回收銅鼓風爐水淬渣中銅、鈷等有價金屬的研究

周虹

（四川省冶金設計研究院，四川成都610041）

1 前言

我國鈷礦資源疲乏，鈷礦品位相對較低，而且鈷多以伴生金屬存在于銅、鎳、鐵等礦床中。在此背景下，加強對各種有色金屬冶煉副產(chǎn)品中有價金屬的回收具有重要意義[1]。

本研究針對某廠煉銅鼓風爐水淬渣中有價金屬的回收。該水淬渣分別含Cu和Co0.5%～1%左右。采用常規(guī)的硫酸浸出后，浸出液中Cu和Co的含量為0.5g/L～1g/L左右，并含有一定量的Fe等雜質(zhì)元素。其中鐵的存在會對后續(xù)的銅、鈷萃取存在影響，需進行凈化除鐵處理后再進行萃取試驗。本試驗工藝流程如下。

圖1 試驗工藝流程

2 試驗原理

本試驗萃銅所用的萃取劑為LIX984為1:1的十二烷基水極醛肟和2-羥基-5-壬基乙酰肟。其萃取反應[2]：

P507萃鈷反應[3-4]：

3 試驗步驟

3.1 試驗原料和試劑

來源于鼓風爐煉銅后的水淬渣，將其進行硫酸浸出，所得浸出液Co2+為0.59g/L，Cu2+為0.882g/L，F(xiàn)e含量為5.47g/L。試驗所需其他試劑見下表1。

表1 試驗所用試劑

3.2 試驗方法

銅、鈷的溶劑萃取采用分液漏斗按照常規(guī)的逆流萃取模擬試驗方法進行[5]，具體操作順序如圖2所示。

圖2 逆流萃取模擬試驗流程

4 試驗結(jié)果及討論

4.1 銅的萃取

采用單因素試驗法，分別考察了萃取劑、水相pH值、相比（O/A）和級數(shù)對銅萃取過程的影響，相接觸和靜止分層均為5分鐘，溫度為室溫。

（1）萃取劑的選擇

研究5%N902+95%磺化煤油5%Lix984+95%磺化煤油兩種有機相，在硫酸鹽體系中，分別對鈷、鐵、銅的萃取效果。配置1g/L的FeSO4、CoSO4與CuSO4溶液，相比O/A=1:1和不同的pH值條件下分別進行單級萃取試驗。5%N902萃取試驗結(jié)果如下。

由試驗結(jié)果可知，雖然N902能夠?qū)崿F(xiàn)銅的100%萃取，且萃取率不受pH影響。但對鈷、鐵的萃取率均達到94%以上，難以實現(xiàn)銅的富集和提純，5%Lix984萃取試驗結(jié)果見表2。

表2 Lix984萃取試驗結(jié)果

由試驗結(jié)果可知，Lix984對銅萃取的效果良好，萃取率達到97%左右。更重要的是幾乎不萃取浸出液中的Co和Fe，有利于Cu的富集和提純，所以本試驗采用Lix984作為銅萃取劑。

圖3 N902萃取率與pH關系

（2）銅萃取飽和容量的測定

在有機相組成5%Lix984+95%磺化煤油，相比O/A=1:1的條件下進行飽和容量的測定，試驗結(jié)果如下。

由表3可知，0.5mLLix984可萃取銅15.495mg，因此可估計出Lix984對銅的飽和容量為30.99mg/mL。擴大Lix984在有機相中的比例，萃取劑組成為10%Lix984+90%磺化煤油時，10%Lix984的有機相兩次萃取時，銅的容量為13.95mg。因此，萃取劑組成為10%Lix984+90%磺化煤油時，相比即可提高到1:5以內(nèi)，萃取級數(shù)從而降低至5級之下。

表3 5%Lix984萃銅的飽和容量測定結(jié)果

（3）級數(shù)對銅萃取的影響

在有機相組成10%Lix984+90%磺化煤油，相比為O/A=1:4和pH值為3.0的條件下，考察了萃取級數(shù)對萃銅過程的影響，試驗結(jié)果見表4。

