雜銅陽(yáng)極泥硫酸化焙燒一浸出工藝提取Cu和Ni的試驗(yàn)研究

柯兆華+詹有北+路永鎖+寧建平+楊明華

摘要：雜銅陽(yáng)極泥中含有大量的貴金屬和稀有金屬元素，是提取貴金屬和稀有金屬元素的重要原料，雜銅陽(yáng)極泥處理的第一步即是提取Cu、Ni等賤金屬，以富集貴金屬和稀有金屬元素.采用硫酸化焙燒一浸出工藝，從雜銅電解產(chǎn)生的陽(yáng)極泥中提取Cu和Ni，考察焙燒溫度、焙燒時(shí)間、浸出液固比、浸出硫酸濃度以及浸出時(shí)間等因素對(duì)Cu、Ni和Sn浸出率的影響.結(jié)果表明：當(dāng)焙燒溫度為400℃、焙燒時(shí)間3h，浸出時(shí)液固比為4：1，100 g·L^-1硫酸、溫度為80℃的條件下，Cu、Ni的浸出率>96.6%，可以有效地實(shí)現(xiàn)雜銅陽(yáng)極泥中Cu和Ni的提取，而Sn的浸出率為13.0%，浸出渣可以作為提取Sn和貴金屬的原料

關(guān)鍵詞：雜銅陽(yáng)極泥；硫酸化；焙燒；浸出率

雜銅陽(yáng)極泥是粗銅電解精煉過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物，其中含有大量的貴金屬和稀有金屬元素.從陽(yáng)極泥中有效地綜合回收利用Cu、Ni等有價(jià)金屬，受到日益廣泛的重視

從雜銅陽(yáng)極泥中提取Cu、Ni的方法主要有氧化焙燒一浸出工藝、加壓酸浸出工藝和硫酸化焙燒一浸出工藝氧化焙燒一浸出工藝的焙燒溫度較高，一般>650℃，能耗高，勞動(dòng)環(huán)境差；加壓酸浸出工藝則對(duì)浸出加壓設(shè)備有嚴(yán)格要求，設(shè)備成本大，投資高；而硫酸化焙燒一浸出工藝在焙燒過(guò)程中加入硫酸，使陽(yáng)極泥中的Cu、Ni在焙燒時(shí)轉(zhuǎn)化為可溶性硫酸鹽，故該工藝具有價(jià)格便宜的優(yōu)勢(shì).經(jīng)過(guò)硫酸化焙燒的陽(yáng)極泥，具有浸出效果好，生產(chǎn)成本低等特點(diǎn)，所以硫酸化焙燒一浸出工藝的應(yīng)用較為普遍。

本文以雜銅陽(yáng)極泥為研究對(duì)象，以Cu、Ni、Sn的浸出率為考察指標(biāo)，采用硫酸化焙燒一浸出工藝，研究焙燒溫度、焙燒時(shí)間、浸出液固比、浸出硫酸濃度和浸出溫度等因素對(duì)Cu、Ni、Sn浸出率的影響。

1試驗(yàn)原料

1.1原料、試劑及試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)所用原料為某廠雜銅電解過(guò)程中所產(chǎn)生的陽(yáng)極泥，成分如表1所示.化學(xué)物相分析結(jié)果表明，Cu、Ni、Sn主要以單質(zhì)、氧化物和硫化物等形式存在。

試驗(yàn)試劑：濃硫酸（分析純）和水.

試驗(yàn)設(shè)備：KFl600-IV馬弗爐、2XZ-0.5型旋片真空泵、DZKW恒溫水浴鍋、DJ1C-120W增力攪拌器、DHG-9053A恒溫干燥箱、JE501電子天平和MZ100粉碎制樣機(jī).

