氧化焙烧—酸浸法从铜浮渣中提取铜.pdf

2 0 1 3 年第8 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 5 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 7 ‘7 5 4 5 ．2 0 1 3 ．0 8 ．0 0 2 氧化焙烧一酸浸法从铜浮渣中提取铜 吴跃东1 ，范兴祥1 ’2 ”，董海刚2 “，赵家春2 ”，李博捷2 ，行卫东 饿靛刘杨1 ，秦庆彦2 ，景小宇2 1 ．昆明贵金属研究所，昆明6 5 0 1 0 6 ；2 ．贵 3 ．稀贵金属综合利用新技术国家 研铂业股份有限公司，昆明6 5 0 1 0 6 ； 重点实验室，昆明6 5 0 1 0 6 摘要采用氧化焙烧一酸浸法从铜浮渣中提取铜，重点考察了液固比、硫酸浓度、反应时间和浸出温度对 铜浸出率的影响。结果表明，在下述最佳工艺条件下，铜浸出率可以达到9 9 ．3 5 ％7 5 0 ℃氧化焙烧2h 、 液固比5 、硫酸浓度2 0 ％、9 0 ℃浸出2h 、搅拌转速3 0 0r ／m i n 。 关键词铜浮渣；氧化焙烧；浸出；铜 中图分类号T F 8 1 1文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 3 0 8 - 0 0 0 5 0 3 C o p p e rE x t r a c t i o nf r o mC o p p e rD r o s sw i t hO x i d i z i n gR o a s t i n ga n d A c i dL e a c h i n gP r o c e s s W UY u e d o n 9 1 ，F A NX i n g x i a n 9 1 ’2 “，D O N GH a i g a n 9 2 ”，Z H A OJ i a c h u n 2 ”，L IB o - j i e 2 ， X I N GW e i d o n 9 2 ，F UG u a n g q i a n 9 1 ，L I UY a n 9 1 ，Q I NQ i n g y a n 2 ，JI N GX i a o y u 2 1 ．K u n m i n gI n s t i t u t eo fP r e c i o u sM e t a l s ，K u n m i n g6 5 0 1 0 6 ，C h i n a ；2 ．S i n o - p l a t i n u mM e t a l sC O ．，L t d ，K u n m i n g6 5 0 1 0 6 ，C h i n a ； 3 ．S t a t eK e yL a b o r a t o r yo fA d v a n c e dT e c h n o l o g yo fC o m p r e h e n s i v eU t i l i z a t i o no fP l a t i n u mM e t a l s ，K u n m i n g6 5 0 1 0 6 ，C h i n a A b s t r a c t C o p p e rw a se x t r a c t e df r o mc o p p e rd r o s sw i t ho x i d i z i n gr o a s t i n ga n da c i dl e a c h i n gp r o c e s s ．T h e e f f e c t so fr a t i oo fl i q u i dt os o l i d ，s u l f u r i ca c i dc o n c e n t r a t i o n ，r e a c t i o nt i m ea n dl e a c h i n gt e m p e r a t u r eo n c o p p e rl e a c h i n gr a t ew e r ep r i m a r i l yi n v e s t i g a t e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h ec o p p e rl e a c h i n gr a t ei s9 9 ．