吴晓莉

（江西铜业集团有限公司 贵溪冶炼厂，江西 贵溪 335424）

1 引言

白烟尘是冰铜锍在转炉吹炼过程产生的烟灰，其成分较复杂，主要含铜、砷、铅、铋、锌及少量的金、银、锑、镉等金属元素，若返回熔炼，杂质元素在冶炼系统中循环积累，恶化炉况，降低阳极铜质量［1］。若堆存，白烟尘中的三氧化二砷、可溶性砷盐、重金属离子会因雨水冲刷被溶解，下渗造成环境污染［2］。目前，针对白烟尘进行综合回收处理的工艺主要是湿法工艺，湿法工艺包括水浸、酸浸和碱浸，其中硫酸体系浸出又占主流地位［3］。硫酸体系浸出的本质是利用铅、铋及其化合物几乎不溶于稀硫酸溶液的特性，通过浸出，实现与铜、砷、锌、镉等金属的分离，浸出渣再回收铅铋［4］。研究发现，通过添加氧化剂、Cl2/Cl-或使用加压浸出系统可以进一步提高浸出效率［5-6］，对于难浸出物料还可以采用两段逆流浸出工艺，提高浸出效率,增强反应效果［7］。笔者结合某厂生产实际，利用生产所得含氯酸性废液对白烟尘中的铜、锌、镉等金属进行两段逆流浸出，重点考察浸出条件对白烟尘中铜、锌、镉浸出效果及砷、锑、铋在渣中富集情况的影响。

2 实验

2.1 实验试剂与仪器

（1）实验试剂如下：水、氯盐废液和白烟尘，其成分如表1、表2所示。

表1 氯盐废液成分表 g/L

表2 白烟尘成分表 %

（2）实验仪器如下：pH计、加压釜、空压机、电子秤、滤瓶、布氏漏斗、真空泵、洗瓶、烧杯、量筒、搅拌器、烘箱。

2.2 实验方法

（1）实验流程如图1所示。

图1 白烟尘两段逆流浸出实验流程图

（2）实验步骤：

①条件实验，探索白烟尘单次浸出过程pH值、压强、时间、温度、液固比对白烟尘中铜、锌、隔浸出效果及砷、铋、锑在渣中富集情况的影响；

②循环浸出实验，在白烟尘单次浸出最佳实验条件下，采用“两段逆流浸出”的方式对白烟尘进行循环逆流浸出实验。

3 结果与分析

3.1 浸出终点pH对浸出结果的影响

实验条件：恒定反应时间4h、反应温度80℃、反应液固比L∶S=6∶1、反应压强0.9MPa，调控浸出终点pH 分别为 0.1、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5。pH对各元素浸出率的影响如图2所示。由图2可知，白烟尘中铜、砷、锌、镉、铋的浸出率随着浸出终点溶液pH的升高而下降，为保证铜、锌、镉的浸出率大于90%，同时尽量抑制砷、铋的浸出。最佳pH为1.0～2.0。

图2 浸出液pH对浸出率的影响

3.2 反应压强对浸出结果的影响

实验条件：恒定浸出液pH=1.0～2.0、反应时间4h、反应温度80℃、反应液固比L∶S=6∶1，调控反应压强分别为0MPa(常压)、0.6MPa、0.9MPa、1.1MPa。压强对各元素浸出率的影响如图3所示。由图3可知，随着压强的增大，白烟尘中的铜、锌、镉的浸出率升高，砷的浸出率下降，且铜浸出率上升趋势明显，砷浸出率下降趋势明显。当反应压强为0.9MPa时，铜、锌、镉浸出率达90%以上且趋于稳定，砷浸出率10%以下并趋于稳定。最佳反应压强为0.9MPa。

图3 反应压强对浸出率的影响

3.3 反应时间对浸出结果的影响

实验条件：恒定浸出液pH=1.0～2.0、反应温度80℃、反应液固比L∶S=6∶1、反应压强0.9MPa，调控反应时间分别为2h、3h、4h、5h，反应时间对各元素浸出率的影响如图4所示。由图4可知，白烟尘中铜、锌、镉的浸出率随反应时间的延长而上升，砷浸出率随反应时间延长呈下降趋势，当反应时间为4h，铜、锌、镉浸出率均在90%以上，砷浸出率低于10%，继续延长反应时间，各元素浸出率变化不明显。最佳反应时间为4h。