1.2試驗(yàn)方法

試驗(yàn)過(guò)程主要分為3步：（1）稱取雜銅陽(yáng)極泥（粒徑<0.178mm）放置于陶瓷燒缽內(nèi)，按陽(yáng)極泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)的50%加入濃硫酸，攪拌混勻后放人馬弗爐內(nèi)，升溫，達(dá)到設(shè)定溫度后反應(yīng)計(jì)時(shí)開(kāi)始，直到硫酸化焙燒過(guò)程結(jié)束；（2）將硫酸化焙燒后得到的焙砂從燒缽內(nèi)取出，放置于燒杯內(nèi)，燒杯放置于水浴鍋中，按一定液固比加入硫酸溶液，水浴升溫，攪拌浸出；（3）浸出3h，抽濾，將浸出渣洗滌，置于恒溫干燥箱內(nèi)干燥完全，制樣并分析檢測(cè)各元素含量.各元素的浸出率n按下式計(jì)算： 式中：m_o為雜銅陽(yáng)極泥質(zhì)量；m₁為浸出渣質(zhì)量；C₀為雜銅陽(yáng)極泥中合金元素的含量；C₁為浸出渣中合金元素的含量.

各元素分析方法：碘量法測(cè)定Cu，鋁片還原碘量法測(cè)定Sn，TAS-986原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定Ni

2試驗(yàn)結(jié)果

2.1焙燒溫度對(duì)銅陽(yáng)極泥元素浸出率的影響

試驗(yàn)條件：焙燒時(shí)間3h，浸出時(shí)，液固比5：1，150g·L^-1硫酸，溫度為90℃，考察焙燒溫度對(duì)Cu、Ni、Sn浸出率的影響.試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示.

由圖1可知，升高焙燒溫度，Cu、Ni的浸出率均隨之升高，這主要是因?yàn)殡S著焙燒溫度的升高，陽(yáng)極泥中的Cu、Ni向硫酸鹽轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)增強(qiáng)；但是當(dāng)焙燒溫度>425℃時(shí)，Cu、Ni的浸出率略有下降，這主要是因?yàn)闇囟冗^(guò)高容易出現(xiàn)“過(guò)燒現(xiàn)象”，硫酸亦趨于分解，分解成SO₃與H₂O.Sn的浸出率隨溫度的升高變化不大，這主要可能是因?yàn)殛?yáng)極泥中的Sn大部分以SnO₂形式存在，而SnO₂是較惰性的，實(shí)際上不溶于酸與堿，綜上，焙燒溫度以400℃為宜。

2.2焙燒時(shí)間對(duì)銅陽(yáng)極泥元素浸出率的影響

試驗(yàn)條件：焙燒溫度為400℃，浸出時(shí)，液固比5：1，150 g·L^-1硫酸，溫度為90℃，考察焙燒時(shí)間對(duì)Cu、Ni、Sn浸出率的影響.試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示.

從圖2中可以看出，Ni、Sn的浸出率隨著焙燒時(shí)間的延長(zhǎng)無(wú)顯著變化，Ni的浸出率>96.0%，Sn的浸出率為12.0%～15.0%；隨著焙燒時(shí)間的延長(zhǎng)，Cu的浸出率會(huì)顯著提高，當(dāng)焙燒時(shí)間為1 h時(shí)，Cu的浸出率為60.4%，當(dāng)焙燒時(shí)間為3h時(shí)，Cu的浸出率達(dá)到97.2%，焙燒時(shí)間越長(zhǎng)，則陽(yáng)極泥中的Cu反應(yīng)更充分，越容易被浸出，再延長(zhǎng)焙燒時(shí)間則增加能耗，故焙燒時(shí)間以3h為宜。

2.3浸出液固比對(duì)銅陽(yáng)極泥元素浸出率的影響

試驗(yàn)條件：焙燒溫度為400℃，焙燒時(shí)間3h，150 g·L^-1硫酸，溫度為90℃，考察浸出液固比對(duì)Cu、Ni、Sn浸出率的影響.試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示.

由圖3可以看出，當(dāng)浸出液固比為2：1時(shí)，Cu、Ni、Sn浸出率最小，繼續(xù)增大液固比，Cu.Ni的浸出率趨于平緩.液固比的大小決定了浸出礦漿的黏度，液固比過(guò)小，礦漿黏度增加，這增大了浸出劑的擴(kuò)散阻力，不利于浸出；液固比過(guò)大則浸出液中的Cu、Ni濃度會(huì)下降，不利于后續(xù)浸出液的Cu、Ni分離，為了使Cu、Ni濃度在合理范圍內(nèi)，試驗(yàn)浸出液固比以4：1為宜.