3 5 ％ u n d e rt h ef o l l o w i n go p t i m u mc o n d i t i o n si n c l u d i n go x i d a t i o nr o a s t i n gt e m p e r a t u r eo f7 5 0 ℃，r o a s t i n gt i m e o f2h ，r a t i oo fl i q u i dt os o l i do f5 1 ，s u l f u r i ca c i dc o n c e n t r a t i o no f2 0 ％，l e a c h i n gt e m p e r a t u r eo f9 0 ℃ l e a c h i n gt i m eo f2h ，a n ds t i r r i n gs p e e do f3 0 0r ／m i n ． K e yw o r d s c o p p e rd r o s s ；o x i d i z i n gr o a s t i n g ；l e a c h i n g ；c o p p e r 铜浮渣是粗铅火法精炼熔析除铜的产物，其主 要成分是铅和铜，一般含C u1 0 ％～1 5 ％、P b7 0 ％ ～8 5 ％，此外还含有锌、锡、砷、锑、钴、镍、银、金及其 他元素n ] 。目前，铜浮渣的处理方法主要分为火法 和湿法工艺[ z ] 。火法工艺根据冶炼设备的不同，分 为反射炉熔炼法、回转炉熔炼法、电炉熔炼法及鼓 风炉熔炼法；湿法工艺分为酸浸法[ 3 。] 、氨浸法[ 5 ．8 ] 及 碱浸法[ 9 ] 。无论采用哪种方法和处理工艺，其目的 都是要确保获得好的铜铅分离效果，而且还不能造 成环境污染[ i o q 2 ] 。本文采用氧化焙烧一酸浸法从铜 浮渣中提取铜，该方法处理过程简单、浸出效率高、 周期短、成本低、环境友好。 1试验部分 1 ．1 试验原料 试验原料为某冶炼厂生产的铜浮渣，含A u2 7 收稿日期2 0 1 3 0 2 0 1 基金项目国家高技术研究发展计划 8 6 3 计划 项目 2 0 1 2 A A 0 6 3 2 0 4 作者简介吴跃东 1 9 8 3 一 ，男，云南建水人，大学本科；通信作者范兴祥 1 9 7 4 一 ，男，云南建水人，博士，副研究员． 强 万方数据 6 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．o n 2 0 1 3 年第8 期 g ／t 、A g29 7 7g ／t ，其他主要元素 ％ P b3 9 ．2 8 、C u 2 9 ．5 3 、B i2 ．7 9 、S b9 ．5 5 、A s1 ．7 3 、S0 ．1 0 。其中， 铅、铜、锑、铋以金属形态存在，部分铜与砷等其它元 素形成固溶体，铜浮渣的X R D 谱如图1 所示。 1 5 2 5 3 54 55 56 57 58 5 2 0 1 。 图1 铜浮渣的X R D 谱 F i g ．1 X R Dp a t t e r no fc o p p e rd r o s s 1 ．2 试验设备 主要设备有X Z M 1 0 0 振动磨样机，S X 一1 0 1 3 箱式电阻炉，X M Q 一①2 4 0 9 0 型锥形球磨机，D W 一3 多功能数显电动搅拌器，S H Z 一2 0 0 0 双配套循环水 式多用真空泵，D ／m a x 一2 2 0 0 X 射线衍射仪，Z 一2 3 0 0 原子吸收光谱仪。 1 ．3 试验方法及工艺流程 因为铜浮渣中的铜、铅都以金属状态存在，氧化 焙烧后转变成氧化物，然后将焙烧料在硫酸溶液中 进行浸出，铅氧化物和铜氧化物与硫酸发生反应后 进人浸出液。 将铜浮渣破碎至一0 ．0 7 4m m 后放人马弗炉， 在7 5 0 ℃氧化焙烧2h 后自然冷却，将焙烧料放入 球磨机球磨1h ，磨到粒度为一0 ．0 7 4m m ；按一定的 液固比加入焙烧料和硫酸溶液，以3 0 0r ／m i n 的转 速机械搅拌，在一定温度下反应一段时间。浸出反 应结束后进行液固分离，得到硫酸铜溶液和渣。 2 试验结果与讨论 采用焙烧后的焙烧料进行浸出条件试验，主要 考察液固比、硫酸浓度、反应时间、浸出温度对铜浸 出率的影响。 2 ．1 液固比 固定条件2 0 ％浓度的硫酸溶液，反应时间 2h ，浸出温度9 0 ℃，搅拌转速3 0 0r ／m i n ，液固比对 铜浸出率的影响见图2 。 液固比 图2 液固比对铜浸出率的影响 F i g ．2 E f f e c to fr a t i oo fl i q u i dt os o l i do n c o p p e rl e a c h i n gr a t e 图2 表明，液固比在2 ～6 时，随着液固比的增 大，浸出率升高比较明显；当液固比大于5 后，几乎 所有的铜都被浸出，浸出率达到9 9 ％以上。因此， 最佳液固比为5 。 2 ．