含砷銻復雜銅合金處理研究進展

孔祥峰 伊家飛*

（1、昆明理工大學真空冶金國家工程實驗室，云南 昆明650093 2、昆明理工大學冶金與能源工程學院，云南 昆明650093）

1 含砷銻復雜銅合金

含砷銻復雜銅合金主要來源于卡爾多爐處理銅陽極泥和蘇打- 鐵屑法處理銅浮渣兩種系統(tǒng)。

卡爾多爐處理銅陽極泥是現行銅陽極泥處理工藝中較為成熟且采用較多的一種方法，其中含砷銻復雜銅合金就是卡爾多爐熔渣經還原熔煉后所產一種中間合金[1-5]?？柖酄t處理銅陽極泥產出含砷銻復雜銅合金的主要流程為：常溫常壓下水洗銅陽極泥除去其中的可溶性Cu；洗滌渣漿化后加入高壓釜，加壓加溫，采用硫酸浸出，并通入氧氣氧化，除去銅陽極泥中大部分的Cu 和部分的Ag、Se、Te；熱壓浸出渣干燥后配料，送入卡爾多爐熔煉，澆鑄產出砷銻復雜銅合金。該含砷銻復雜中間合金中不僅含有較高的砷、銻，并富含金、銀、銅、鎳、鉛等有價金屬。卡爾多爐工藝金和銀的回收率較高，生產操作簡單，但金銀回收周期較長，設備需要全套進口，費用較高，且爐齡較短[6-9]。

除銅冶煉卡爾多爐流程產出含砷銻復雜多元合金外，蘇打-鐵屑法處理粗鉛火法精煉所產銅浮渣時也會產生此類合金[10-12]。如對這部分資源不進行綜合回收處理，不僅是有色金屬二次資源的浪費，同時也會對環(huán)境造成嚴重影響。根據冶煉設備的不同，蘇打- 鐵屑法處理鉛冶煉銅浮渣，又可分為鼓風爐熔煉法、電爐熔煉法以及反射爐熔煉法。我國多采用反射爐法處理銅浮渣，該法主要步驟為：按一定比例配入浮渣、純堿、鐵屑、焦炭、氧化鉛分兩次加入爐內；爐料溶化后提升溫度，加鐵屑置換; 產物為粗鉛、含砷銻復雜合金、爐渣、煙塵。反射爐法具有鉛回收率高、含砷銻復雜合金中鉛銅高、原料適應性強、投資少等優(yōu)點，但該法熱效率較低，爐身腐蝕嚴重。

2 含砷銻復雜銅合金的處理方法

根據豎爐熔煉的原理和生產實踐，結合卡爾多爐系統(tǒng)的生產特點，王榮海[13]等人利用豎爐對卡爾多爐熔煉渣進行了還原熔煉的試驗研究。豎爐還原卡爾多爐熔煉渣的目的在于把熔煉渣中的鉛最大程度的還原，并用其捕集金、銀，以得到富集金、銀的復雜合金。傳統(tǒng)方法多將該種合金返回至卡爾多爐，用以替代氧化鉛作為鉛助劑。豎爐還原卡爾多爐熔煉渣，工藝簡單可行，設備投資少；含砷銻復雜多元合金返回卡爾多爐系統(tǒng)處理，有效地提高了銅冶煉系統(tǒng)金銀回收率[6-9]。

對于鉛冶煉過程中蘇打- 鐵屑法處理銅浮渣所產含砷銻復雜銅合金，通常情況下先經燒結焙燒脫除部分硫，然后進行鼓風爐富集熔煉（還原熔煉），最后將富銅合金送煉銅廠吹煉處理[10-12]。湖南某廠采用小型臥式堿性轉爐吹煉蘇打- 鐵屑法處理銅浮渣所產含砷銻復雜銅合金，為使砷銻揮發(fā)得更加徹底，多次反復進行還原（焦炭作為還原劑）和氧化吹煉，脫砷銻吹煉爐溫約為1300℃，砷的揮發(fā)率達85%～90%，銅的直收率85%～90%，所得粗銅銅含量93%～97%，大部分貴金屬在粗銅中富集。

3 含砷銻復雜銅合金的真空蒸餾

目前國內多數銅冶煉企業(yè)將此類含砷銻復雜多元合金返回至卡爾多爐，用以替代氧化鉛作鉛助劑。該傳統(tǒng)方法無法直接產出銅、鎳、銀等金屬，同時造成鉛、鉍、砷、銻等元素在卡爾多系統(tǒng)中反復循環(huán)，不僅影響卡爾多爐的正常生產，而且不利于實現二次資源的高效利用及清潔生產的環(huán)境要求。對于反射爐蘇打- 鐵屑法處理銅浮渣所得含砷銻復雜銅合金，傳統(tǒng)方法是先將其燒結焙，然后進行鼓風爐富集熔煉（還原熔煉），最后將富銅合金送煉銅廠吹煉，該流程能耗較大，且砷銻等在銅冶煉系統(tǒng)中循環(huán)累積，進一步惡化銅吹煉生產環(huán)境。

基于真空蒸餾過程的特點，國內外學者對真空蒸餾分離技術進行了大量的研究，已經有一系列研究成果在諸多領域得以應用[14-21]。昆明理工大學大學伊家飛等[22]提出采用真空蒸餾技術處理卡爾多爐冶煉系統(tǒng)所產含砷銻復雜合金，在控制壓強10～30Pa，蒸餾溫度1473K，恒溫2h 條件下，殘留物中Cu 富集至8.83%，直收率為88%；殘留物中Ni 富集至25.61%，直收率為91%；殘留物中Ag 下降至1.93%，揮發(fā)物中Ag 富集至4.40%，直收率為65%，Cu，Ni，Ag 富集效果十分顯著。Ag 在揮發(fā)物中的含量高達4.4%，可對揮發(fā)物進行二次真空蒸餾進一步富集Ag，而富含Cu，Ni 的殘留物可采用濕法- 電解聯合工藝進行綜合回收。實驗結果表明：真空蒸餾法處理此類含砷銻復雜銅合金在熱力學和工藝角度均可行，一方面可有效脫除As、Sb 等雜質元素，另一方面可綜合回收合金中的Cu，Ni，Ag 等有價金屬。該工藝具有金屬回收率高，流程簡單，無廢水廢氣產生等優(yōu)點，符合發(fā)展冶金清潔生產綠色工藝的要求。

4 結論

卡爾多爐處理銅陽極泥和蘇打- 鐵屑法處理銅浮渣兩種系統(tǒng)所產含砷銻復雜銅合金富含銀、金、鎳、銅、鉛等有價金屬，目前，針對該類合金尚缺少高效清潔綜合處理工藝。傳統(tǒng)處理工藝多將其返回卡爾多爐熔煉或送煉銅廠吹煉，前者不僅無法直接產出銅、鎳、銀等金屬，同時造成鉛、砷、鉍、銻等金屬在卡爾多系統(tǒng)中反復循環(huán)，影響卡爾多爐的正常生產；后者能耗較大，且砷銻等在銅冶煉系統(tǒng)中循環(huán)累積，惡化銅吹煉作業(yè)環(huán)境。

為此，有研究提出對含砷銻復雜合金進行真空蒸餾處理，綜合回收銀、金、鎳、銅、鉛等有價金屬，該方法綠色環(huán)保、有價金屬回收率高、流程短，是對處理含砷銻復雜銅合金物料的有益探索。