2.4浸出硫酸濃度對(duì)銅陽(yáng)極泥元素浸出率的影響

試驗(yàn)條件：焙燒溫度為400℃，焙燒時(shí)間3h，液固比為4：1，溫度為90℃，考察浸出硫酸濃度對(duì)Cu、Ni、Sn浸出率的影響.試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示.

由圖4可以知道，浸出液硫酸的濃度對(duì)Cu的浸出率有顯著的影響.隨著硫酸濃度的升高，Cu的浸出率由最低的69.8%提高至100g·L^-1硫酸濃度時(shí)的97.1%.但當(dāng)硫酸濃度>100g·L^-1時(shí)，Cu的浸出率保持不變.硫酸濃度低時(shí)，Cu難以全部轉(zhuǎn)化為可溶性硫酸鹽，提高硫酸濃度能使陽(yáng)極泥中的Cu得到充分反應(yīng).Ni、Sn的浸出率隨著硫酸濃度的升高基本不變。

此外，由圖4可知，當(dāng)硫酸濃度>-100 g·L^-1時(shí)，就能實(shí)現(xiàn)陽(yáng)極泥中cu的高效提取，現(xiàn)行cu電解精煉的銅電解液硫酸濃度在120～200 g·L^-1之間，完全可以選擇以Cu電解廢液為浸出劑，實(shí)現(xiàn)Cu冶煉系統(tǒng)的浸出一電解的閉路循環(huán)，這為后續(xù)工業(yè)化硫酸濃度的選擇提供了試驗(yàn)依據(jù).本次試驗(yàn)研究，選擇浸出硫酸濃度為100 g·L^-1

2.5浸出溫度對(duì)銅陽(yáng)極泥元素浸出率的影響

試驗(yàn)條件：焙燒溫度為400℃，焙燒時(shí)間3h，液固比4：1，100 g·L^-1硫酸，考察浸出溫度對(duì)Cu、Ni、Sn浸出率的影響.試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示.

由圖5可以看出，Cu與Ni的浸出率隨著浸出溫度的升高而上升，Sn的浸出率隨著浸出溫度的提高沒(méi)有顯著變化.浸出溫度升高，陽(yáng)極泥顆粒吸收的能量增加，陽(yáng)極泥中的Cu、Ni越能轉(zhuǎn)化為可溶性的硫酸鹽；但是當(dāng)浸出溫度>80℃時(shí)，Cu、Ni的浸出率趨于平緩，因此從經(jīng)濟(jì)角度考慮，選擇浸出溫度為80℃為宜.

2.6綜合條件試驗(yàn)

為了綜合考察各因素對(duì)雜銅陽(yáng)極泥硫酸化焙燒一浸出過(guò)程的影響程度，試驗(yàn)選取合適的工藝參數(shù)，進(jìn)行了綜合驗(yàn)證試驗(yàn).

試驗(yàn)條件為：焙燒溫度為400℃，焙燒時(shí)間3h，液固比為4：1，100 g·L^-1硫酸，浸出溫度80℃，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示.

由表2綜合試驗(yàn)結(jié)果可以知道，采用硫酸化焙燒一浸出工藝能夠有效實(shí)現(xiàn)雜銅陽(yáng)極泥中Cu和Ni的提取.在試驗(yàn)條件下，Cu和Ni的浸出率>96.6%，浸出渣中的Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)<0.86%，Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)<0.07%；Sn得到富集，浸出率為13.1%，浸出渣可以作為Sn精煉的原料，從中提取Sn和貴會(huì)屬。

3結(jié)論

（1）控制合適的工藝技術(shù)條件，采用硫酸化焙燒一浸出工藝能夠有效實(shí)現(xiàn)雜銅陽(yáng)極泥中Cu和Ni的提取.

（2）當(dāng)焙燒溫度為400℃，焙燒時(shí)間3h；浸出時(shí)，液固比為4：1，100g·L^-1硫酸，浸出溫度為80℃的條件下，cu和Ni的浸出率）96.6%，浸出渣中Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)<0.86%，Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)<0.07%.

（3）Sn的浸出率為13.1%，大部分Sn留在浸出渣內(nèi)，浸出渣可以作為Sn精煉的原料，從中提取Sn和貴金屬，以實(shí)現(xiàn)雜銅陽(yáng)極泥中各組分的高效綜合回收利用。