冶煉銅煙囪灰焙燒脫砷實(shí)驗(yàn)研究

鄭 麗

(云南省生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究院， 云南 昆明 650034)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)對(duì)銅的需求越來(lái)越大，由此產(chǎn)生的銅冶煉煙灰也可達(dá)到上百萬(wàn)噸。我國(guó)現(xiàn)多采用火法煉銅，因?yàn)榛鸱ㄒ睙挏囟群芨?，精礦中含有的銅、砷、鋅、鉛金屬也會(huì)隨煙塵進(jìn)入大氣中，對(duì)大氣與周?chē)h(huán)境造成嚴(yán)重污染。

目前，國(guó)內(nèi)外在冶煉銅煙囪灰的綜合處理領(lǐng)域開(kāi)展了大量研究。由于各企業(yè)銅原料來(lái)源不同，原料成分差異較大，冶煉工藝不同，控制技術(shù)不同，導(dǎo)致煉銅煙囪灰成份復(fù)雜，物相組成波動(dòng)較大，很難有統(tǒng)一的處理方法。[1]

常用的火法處理工藝主要包括揮發(fā)焙燒法、真空脫砷法以及還原焙燒法，火法處理工藝較為成熟，流程簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、適應(yīng)性強(qiáng)，但缺點(diǎn)是環(huán)境污染嚴(yán)重。在此基礎(chǔ)上，產(chǎn)生了新的處理方法，即在保留原有火法流程的基礎(chǔ)上采用預(yù)處理脫砷的辦法解決鉛陽(yáng)極泥冶煉過(guò)程中砷的污染問(wèn)題，現(xiàn)有預(yù)脫砷工藝主要有火法流程、濕法流程以及火法-濕法聯(lián)合流程[2-3]。

張榮良等采用廢酸氧化浸出銅冶煉閃速爐煙塵和浸出液中和沉淀砷、鐵過(guò)程。結(jié)果表明：閃速爐煙塵中銅砷和鐵的浸出率分別可達(dá)到83%、92%和30%，浸出液中鐵和砷的量比n(Fe)/n(As)約為1.50；控制適當(dāng)?shù)膒H 值中和沉淀砷和鐵，使銅離子繼續(xù)留在溶液中，而砷以砷酸鐵(砷鐵渣)形式進(jìn)入固相中，從而達(dá)到銅/砷分離的目的[4]。

梁勇等采用火法工藝脫除銅閃速爐煙灰中的砷，通過(guò)正交試驗(yàn)考察了焦炭配入量、溫度和焙燒時(shí)間對(duì)脫砷的影響，得到最佳的脫砷條件：焦碳配入量12%，焙燒溫度1100℃，焙燒時(shí)間1h。在該條件下脫砷率超過(guò)80%，銅回收率>95%[5]。

本文以冶煉銅煙囪灰為原料，通過(guò)焙燒實(shí)驗(yàn)，比較不同煙塵粒度、溫度等焙燒結(jié)果的化學(xué)成分，分析不同條件下對(duì)砷去除效果的影響，得出比較適宜的焙燒條件；采用雙氧水對(duì)原料煙囪灰進(jìn)行氧化，有效利用硫元素，提取銅、鋅元素，分析不同固液比提取效果，得出最佳固液比，為后期煉銅煙塵進(jìn)一步提取回收金屬提供借鑒。

1 實(shí)驗(yàn)原料

本實(shí)驗(yàn)冶煉銅煙囪灰取自云南省某有色金屬有限公司，其化學(xué)成分分析采用X 射線熒光光譜(XRF)進(jìn)行分析，煙囪灰的主要化學(xué)元素組成見(jiàn)表1。實(shí)驗(yàn)所用銅冶煉煙囪灰主要元素為As、Pb、Bi、Sb、Cu、Zn、S，其他元素主要是Cl 0.52%、Hg 0.5%、Cd 0.9%、Sn 0.67%等。

表1 煉銅煙塵化學(xué)成分分析 (%)

可以看出，煙塵中Bi、Sb、Cu、Pb、Zn均可回收利用，但As的含量高達(dá)30.27%，直接影響了煙塵中其他金屬的回收利用，同時(shí)對(duì)環(huán)境也造成威脅，因此，必須對(duì)冶煉銅煙囪灰進(jìn)行除砷處理。

試驗(yàn)所用煉銅煙塵，采用XRD對(duì)其進(jìn)行As和Cu的物相分析，XRD物相分析結(jié)果見(jiàn)表2和圖1。

從表2可以看出，煉銅煙塵中As主要以As2O3形式存在，Cu主要以Cu1.8S形式存在。

2 實(shí)驗(yàn)方法

(1)粒度對(duì)焙燒除砷效果的影響

采用100目、150目、200目、250目和300目的篩子對(duì)煉銅煙塵進(jìn)行篩分。煉銅煙塵研磨篩分后置于烘箱100 ℃烘24h，后放于干燥皿中冷卻備用。將完全冷卻后的原料送置馬弗爐內(nèi)焙燒，溫度控制在600～700℃，時(shí)間為2h。焙燒后的樣品自然冷卻后，取出進(jìn)行化驗(yàn)。

