銅熔煉煙灰中Cu、Zn元素浸出試驗研究
2020-05-11
在原材料化學成分和物相組成分析的基礎上,對微波輔助浸出某銅含量為 12.67%、鋅含量為 9.85% 的銅熔煉煙灰中 Cu、Zn 元素的可行性進行了研究?疾炝肆蛩釢舛、液固比、浸出溫度和浸出時間對 Cu、Zn 浸出 率的影響,結果顯示,在硫酸濃度為 5 mol/L、液固比為 10 mL/g、浸出溫度 80 ℃、浸出時間 2 h 條件下,銅、鋅浸出率 分別為 95.11%、95.92%。對浸渣分析表明,浸渣主要為殘余的碳及鐵硅酸鹽,鐵酸銅、鐵酸鋅經硫酸浸出后生成磁 鐵礦,浸渣中部分大顆粒碎裂成較小顆粒,且顆粒表面有裂縫和孔產生,浸渣疏松多孔。
Series No. 526 April 2020 金 屬 METAL MINE 礦 山 總第 526 期 2020 年第 4 期 銅熔煉煙灰中Cu、Zn元素浸出試驗研究 李 雨1 王 鑫1 鄭 睿1 陳 雯2 雷 鷹11 ( 1. 安徽工業大學冶金工程學院,安徽 馬鞍山 243032;2. 長沙礦冶研究院有限責任淫蕩熟女,湖南 長沙 410012) 摘 要 在原材料化學成分和物相組成分析的基礎上,對微波輔助浸出某銅含量為 12.67%、鋅含量為 9.85% 的銅熔煉煙灰中 Cu、Zn 元素的可行性進行了研究?疾炝肆蛩釢舛、液固比、浸出溫度和浸出時間對 Cu、Zn 浸出 率的影響,結果顯示,在硫酸濃度為 5 mol/L、液固比為 10 mL/g、浸出溫度 80 ℃、浸出時間 2 h 條件下,銅、鋅浸出率 分別為 95.11%、95.92%。對浸渣分析表明,浸渣主要為殘余的碳及鐵硅酸鹽,鐵酸銅、鐵酸鋅經硫酸浸出后生成磁 鐵礦,浸渣中部分大顆粒碎裂成較小顆粒,且顆粒表面有裂縫和孔產生,浸渣疏松多孔。 關鍵詞 銅熔煉煙灰 還原焙燒 浸出 鋅 中圖分類號 TD925.6 文獻標志碼 A DOI 10.19614/j.cnki.jsks.202004034 銅 文章編號 1001-1250(2020)-04-217-04 Research on Leaching of Copper and Zinc from Copper-Smelting Dust 1 1 1 2 12 Li Yu Wang Xin Zheng Rui Chen Wen Lei Ying ( 1. School of Metallurgy Engineering,Anhui University of Technology,Maanshan 243032,China;2. Changsha Research In stitute of Mining and Metallurgy Co.,Ltd.,Changsha 410012,China) Abstract Based on the analysis of chemical composition and phase composition of raw materials,the feasibility of mi crowave-assisted leaching of Cu and Zn in copper smelting dust with copper content 12.67% and zinc content 9.85% was studied. The effects of sulfuric acid concentration,liquid-solid ratio,leaching temperature and leaching time on the leaching rates of Cu and Zn were investigated. The results showed that the leaching rates of copper and zinc were 95.11% and 95.92% respectively under the conditions of sulfuric acid concentration of 5 mol/L,liquid-solid ratio of 10 mL/g,leaching tempera ture of 80 ℃,and leaching time of 2 h.The analysis of leaching slag shows that the leaching slag mainly consists of residual carbon and iron silicate,after