從銅浸出渣中回收銅的試驗(yàn)研究

陳 競(jìng)

（中國(guó)有色礦業(yè)集團(tuán)有限公司，北京 100029）

銅元素作為金屬市場(chǎng)內(nèi)的主要構(gòu)成元素，在促進(jìn)市場(chǎng)的發(fā)展方面有著十分重要的作用，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對(duì)金屬制品的要求越來(lái)越高，高品質(zhì)銅出現(xiàn)供不應(yīng)求的現(xiàn)象，造成銅金屬制品的價(jià)格呈現(xiàn)逐年階梯式遞增的狀況，提升了人們對(duì)銅浸出渣中回收銅的重視程度[1]。分析金屬市場(chǎng)內(nèi)銅元素的發(fā)展趨勢(shì)，作為銅金屬主要生產(chǎn)國(guó)家，目前產(chǎn)銅的關(guān)鍵方法為火法煉銅，該種工藝手法下每產(chǎn)出1t的純銅，即會(huì)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的3t～ 4t銅渣，隨著市場(chǎng)對(duì)銅金屬需求量的提升，對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)的銅渣也越來(lái)越多，一方面浪費(fèi)了大量的占地面積，違背了資源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，另一方面，銅渣銅含有部分放射性元素，堆積在土壤或河流中造成環(huán)境的污染，因此有關(guān)人員對(duì)于從銅浸出渣中回收銅的試驗(yàn)研究勢(shì)在必行。由于傳統(tǒng)的回收銅方法存在能耗大、成本高、渣料中仍存在大量銅元素為析出等缺陷，以下將結(jié)合產(chǎn)銅方法存在的缺陷，開(kāi)展從銅浸出渣中回收銅試驗(yàn)的研究，為銅金屬的回收提供正確的技術(shù)指導(dǎo)。

1 資料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

此次試驗(yàn)使用金屬生產(chǎn)廠火法煉銅后剩余的銅浸出渣作為實(shí)驗(yàn)原料，成分主要含量如下表 1 所示。

表1 銅浸出渣成分含量 /%

如上述表1所示，為銅浸出渣的成分含量表。分析表中數(shù)據(jù)可知，其渣料中主要含有銅、銀、鎘、鈹、砷、銻等有價(jià)值金屬，具有一定的回收價(jià)值，且由于渣料長(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣中，大部分金屬元素均以氧化物的狀態(tài)呈現(xiàn)，只有極少數(shù)具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的金屬元素以獨(dú)立的單質(zhì)狀態(tài)存在，其中含量最高的金屬元素為銅元素，部分銅元素經(jīng)過(guò)蝕化以氧化亞銅的形式存在[2]。使用顯微設(shè)備對(duì)銅浸出渣進(jìn)行細(xì)微觀察可發(fā)現(xiàn)其中部分銅元素周圍已被橄欖石及磁礦石包圍，其余有關(guān)實(shí)驗(yàn)材料的檢測(cè)數(shù)據(jù)均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，具有一定程度的可比性。

1.2 實(shí)驗(yàn)流程

根據(jù)上述對(duì)實(shí)驗(yàn)原材料的分析，下述將進(jìn)行從銅浸出渣工藝流程的設(shè)計(jì)。如下圖1所示。

圖1 從浸出渣中回收銅實(shí)驗(yàn)流程

如上述圖1所示，為浸出渣中回收銅工藝流程圖。首先收集500g的銅浸出渣，采用機(jī)械方法對(duì)其固體渣料進(jìn)行粉碎處理，同時(shí)加入固定比例的雙氧水溶液和鹽酸溶液，與粉碎后的渣料進(jìn)行充分的融合，攪拌后調(diào)整混合溶液到適宜的溫度[3]。其次，靜置上述得到的混合浸出液，5min～8min后過(guò)濾，分離其中的固體渣料，得到含銅混合浸出液及浸銅后混合渣料。將含銅混合浸出液放置進(jìn)容器內(nèi)備用，將浸銅后混合渣料內(nèi)加入45%濃度的鹽酸溶液，將渣料與溶液攪拌均勻，調(diào)整混合溶液內(nèi)的溫度值，對(duì)其進(jìn)行靜置，10min～15min后過(guò)濾，得到含銅固體渣料及混合鹽酸溶液。溶液放置在燒杯中備用，此時(shí)固體渣料中剩余銻、砷、鈹?shù)确€(wěn)定結(jié)構(gòu)的金屬，將有價(jià)值金屬析出后返回金屬生產(chǎn)商，進(jìn)行火法提煉，實(shí)現(xiàn)金屬的二次回收[4]。最后將兩次所得混合溶液進(jìn)行電解處理，使用過(guò)濾設(shè)備進(jìn)行銅元素的提純，實(shí)現(xiàn)銅金屬的回收。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)流程的設(shè)計(jì)，下述將進(jìn)行對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析。由于銅元素為+2/+3價(jià)金屬元素，因此電解后銅元素應(yīng)吸附在對(duì)應(yīng)的陰極上，電解后陰極所得金屬元素的化學(xué)成分含量如下表2所示。

表2 電解后陰極金屬元素含量g/L

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論分析

結(jié)合上述表2電解后陰極的金屬元素含量的分析?？傻弥獙?duì)其進(jìn)行電解后，電解后銅元素含量存在明顯提升，約99.98g/L。經(jīng)檢測(cè)，浸出后的混合溶液中銅元素的含量為32.47g/L，此時(shí)狀態(tài)下的溶液中電流密度為350A/dm2，電流流經(jīng)效率為95.23%，電壓為額定標(biāo)準(zhǔn)電壓220V，電能消耗約為1500（kW）h/t。隨著混合溶液的反復(fù)循環(huán)電解，溶液中最終銅元素的含量為0.025g/L，從銅浸出液中對(duì)于銅元素的回收率高達(dá)99.78%。

結(jié)合上述對(duì)于回收銅的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，下述將展開(kāi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析。由于鹽酸溶液和硫酸溶液均具有一定程度的腐蝕效果，進(jìn)而在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)嚴(yán)格把控溶液的濃度，使氧化物可以充分的溶解又不被腐蝕。根據(jù)相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)，直接使用鹽酸進(jìn)行消解氧化物時(shí)，其溶液溫度應(yīng)控制在65℃～75℃之間，維持恒溫時(shí)長(zhǎng)應(yīng)控制在120min～150min之間，此時(shí)狀態(tài)下的雙氧水濃度應(yīng)為350ml/kg最為適宜，上述條件為實(shí)驗(yàn)的最優(yōu)條件，銅金屬的浸出率均可超過(guò)95%。雙氧水在試驗(yàn)中一方面可起到調(diào)節(jié)溶液濃度的作用，另一方面可提升銅的浸出速率[5]。使用顯微設(shè)備對(duì)剩余渣料進(jìn)行分析，其中主要成分有磁鐵礦、孔雀礦石等，持續(xù)采用磁化法對(duì)渣料進(jìn)行處理，可得到具有一定價(jià)值的精礦石，實(shí)現(xiàn)了銅金屬回收，有效的促進(jìn)了金屬行業(yè)在市場(chǎng)的發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)

銅金屬作為市場(chǎng)內(nèi)使用率較高的一種金屬，因此文章開(kāi)展了從銅浸出渣中回收銅的實(shí)驗(yàn)研究。選取了某金屬生產(chǎn)廠火法煉銅后剩余的銅浸出渣作為本次實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原料，結(jié)合酸性物質(zhì)可溶解氧化的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了整體實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)流程，根據(jù)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析。有效的提升了銅元素的回收率，提升了金屬行業(yè)在經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)下的發(fā)展速度。