铜冶炼烟灰综合利用技术研究

易 超

（中铝东南铜业有限公司，福建 宁德 352100）

1 铜冶炼烟灰技术的研究意义

随着我国经济飞速发展和工业化、城镇化进程加快，我国铜消费量也越来越大。在中国铜冶炼行业资源消耗高，二次资源利用率低，成为污染物和固体废物是最大问题之一，在铜火法冶炼过程中因挥发和气流作用产生铜烟灰是最主要一种，铜冶炼铜冶炼烟灰中通常有较高含量Cu、Zn、Pb、Cd、Bi、Ag等有价金属。多种有价金属可以从炼铜产生烟灰中提取出来，运用一定经济手段、可靠性流程及安全措施对铜冶炼烟灰进行处理，根据铜冶炼烟灰成分特征，采用一个适合综合化利用的生产工艺，是此次研究的主要目的，研究湿法浸出铜冶炼烟灰中有价金属影响因素及其中金属溶解行为，探索从铜冶炼烟灰中连续提取和综合利用Cu、Pb、Zn等金属新工艺，并将其应用于铜冶炼废渣中有价金属提取，在理论和实践上对该类废渣资源化、无害化利用都将具有重要意义。本次研究依据铜冶炼生产的具体情况，探究铜冶炼烟灰中有价金属的提炼技术，从中将锌、铜、铅等有价金属进行回收，最终实验结果对于矿产资源的再次利用有一定的应用价值，同时有价金属的回收有助于节能降耗、保护环境，为企业创造一定经济效益同时增加社会效益。

2 烟灰基本性质

铜烟灰中含有铜、铅、锌等有价组分，烟灰在烟气逸出过程中与烟气中氧和二氧化硫等气体接触被氧化成硫酸盐。因此，烟灰中有价金属主要以金属氧化物及金属硫酸盐形式存在，有利于金属回收。某公司产生铜冶炼烟灰组成质量分数如表1所示。

表1 铜冶炼烟灰组成质量分数(%)

3 铜冶炼烟灰综合利用新流程

本次研究的烟灰处理工艺流程，基于以下原则，考虑烟灰的特点，因铜烟灰含铅、铜较高，并含一定的锌、铋、砷，新的工艺应以回收前四种金属、减少砷污染为前提，确保经济效益及环保达标。因此确定以综合回收铜、铅、锌为主。

3.1 中性浸出

通过对烟灰进行X衍射物相分析，发现其中含有部分可溶性的铜锌金属，主要以硫酸铜和硫酸锌的形式存在，为了减少后续浸出剂的消耗，首先进行中性浸出，而且溶液采用多次逆流浸出，使铜锌含量可以得到富集，铜萃取后的硫酸锌溶液利用P204萃取富集后回收锌。

中性浸出主要考察温度、液固比、时间等对金属浸出率的影响，通过实验，可以确定单因素最优条件为温度50℃，时间1h，液固比3：1，按照此条件进行的实验，可溶性硫酸铜和硫酸锌的浸出率可以达到97%以上。经过3次逆流洗涤，洗涤后，铜浓度为4.5g/L以上，锌浓度为30g/L以上，砷3g/L以上，其它杂质均小于1mg/L。

3.2 氨浸出

中性浸出未浸出的中浸渣中的铜主要以氧化铜、氧化亚铜的形式存在，并含有少量的硫化亚铜，而且烟灰中含有高含量的砷，若采用酸浸法，不可避免会产生砷化氢剧毒气体，会严重影响生产作业人员生命，同时造成环境污染。因此二段采用氨浸出工艺。在浸出过程中，铜、锌元素以离子形式进入溶液，而其他所含金属则不被浸出，同时未提高浸出效果，添加一定数量的氧化剂S提高浸出效果，浸出液经过萃取分离回收铜。

为节约浸出成本，氨浸采用分段浸出，一段低浓度浸出，二段高浓度强化浸出。影响浸出过程的物理化学因素主要有M浓度、温度、时间、液固比、氧化剂S浓度等。最佳浸出条件为：氨水浓度为一段3mol/L、二段4mol/L、液固比4：l、温度50℃、时间6h、氧化剂S的添加量为一段3g、二段5g。在最佳条件下，中浸渣的氨水浸出取得了较好的浸出效果，铜累计浸出率达到80%，锌的累计浸出率达到80%以上。氨浸渣为高铅物料可送铅冶炼企业回收。

表2 氨浸渣成分(%)

3.3 铜萃取工艺

中浸液和氨浸液均为含有铜锌的混合溶液，对其进行综合回收，萃取是一个关键步骤。本项目采用LIX84-I作为浸出液中铜的萃取剂，P204作为锌的萃取剂。优先进行铜萃取-反萃流程，采用有机相为10%的LIX84-I和260#煤油混合的萃取剂；相比(O/A)为1:1；萃取时间为5min；萃取温度为40℃；混合浸出液中铜的萃取率可达到99.5%,铜萃取率达到99.3%，萃取基本达到平衡。萃取速度较快，分相良好。

表3 铜反萃液成分(%)

3.4 锌萃取工艺

萃取铜后的溶液成分见下表4。

表4 铜反萃液成分(%)

控制萃取条件：室温、相比A/O=2：1，混合时间5min～10min、萃取级数5级～6级、有机相中P204的体积分数为40%。萃取时锌的萃取率约80%，萃取终点pH为1.0左右，负载有机相含锌14g/L～15g/L。控制反萃条件：室温、相比O/A=8：1，混合时间5min～10min、反萃级数2级、硫酸溶液浓度为180g/L。萃取时锌的反萃率约99%,反萃液含锌95g/L～100g/L。

铜冶炼烟灰通过中浸—氨水二段浸出—萃取—反萃的工艺流程，可综合回收铜、铅、锌，萃取富集的硫酸锌溶液返锌冶炼厂回收锌，铜反萃液通过后续电积产出电积铜，最终浸出渣含铅较高做为原料送铅冶炼企业回收铅。

总而言之，铜冶炼企业产生烟灰为危险废物，烟灰将委托危废处置中心处理，不仅处理费用成本巨大，而且会对生态环境、水环境、大气环境产生一定影响，同时造成了铜、铅、锌等资源浪费。

铜企业烟灰综合利用使其变废为宝，不仅节省了处理费用，还一定程度上避免了对环境破坏。因此，铜企业烟灰综合利用符合循环经济理念，具有较高环境效益和经济效益。