浸出条件，放大实验称量白烟尘20 kg，在70 L反应釜中进行。放大实验结果见表3，浸出液和浸出渣化学成分见表4。

表3 放大实验结果

从表3中可以看出，放大实验的铜、砷、锌的浸出率分别达到了96.7%、91.9%和97.8%，与之前的单因素实验浸出效果基本相同，故选择白烟尘酸浸的最佳条件为：反应温度40 ℃以上，溶液酸度85 g/L，液固比3∶1，浸出时间2 h。

表4 浸出渣和浸出液成分表

3 结论

对高砷白烟尘进行酸性浸出，考察了不同的浸出因素对铜砷锌的浸出效果，最终确定了白烟尘酸浸的最佳条件为：反应温度40 ℃以上，溶液酸度85 g/L，液固比3∶1，浸出时间2 h。在最佳反应条件下，铜、砷、锌的浸出率分别可达到96%、91%、97%以上，达到了从高砷白烟尘中分离有价元素的目的。目前该处理工艺已进行工业化实施，并达到了对高砷白烟尘的浸出处理效果，铜、砷等的浸出率基本与实验结果吻合。