leaching by sulfuric acid,copper ferrite and zinc ferrite and magnetite istranslated into magne tite. Some of the large particles in the leaching slag break into smaller particles,and there are cracks and holes on the sur face of the particles,and the leaching slag is loose and porous. Keywords Copper-smelting dust,Reduction roasting,Leaching,Cooper,Zinc 銅煙灰來源于銅冶煉過程中產生的煙氣,含有 Cu、Zn、Pb等有色金屬元素。銅煙灰直接返回配料,會 造成除塵系統通風不暢,并導致爐內一系列惡性結 果,如煙氣含 As過高會降低 SO2 的轉化率,含 Zn 過高 在濕法浸出銅熔煉煙灰方面取得了較好的研究成 [7] 果。許冬等 采用氧壓浸出工藝浸出銅熔煉煙灰, [8] Cu、Zn 浸出率達到 97% 以上的指標;關魯雄等 對低 銦銅冶煉煙塵進行浸出試驗,得到 Zn 浸出率 98% 以 [1-3] [9] 會造成銅渣損耗大等 。因此,對銅煙灰進行單獨處 理,回收Cu、Zn等有價金屬具有重要的現實意義。 現階段對銅熔煉煙灰進行回收,主要采用火法 或濕法冶金 2 種方法;鸱掋~回收銅煙灰過程中 存在較多的問題,例如勞動條件差、污染大、能耗高 等,而濕法煉銅工藝具有能耗低、污染小等優點,因 上的指標;李釩等 采用氧壓浸出工藝浸出銅熔煉煙 灰得到的 Cu、Zn 浸出率均可達 97% 以上。對微波輔 助浸出銅熔煉煙灰中 Cu、Zn 元素的可行性進行了研 究,在分析原材料化學成分和物相組成的基礎上,系 統研究了煙灰粒度、硫酸濃度、液固比、浸出溫度和 浸出時間對 Cu、Zn浸出率的影響,為銅熔煉煙灰中有 價金屬回收利用提供參考。 [4-6] 此濕法煉銅工藝得到迅速發展 。近年來許多學者 收稿日期 作者簡介 李 雨(1981—),女,副教授,博士。通訊作者 雷 鷹(1982—),男,副教授,博士。 · 217 · 總第526期 金 屬 礦 山 2020年第4期 1 試驗原料與試驗方法 1 . 1 試驗原料 試驗原料采用某銅冶煉廠煙氣回收系統粗粒銅 熔煉煙灰,對原料進行了化學成分分析,見表1。 由 表 1 可 知 ,試 樣 中 Fe 含 量 21.60%,Cu 含 量 1 2.67%,Zn含量 9.85%,Pb含量 9.12%,Si含量 7.20%。 對原料進行了X射線衍射分析,見圖1。 圖 1 表明,銅熔煉煙灰中 Cu、Zn、Fe、Pb 及 Si元素 分別主要以 CuFe2O4、ZnFe2O4、Fe3O4、Pb3O4 及 Zn2SiO4 形式存在。然而銅熔煉煙灰中存在穩定的鐵酸銅、 鐵酸鋅 2 種物質,不溶于大多數酸及堿性介質,對濕 法浸出試驗造成極大困難,因此本文采用還原焙燒 的方法破壞鐵酸鋅、鐵酸銅結構,達到分解鐵酸銅和 鐵酸鋅的目的。 率變化明顯;硫酸濃度由 2 mol/L 增大到 5 mol/L 時, Cu、Zn 浸出率呈現上升趨勢,原因在于硫酸濃度增 加,促進固液反應發生,浸出反應速率加快;而當硫 酸濃度由 5 mol/L 增大到 8 mol/L 時,Cu、Zn 浸出率呈 現下降趨勢,其中 Zn浸出率下降最為明顯,這是因為 硫酸濃度大于一定值時,溶液黏度增大,阻礙反應物 擴散,影響銅煙灰中 Cu、Zn浸出率;其次,硫酸濃度越 大,反應產生的 PbSO4 越多,而過多的 PbSO4 附著在銅 煙灰顆粒表面,造成固液傳質效率降低,從而減小 Cu、Zn 浸出率;在硫酸濃度大于 8 mol/L 時 Zn 浸出率 有著明顯上升,但 Cu 浸出率幾乎不變。硫酸溶液濃 度過大會造成浸出后溶液殘留硫酸過多。因此,硫 酸濃度選定為5 mol/L。 1 . 2 試驗方法 銅熔煉煙灰的還原焙燒在馬弗爐中進行。按 照碳粉的添加比例為煙灰質量的 10% 分別稱量碳 粉和煙灰,稱好后將碳粉和煙灰倒入研缽中充分研 磨,待混合均勻后將樣品置于爐溫 750 ℃坩堝中焙 燒 2 h。焙燒后樣品的浸出試驗在微波浸出反應裝 置中進行,如圖 2 所示。浸出試驗過程為:將煙灰置 于盛有不同濃度硫酸溶液的圓底燒瓶中,并將燒瓶 置于微波爐中,進行攪拌浸出試驗;待反應結束后, 將固液分離獲得的浸出渣置于真空干燥箱中烘干 稱重,計算得出浸出率。 