(2)溫度對(duì)焙燒除砷效果的影響

將50g(干量)未篩選過(guò)的煉銅煙塵放入直徑為6cm的瓷蓋中，物料厚度約1cm。將煉銅煙塵放入馬弗爐內(nèi)，當(dāng)馬弗爐溫度升至所需溫度時(shí)(分別至600℃、700℃、800℃)保持所需溫度不變，定時(shí)進(jìn)行2h氧化焙燒。焙燒后的樣品自然冷卻后，取出進(jìn)行化驗(yàn)。

(3) 雙氧水氧化對(duì)硫轉(zhuǎn)化效果的影響

取4組50g原料，放入4個(gè)2000mL燒杯中，分別加入100mL、150mL、200mL、250mL雙氧水，不斷攪拌1h，攪拌完成后，靜置24h。將靜置后的混合液進(jìn)行抽濾，完成干燥。將4組濾渣于700℃條件下焙燒2h，焙燒后的樣品自然冷卻后，取出進(jìn)行化驗(yàn)。

3 結(jié)果與討論

3.1 粒徑篩選實(shí)驗(yàn)

為使煙塵在焙燒后，砷元素的去除率達(dá)到最佳狀態(tài)，需要將煉銅煙塵進(jìn)行研磨，以確定最佳焙燒粒徑。

由圖2可以看出，未經(jīng)過(guò)篩選的煙渣砷含量最低，即砷的去除率最高。故選擇未經(jīng)篩選的煙渣作為焙燒對(duì)象為較佳方案。

3.2 溫度對(duì)焙燒除砷效果的影響

由圖3可見(jiàn)，600℃焙燒后樣品含砷量為9.21%～9.34%，除砷率為61.08%～61.63%；700℃焙燒后樣品含砷量為4.19%～4.21%，除砷率為82.45%～82.75%；800℃焙燒后樣品結(jié)料，無(wú)法分析數(shù)據(jù)?？梢?jiàn)，以700℃進(jìn)行焙燒更為合適。煉銅煙塵在700℃焙燒2h，煉銅煙塵含S在4.74%～4.81%；含砷在4.19%～4.21%。雖然硫砷的脫除率不高，但焙燒的目的基本達(dá)到了。

3.3 雙氧水氧化焙燒實(shí)驗(yàn)

將4組數(shù)據(jù)對(duì)比可見(jiàn)，加入100mL雙氧水氧化焙燒對(duì)砷、銅、鋅、硫的去除率相對(duì)較高，1∶2是固液混合比的最佳選擇。

直接焙燒和雙氧水氧化后焙燒實(shí)驗(yàn)結(jié)論對(duì)比見(jiàn)表3。

由表3可知，加了雙氧水再進(jìn)行焙燒，銅、鋅浸出率得到了提高，浸出率可達(dá)37.8%、76.2%；氧化劑可有效將煙塵中的S氧化成硫酸根，與銅、鋅離子結(jié)合，利用率達(dá)68.27%。

表3 直接焙燒、雙氧水氧化后焙燒元素去除率

實(shí)驗(yàn)中儀器精度、操作以及其他化學(xué)元素干擾都會(huì)對(duì)最后實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響。本實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，選用試劑雙氧水、硫酸對(duì)環(huán)境污染很小。在選擇最佳實(shí)驗(yàn)條件后，砷元素的去除率達(dá)96.42%以上，硫元素的利用率達(dá)84.14%左右， Cu、Zn的浸出率分別為76.11%、83.15%。超過(guò)空白實(shí)驗(yàn)中的去除率，實(shí)驗(yàn)效果超過(guò)預(yù)期，說(shuō)明本實(shí)驗(yàn)采用的提取銅、鋅，除砷、硫的方法可行。通過(guò)對(duì)比可以看出，在經(jīng)過(guò)氧化焙燒、硫酸浸出工序后，砷元素有效去除，銅、鋅元素有效地浸出，鉛、鉍、銻則被富積在了渣中，效率有了大幅度提升。

4 結(jié)論

(1)未經(jīng)篩選的煙渣中砷的去除率最高，硫含量也相對(duì)較低，故選擇未經(jīng)篩選的煙渣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；

(2)700℃焙燒后樣品含砷量為4.19%～4.21%，除砷率為82.45%～82.75%；焙燒溫度為700℃時(shí)，砷的去除率最高，因此選擇700℃作為最佳焙燒溫度；

(3)加了雙氧水固液比1∶2時(shí)進(jìn)行氧化，再進(jìn)行焙燒，銅、鋅浸出率最高，可達(dá)37.8%、76.2%；硫的利用率達(dá)68.27%。