2 硫酸浓度 固定条件液固比5 ，反应时间2h ，浸出温度9 0 ℃，搅拌转速3 0 0r ／m i n ，硫酸浓度对铜浸出率的影 响结果如图3 所示。 硫酸浓度，％ 图3 硫酸浓度对铜浸出率的影响 F i g ．3 E f f e c to fs u l f u r i ca c i dc o n c e n t r a t i o no n c o p p e rl e a c h i n gr a t e 从图3 可看出，当硫酸浓度在1 0 ％～2 0 ％时， 随着硫酸浓度的增加，浸出率明显升高，当硫酸浓度 超过2 0 ％后，9 9 ％以上的铜都被浸出，浸出率趋于 平缓，变化不明显，考虑到硫酸浓度越高对设备腐蚀 越严重，能耗也越来越大。所以，选取硫酸浓度为 2 0 ％。 2 ．3 反应时间 固定条件2 0 ％浓度的硫酸溶液，浸出温度9 0 万方数据 2 0 1 3 年第8 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 7 ℃，搅拌转速3 0 0r ／m i n ，液固比5 ，不同反应时间的 铜浸出率如图4 所示。 反应时l 剐／h 图4 反应时间对铜浸出率的影响 F i g ．4 E f f e c to fr e a c t i o nt i m eo nc o p p e r l e a c h i n gr a t e 从图4 可以看出，铜浸出率在反应初期增长幅 度尤为明显，延长时间能有效提高物料与硫酸接触 的时间，时问越长，浸出率越高。当反应时间达到 2h 后，铜浸出率达到9 9 ％以上，铜的浸出趋于平 缓，继续延长时间，浸出率增加很小，所以反应时间 选择2h 。 2 ．4 浸出温度 固定条件2 0 ％浓度的硫酸溶液，反应时间 2h ，液固比5 ，搅拌转速3 0 0r ／m i n ，浸出温度对铜 浸出率的影响结果如图5 所示。 陵出温厦／℃ 图5 浸出温度对铜浸出率的影响 F i g ．5 E f f e c to fl e a c h i n gt e m p e r a t u r e so n c o p p e rl e a c h i n gr a t e 随着温度的升高，各种粒子的运动速度升高， 相互碰撞的几率就越大，反应的速度就越快，有利于 铜的浸出。图5 表明，随着温度的增加，浸出率增 加，反应温度达到9 0 ℃时，9 9 ％以上的铜被浸出，再 继续加热，铜浸出率增长幅度不是很明显，所以为减 少能耗，试验温度选择9 0 ℃。 3综合试验 根据上述单因素试验结果，确定综合试验条件 为硫酸浓度2 0 ％，液固比5 ，反应时间2h ，反应温 度9 0 ℃，搅拌转速3 0 0r ／m i n 。在该条件下，铜浸出 率为9 9 ．3 5 ％，浸出渣含铜0 ．4 8 ％。浸出渣的X R D 谱如图6 所示。 2 4 6180 2 0 ／ o 图6 浸出渣的X R D 谱 F i g ．6 X R Dp a t t e r no fl e a c h i n gr e s i d u e s 比较图6 与图1 可知，浸出渣中P b S O 。的衍射 峰明显突出，铜的衍射峰不可见，其中锑、铋元素以 氧化物形式存在浸出渣中，说明硫酸浸出之后物料 中的主要元素铜已经被有效分离，其他元素得到富 集的效果，为后续回收铅、锑、铋、银、金等元素提供 了良好的条件。 4结论 采用氧化焙烧一酸浸法从铜浮渣中提取铜的最 佳浸出工艺条件为液固比5 ，硫酸浓度2 0 ％，反应 时间2h ，反应温度9 0 ℃，搅拌转速3 0 0r ／m i n 。该 工艺过程具有简单、浸出效率高、周期短、成本低、环 境友好、无废渣排放，废气无污染等优点。 参考文献 [ 1 3 刘金庭．铜浮渣回转短窑的设计与改进[ J ] ．中国有色 冶金，2 0 0 5 ，3 4 1 3 4 3 6 ． [ 2 ] 王迎爽．铜浮渣真空蒸馏分离铜与铅的研究[ D ] ．昆 明昆明理工大学，2 0 1 2 ． [ 3 ] 彭容秋．重金属冶金学I - M ] ．2 版．长沙中南大学出 版社，2 0 0 4 ． 下转第3 8 页 万方数据 3 8 有色金属 C a 炼部分 h t t p ] ] y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 3 年第8 期 的利用率提高，终点电位低，故碲还原率提高。 根据上述条件试验，得出控电位还原碲的合理 条件为反应温度7 0 ℃，亚硫酸钠的加入量为理论 用量的2 倍左右，滴加时间4 5m i n ，加完后保温时 间4 5m i n ，终点电位2 9 0m V 左右，此时，碲还原率 为9 4 ．