圖4 級數(shù)對萃取率的影響

表4 級數(shù)對的銅萃取率的影響

由試驗可知，隨著萃取級數(shù)的增加，銅的萃取率隨之上升。當萃取級數(shù)為4級時，銅的萃取效果非常好，萃取率均大于99%，且具有良好的重現(xiàn)性。

（4）銅的反萃

采用150g/L的H2SO4溶液，在相比O/A=5:1、反萃級數(shù)4級、混合和靜置分層時間均為5分鐘的條件下，進行銅的反萃試驗，試驗結(jié)果見表5。表5的試驗結(jié)果表明，銅反萃的效果很好，反萃率達99%左右。

表5 4級錯流反萃銅試驗結(jié)果

4.2 鈷的萃取

采用單因素試驗法，分別考察了萃取劑濃度、水相pH值、相比（O/A）和級數(shù)對鈷萃取過程的影響，相接觸和靜止分層均為5分鐘，溫度為室溫。

（1）萃取劑濃度對鈷萃取的影響

在萃取相比O/A=1:1、振蕩攪拌和靜置分層的時間均為5分鐘的條件下進行鈷萃取試驗，考察萃取劑濃度對鈷萃取的影響。試驗結(jié)果如表6所示。

表6 萃取劑濃度對鈷萃取的影響

由表6可知，當有機相中萃取劑P507的濃度由5%增至15%時，鈷的萃取率增加值不大，因此確定P507的濃度為5%。

（2）pH對萃鈷過程的影響

在有機相組成為5%P507+95%磺化煤油，相比O/A=1:1的條件下進行萃鈷試驗，考察了水相pH對萃鈷過程的影響。試驗結(jié)果見表7。

表7 水相pH對萃鈷過程的影響

圖5 pH對P507萃鈷的影響

由表7試驗結(jié)果可知，隨著水相pH值的增加，鈷的萃取率隨著增大。

圖6 相比對P507萃鈷的影響

（3）相比對鈷萃取的影響

在pH值3.5，振蕩攪拌和靜置分層的時間均為5分鐘的條件下進行鈷萃取試驗，考察相比對鈷萃取的影響。試驗結(jié)果見表8。

表8 O/A對萃鈷的影響

由表8試驗結(jié)果可知，隨著萃取相比的提高，鈷的萃取率顯著下降。

（4）級數(shù)對鈷萃取的影響

在相比A/O =3:1、振蕩攪拌和靜置分層的時間均為5分鐘的條件下進行鈷萃取試驗，考察級數(shù)對鈷萃取的影響。試驗結(jié)果見表9。

表9 級數(shù)對鈷萃取的影響

由表9可知，隨著萃取級數(shù)的增加，鈷萃取率顯著增大。萃取級數(shù)達到3級后，鈷的萃取率達到91%以上。

（5）鈷反萃

在反萃相比O/A=1:1、振蕩攪拌時間和靜置分層時間5分鐘的條件下，采用2mol/L的HCl溶液為反萃劑進行鈷錯流反萃試驗，試驗結(jié)果見表10。

表10 2mol/LHCl溶液反萃鈷試驗結(jié)果

由表10試驗可知，以2mol/L的HCl溶液作為反萃液，經(jīng)兩次萃取后，鈷的反萃率可以達到85.62%。

5 結(jié)論及建議

鼓風爐煉銅產(chǎn)生的大量水淬渣，現(xiàn)有的方法存在許多不足，對于銅、鈷等有價金屬元素的回收，沒有比較好的方法，通過本試驗得出：采用溶劑萃取的方法，可以有效的回收和分離銅、鈷元素，具有流程短、環(huán)境影響小，有價元素綜合利用率高等優(yōu)點，是解決鼓風爐水淬渣資源綜合利用的一種很有發(fā)展前途的方法。