2. 2 液固比對浸出率的影響 在浸出溫度 80 ℃,浸出時間 2 h,硫酸濃度 5 mol/L,液固比分別為 5、10、15、20 mL/g 條件下,考察 液固比對Cu、Zn浸出率的影響,結果如圖4所示。 圖 4 表明:隨著液固比不斷增大,Cu、Zn 浸出率 變化明顯;在液固比從 5 mL/g 增大到 10 mL/g 時,Cu、 Zn 浸出率增大最為明顯,其原因在于反應過程中液 固比對溶液黏度造成影響,并且增大液固比會增加 單位質量煙灰接觸的浸出液量,反應速度與程度也 2 試驗結果與討論 2 . 1 硫酸濃度對浸出率的影響 在液固比 10 mL/g,浸出溫度 80 ℃,浸出時間 2 h,硫酸濃度分別為 2、5、8、10 mol/L 條件下,考察硫酸 濃度對Cu、Zn浸出率的影響,結果如圖3所示。 圖 3 表明:隨著硫酸濃度不斷增加,Cu、Zn 浸出 · 218 · 李 雨等:銅熔煉煙灰中 Cu、Zn元素浸出試驗研究 2020年第4期 應起始階段,隨著浸出時間的延長,Cu、Zn 浸出率持 續增大,Zn 屬于易浸出元素,隨著浸出時間的增長, 浸出反應更加充分,浸出率隨之提高。因此,選擇浸 出時間為120 min。 相應的增加;在液固比增大到 15 mL/g 時,與 10 mL/g 相比,Cu 浸出率沒有明顯增大,Zn 浸出率減小,這是 因為浸出過程中液固比增大,造成溶液中 Cu、Zn濃度 降低。因此,選擇液固比為10 mL/g。 2 . 5 浸出渣表征 2 . 3 浸出溫度對浸出率的影響 對最佳浸出時間條件下獲得的浸渣進行 X 射線 在液固比 10 mL/g,浸出時間 2 h,硫酸濃度 5 衍射分析,結果見圖7。 mol/L,浸出溫度分別為 40、60、80、90 ℃條件下,考察 浸出溫度對Cu、Zn浸出率的影響,結果如圖5所示。 圖 7 表明,浸出渣主要物相為 PbSO4 和 Fe3O4,衍 射圖譜中 CuFe2O4 和 ZnFe2O4 的特征峰較原銅熔煉煙 灰大幅減弱,其原因在于 CuFe2O4 和 ZnFe2O4 在硫酸 浸出后生成磁鐵礦(Fe3O4),而 Pb5O8 則溶于硫酸中 生成難浸出的白色沉淀物質 PbSO4。在浸出體系 中,銅煙灰中 Zn2SiO4 完全溶解,CuFe2O4 和 ZnFe2O4 基 本完全溶解,Cu、Zn 元素的浸出效果顯著。 圖 5 表明:隨著浸出溫度由 40 ℃上升到 80 ℃, Cu、Zn 浸出率持續增大 ,即 Cu、Zn 浸出率分別由 9 0.35%、84.80% 提高到 95.11%、95.92%,這是由于浸 出溫度增加,煙灰表面擴散層厚度減小,浸出溫度較 高時,布朗運動劇烈,銅煙灰中金屬化合物與硫酸更 易發生反應,且反應產物更容易分離擴散至溶液中; 繼續升溫至 90 ℃時,Cu、Zn 浸出率呈現下降趨勢,銅 鋅氧化物浸出過程為放熱反應,溫度過高不利于反 應的進行。因此,選擇浸出溫度為 80 ℃。 圖 8 為銅煙灰浸出渣掃描電鏡圖。浸出渣顆粒 大小不均勻,表面呈球團狀不規則堆積;部分大顆粒 碎裂成較小顆粒,且小顆粒表面會伴有裂縫和孔的 產生。因此,隨著浸出反應的進行,大顆粒和小顆粒 的浸出渣呈隨機分布狀態,且小顆粒浸出渣表面逐 漸呈現出疏松、多孔的現象。 2 . 4 浸出時間對浸出率的影響 在液固比 10 mL/g,浸出溫度 80 ℃,硫酸濃度 5 mol/L,浸出時間分別為 30、60、90、120 min 條件下,考 察浸出時間對Cu、Zn浸出率的影響,結果如圖6所示。 圖 6 表明:隨著反應時間的增加,Cu、Zn 浸出率 逐漸增大,浸出 90 min后 Zn浸出率仍然繼續上升,反 圖 9 為浸出渣電鏡圖中三個微區能譜元素組成 分析結果圖。圖 9 表明,浸出渣中含有一定量 C,以 及少量 O、Si、S 和 Fe,未檢測出 Cu、Zn 元素分布,表明 浸出渣主要組成為殘余的碳、鐵硅酸鹽等。能譜元 · 219 · 總第526期 金 屬 礦 山 2020年第4期 要以 CuFe2O4、ZnFe2O4、Fe3O4、Pb3O4 及 Zn2SiO4 形式存 在。在硫酸濃度為 5 mol/L、液固比為 10 mL/g、浸出 溫度 80 ℃、浸出時間 2 h條件下,銅、鋅浸出率分別為 9 5.11%、95.92%。對浸渣分析表明,浸渣主要為殘余 的碳及鐵硅酸鹽,鐵酸銅、鐵酸鋅經硫酸浸出后生成 磁鐵礦,浸渣中部分大顆粒碎裂成較小顆粒,且顆粒 表面有裂縫和孔產生,浸渣疏松多孔。 