2 8 ％，所得还原渣中碲的含量为7 0 ．2 5 ％。 经计算，水浸渣中的碲经过酸浸、控电位还原 后，有9 2 ．8 7 ％进入还原渣中，假设水浸渣和还原渣 后续的回收率为1 0 0 ％，可计算出碲的回收率由原 有单一水浸回收工艺的7 6 ％提高至9 8 ．2 9 ％。 3结论 1 水浸渣在盐酸质量浓度2 ．5m o l ／L 、反应时 间4h 、反应温度7 5 ℃、液固比5 1 的条件下，碲浸 出率为9 8 ．5 ％。 2 将水浸渣盐酸浸出液进行控电位还原回收 碲，反应温度7 0 ℃，亚硫酸钠的加入量为理论用量 的2 倍左右，滴加时间4 5m i n ，加完后保温4 5m i n ， 终点电位为2 9 0m V 左右，此时，碲还原率为 9 4 ．2 8 ％，还原渣中碲的含量为7 0 ．2 5 ％。 3 假设水浸渣和还原渣后续回收率为1 0 0 ％， 可计算出碲的回收率由原有单一水浸回收工艺的 7 6 ％提高至9 8 ．2 9 ％。 参考文献 [ 1 ] 稀有金属应用编写组．稀有金属应用[ M ] ．北京冶 金工业出版社，1 9 8 5 2 7 5 ． [ 2 ] 谢明辉，王兴明，陈后兴，等．碲的资源、用途与提取分 离技术研究现状口] ．四川I 有色金属，2 0 0 5 1 5 - 8 ． [ 3 ] 方锦，王少龙，付世继．从碲渣中回收碲的工艺研究 [ J ] ．材料研究与应用，2 0 0 9 ，3 3 2 0 4 2 0 6 ． [ 4 3S a r g a rBM ，A n u s eMA ．L i q u i d L i d u i de x t r a c t i o ns t u d yo ft e l l u r i u m Ⅳ w i t hN n o c t y l a n i l i n ei nh a l i d em e d i u ma n di t ss e p a r a t i o nf r o mr e a ls a m p l e s [ J ] ．T a l a n t a ， 2 0 0 1 ，5 5 3 4 6 9 - 4 7 8 ． [ 5 ] R h e eKI ，L e eCK ，H aYC ，e ta 1 ．T e l l u r i u mr e c o v e r y f r o mc e m e n t e dt e l l u r i u mw i t hm i n i m u mw a s t ed i s p o s a l [ J ] ．H y d r o m e t a l l u r g y ，1 9 9 9 ，5 3 2 1 8 9 2 0 1 ． [ 6 ] 张博亚，王吉坤，彭金辉．铜阳极泥中碲的回收[ J ] ．有 色金属 冶炼部分 ，2 0 0 6 2 3 3 3 4 ． [ 7 ] 何从行．碲渣综合回收工艺研究[ J ] ．中国有色冶金， 2 0 0 1 ，3 0 1 4 1 4 2 ． [ 8 ] 陈芳兰，车文婷．从铋碲矿中回收碲[ J ] ．稀有金属与硬 质合金，1 9 9 5 ，2 3 2 4 - 7 ． [ 9 ] 蒋新宇．从铋碲矿中分离碲的新技术[ J ] ．稀有金属与 硬质合金，2 0 0 0 ，2 8 3 8 - 1 0 ． [ 1 0 ] 梁刚，舒万艮，蔡艳荣，等．从铜阳极泥中回收硒、碲新 技术[ J ] ．稀有金属，1 9 9 7 ，2 1 4 2 5 4 2 5 6 ． 上接第7 页 [ 4 ] S h i b a s a k iT ，H a s e g a w aN ．C o m b i n e dh y d r o m e t a l l u r g i c a l t r e a t m e n to fc o p p e rs m e l t e rd u s ta n d l e a ds m e l t e rc o p p e r d r o s s [ J ] ．H y d r o m e t a [ 1 u r g y ，1 9 9 2 ，3 0 1 ／2 ／3 4 5 5 7 ． [ 5 ] 包晓波．用氨浸～电积法从I S P 铜浮渣及其他含铜物 料中回收铜[ J ] ．有色冶炼，1 9 8 1 1 1 4 0 一4 2 ． [ 6 ] 重有色金属冶炼设计手册编辑委员会．有色金属冶 炼设计手册铅锌铋卷[ M ] ．北京冶金工业出版社， 1 9 9 6 ． [ 7 ] 中出和彦，王玉心．含铜铅渣的氨浸一溶剂萃取[ J ] ．矿 产综合利用，1 9 8 3 3 6 - 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