图4 反应时间对浸出结果的影响

3.4 反应温度对浸出结果的影响

实验条件：恒定浸出液pH=1.0～2.0、反应时间4h、反应液固比L∶S=6∶1、反应压强0.9MPa，调控反应温度分别为25℃（常温）、60℃、80℃、100℃，温度对各元素浸出率的影响如图5所示。由图5可知，白烟尘中铜、锌、镉的浸出率随反应温度的上升而上升，砷浸出率随反应温度的上升而下降，当反应温度为80℃时，铜、锌、镉浸出率均在90%以上，砷浸出率低于10%，继续升高反应温度，各元素浸出率上升不明显。最佳反应温度为80℃。

图5 反应温度对浸出结果的影响

3.5 反应液固比对浸出结果的影响

实验条件：恒定浸出液pH=1.0～2.0、反应时间4h，反应温度80℃，反应压强0.9MPa，调控反应液固比分别为 4∶1、5∶1、6∶1、7∶1，液固比对对各元素浸出率的影响如图6所示。由图6可知，反应液固比对各元素浸出率影响不明显，在液固比大于4∶1时，白烟尘中铜、锌、镉的浸出率均大于90%，砷浸出率均低于10%。考虑到氯盐体系加压浸出工艺对反应釜有侵蚀，实验液固比采用6∶1，此时浸出液中Cl-浓度约25g/L。

图6 稀释液固比对反应结果的影响

3.6 两段逆流浸出对浸出结果的影响

在白烟尘单次浸出实验中，虽然铜、锌、镉取得了较高的浸出率，氯盐废液中部分锑、铋在渣中实现了富集，但终点pH不易控制，浸出液含砷0.05～5g/L，含铋0.01～4.5g/L，难以实现废液中的砷、锑、铋大部分进入渣相的目的。为使得白烟尘的浸出效果更容易调控，采用“两段逆流循环浸出”的方式对白烟尘进行浸出实验，探索白烟尘在“两段逆流循环浸出”的作业方式下历经多次循环后，物料中铜、锌、镉及砷、锑、铋的分配趋势。控制pH=1.0～2.0，反应液固比 L∶S=6∶1，反应时间 4h，反应温度80℃，反应压强0.9MPa，两段浸出条件相同，循环六次，白烟尘中铜、锌、镉的浸出率变化趋势如图7所示，循环过程总渣率及氯盐废液中砷、锑、铋在洗涤渣中的富集率变化趋势如图8所示。一次浸出液和二次浸出洗涤渣成分表如表3、表4。

图7 循环过程铜锌镉浸出率变化趋势图

图8 循环过程总渣率及砷锑铋富集率变化趋势图

由图7、图8可知，随着循环次数的增加，铜浸出率都平稳地在98%左右波动，锌浸出率随之上升并在97%左右波动，镉浸出率随之下降并在92%左右波动，砷、锑、铋富集率和总渣率都升高，但锑的富集率曲线趋势平缓，平均富集率90.12%，第六次循环时，氯盐废液中砷在二次浸出洗涤渣中的富集率为21.8%，铋富集率36.31%，锑富集率91.64%，总渣率74.90%。随着砷、铋富集率和浸出总渣率的上升，金银的富集率将有所下降。

由表3、表4可知，随着循环次数的增加，一次浸出液pH从1.63降低至1左右波动，砷、锑、铋含量越来越高，在一次浸出液中富集，二次浸出洗涤渣中含铜越来越低，从0.93%下降至0.42%并趋于稳定，但砷、锑、铋含量波动较大，其含量高低与白烟尘中砷、锑、铋含量，二次浸出液中砷、锑、铋浓度及二次浸出液硫酸浓度密切相关，第六次循环所得洗涤渣含砷8.61%，锑4.63%，铋16.82%。

表3 逆流循环一次浸出液成分 g/L

表4 逆流循环二次浸出洗涤渣成分 %

4 结论

（1）用氯盐废液加压浸出白烟尘，单次浸出的最佳条件为：反应液固比L∶S=6∶1，反应时间4h，反应温度80℃，反应压强0.9MPa，浸出液pH=1.0～2.0，在最佳实验条件下，铜、锌、镉浸出率分别为95.75%、95.73%、93.43%。

（2）以工厂氯盐废液为浸出溶剂，采用“两段逆流加压循环浸出”工艺处理白烟尘，能效调控一次浸出液中的pH值，能实现白烟尘中铜、锌、镉的高效浸出及废液中砷、锑、铋、铅在浸出渣中的有效富集。

（3） 在最佳实验条件下进行两段逆流循环浸出，铜、锌、镉平均浸出率分别为98.00%、97.13%、92.48%，所得二次浸出洗涤渣含铜小于1.0%。