參 考 文 獻 素組成分析與X衍射檢測結果基本相符。 [ 1] 李晉生 .中條山冶煉廠銅轉爐煙塵的綜合利用[J].有色金屬:冶 煉部分,1996(6):27-29. Li Jinsheng. Comprehensive utilization of copper converter fume in Zhongtiaoshan Smelter[J]. Nonferrous Metals:Extractive Metallur gy,1996(6):27-29. [2] ( 苗則生,劉 鍵 . 從銅煙灰中回收鋅和銅[J]. 有色礦冶,1992 6): 33-37. Miao Zesheng,Liu Jian. Recovery of zinc and copper from copper soo[t J]. Non-Ferrous Mining and Metallurgy,1992(6):33-37. [3] 王碧文 . 銅的消費與再生[J]. 有色金屬再生與利用,2004(8): 3 2-33. Wang Biwen. Consumption and recycling of copper[J]. Non-ferrous Metals Recycling and Utilization,2004(8):32-33. [4] 李宏煦 . 硫化銅礦的生物冶金[M]. 北京:冶金工業出版社, 2 007. Li Hongxu. Biological Metallurgy of Copper Sulphide Ore[M]. Bei jing: Metallurgical Industry Press,2007. [ 5] Peacey J,Guo X J,Robles E. Copper hydrometallurgy-current sta tus,preliminary economics,future direction and positioning ver sus smelting[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of Chi na,2004,14(3):560-568. [6] 董鐵廣,華一新 . 黃銅礦濕法冶金研究進展[J]. 有色礦冶, 2 009,25(6):28-32. Dong Tieguang,Hua Yixin. Research progress of chalcopyrite hy drometallurgy[J]. Non-Ferrous Mining and Metallurgy,2009,25 ( 6):28-32. [7] 許 冬 . 煉銅煙灰氧壓浸出銅、鋅的試驗研究[J]. 銅業工程, 2 018(3):95-97. Xu Dong. Experimental study on oxygen pressure leaching of cop per and zinc from copper soot[J]. Copper Engineering,2018(3): 9 5-97. [8] 關魯雄,雷堅志,鄭有才,等 . 銅冶煉廠低銦煙塵中浸取有價金 屬的研究[J].稀有金屬,2008,32(1):88-93. Guan Luxiong,Lei Jianzhi,Zheng Youcai,et al. Study on extrac tion of valuable metals from low indium soot in copper smelters[J]. Chinese Journal of Rare Metals,2008,32(1):88-93. [9] [李 釩,張 梅,王習東 .微波在冶金過程中的應用現狀與前景 J].過程工程學報,2007,7(1):186-193. 3 結 論 Li Fan,Zhang Mei,Wang Xidong. Application status and prospect of microwave in metallurgical process[J]. The Chinese Journal of Process Engineering,2007,7(1):186-193. 某 銅 熔 煉 煙 灰 銅 含 量 為 12.67%、鋅 含 量 為 9 .85%,銅熔煉煙灰中 Cu、Zn、Fe、Pb 及 Si 元素分別主 · 220 ·
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