铜冶炼烟灰综合利用技术研究

铜冶炼烟灰综合利用技术研究

易󰀁超

（中铝东南铜业有限公司，福建　宁德　３５２１００）

etallurgical smelting

循环经济是我国２１世纪经济发展必然趋势，回收利用生产、生活中产生可再生资源。近年来，金属铜应用领域摘 要：

不断扩大，铜烟灰为目前铜冶炼行业中主要废弃物之一，其中含有铜、铅、锌、铋等多种有价金属，可从烟灰中回收铜、锌、铅、镉、铋，符合我国目前大力推行可用废弃物资源化产业，对促进循环经济发展，实现可持续发展具有重要意义。

铜冶炼；烟灰；综合利用；意义；技术关键词：

Ｘ７５８　　Ａ　　１００２－５０６５（２０１９）１５－０００７－２中图分类号：文献标识码：文章编号：

Study on Comprehensive Utilization Technology of Copper Smelting Ash

YI󰀁Chao

（Ｃｈｉｎａ　Ａｌｕｍｉｎｕｍ　Ｓｏｕｔｈｅａｓｔ　Ｃｏｐｐｅｒ　Ｃｏ．，　Ｌｔｄ．，　Ｎｉｎｇｄｅ　３５２１００，　Ｃｈｉｎａ）

Abstract: Ｃｉｒｃｕｌａｒ　ｅｃｏｎｏｍｙ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｉｎｅｖｉｔａｂｌｅ　ｔｒｅｎｄ　ｏｆ　ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ　ｉｎ　ｔｈｅ　２１ｓｔ　ｃｅｎｔｕｒｙ，　ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ　ａｎｄ　

ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ　ｒｅｎｅｗａｂｌｅ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ｉｎ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｌｉｆｅ．　Ｉｎ　ｒｅｃｅｎｔ　ｙｅａｒｓ，　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｐｐｅｒ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｅｘｐａｎｄｉｎｇ．　Ｃｏｐｐｅｒ　ｓｏｏｔ　ｉｓ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｗａｓｔｅｓ　ｉｎ　ｃｏｐｐｅｒ　ｓｍｅｌｔｉｎｇ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ．　Ｉｔ　ｃｏｎｔａｉｎｓ　ｍａｎｙ　ｖａｌｕａｂｌｅ　ｍｅｔａｌｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｃｏｐｐｅｒ，　ｌｅａｄ，　ｚｉｎｃ，　ｂｉｓｍｕｔｈ　ａｎｄ　ｓｏ　ｏｎ．　Ｉｔ　ｃａｎ　ｒｅｃｏｖｅｒ　ｃｏｐｐｅｒ，　ｚｉｎｃ，　ｌｅａｄ，　ｃａｄｍｉｕｍ　ａｎｄ　ｂｉｓｍｕｔｈ　ｆｒｏｍ　ｓｏｏｔ．　Ｉｔ　ｉｓ　ｉｎ　ｌｉｎｅ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｐｏｌｉｃｙ　ｏｆ　ｖｉｇｏｒｏｕｓｌｙ　ｐｒｏｍｏｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ　ｏｆ　ｕｓａｂｌｅ　ｗａｓｔｅｓ　ａｎｄ　ｐｒｏｍｏｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ．　Ｉｔ　ｉｓ　ｏｆ　ｇｒｅａｔ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ　ｔｏ　ｄｅｖｅｌｏｐ　ｔｈｅ　ｅｃｏｎｏｍｙ　ａｒｏｕｎｄ　ｔｈｅ　ｗｏｒｌｄ　ａｎｄ　ｒｅａｌｉｚｅ　ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．

Keywords: ｃｏｐｐｅｒ　ｓｍｅｌｔｉｎｇ；　ａｓｈ；　ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ；　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ；　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

1 铜冶炼烟灰技术的研究意义

随着我国经济飞速发展和工业化、城镇化进程加快，我国铜消费量也越来越大。在中国铜冶炼行业资源消耗高，二次资源利用率低，成为污染物和固体废物是最大问题之一，在铜火法冶炼过程中因挥发和气流作用产生铜烟灰是最主要一种，铜冶炼铜冶炼烟灰中通常有较高含量Cu、Zn、Pb、Cd、Bi、Ag等有价金属。多种有价金属可以从炼铜产生烟灰中提取出来，运用一定经济手段、可靠性流程及安全措施对铜冶炼烟灰进行处理，根据铜冶炼烟灰成分特征，采用一个适合综合化利用的生产工艺，是此次研究的主要目的，研究湿法浸出铜冶炼烟灰中有价金属影响因素及其中金属溶解行为，探索从铜冶炼烟灰中连续提取和综合利用Cu、Pb、Zn等金属新工艺，并将其应用于铜冶炼废渣中有价金属提取，在理论和实践上对该类废渣资源化、无害化利用都将具有重要意义。本次研究依据铜冶炼生产的具体情况，探究铜冶炼烟灰中有价金属的提炼技术，从中将锌、铜、铅等有价金属进行回收，最终实验结果对于矿产资源的再次利用有一定的应用价值，同时有价金属的回收有助于节能降耗、保护环境，为企业创造一定经济效益同时增加社会效益。

元素

含量%

表1  铜冶炼烟灰组成质量分数(%)

Cu10.5

Zn7.5

Pb33

S5.2

As3.8

3 铜冶炼烟灰综合利用新流程

本次研究的烟灰处理工艺流程，基于以下原则，考虑烟灰的特点，因铜烟灰含铅、铜较高，并含一定的锌、铋、砷，新的工艺应以回收前四种金属、减少砷污染为前提，确保经济效益及环保达标。因此确定以综合回收铜、铅、锌为主。3.1 中性浸出

通过对烟灰进行X衍射物相分析，发现其中含有部分可溶性的铜锌金属，主要以硫酸铜和硫酸锌的形式存在，为了减少后续浸出剂的消耗，首先进行中性浸出，而且溶液采用多次逆流浸出，使铜锌含量可以得到富集，铜萃取后的硫酸锌溶液利用P204萃取富集后回收锌。

中性浸出主要考察温度、液固比、时间等对金属浸出率的影响，通过实验，可以确定单因素最优条件为温度50℃，时间1h，液固比3：1，按照此条件进行的实验，可溶性硫酸铜和硫酸锌的浸出率可以达到97%以上。经过3次逆流洗涤，洗涤后，铜浓度为4.5g/L以上，锌浓度为30g/L以上，砷3g/L以上，其它杂质均小于1mg/L。3.2 氨浸出

中性浸出未浸出的中浸渣中的铜主要以氧化铜、氧化亚铜的形式存在，并含有少量的硫化亚铜，而且烟灰中含有高含量的砷，若采用酸浸法，不可避免会产生砷化氢剧毒气体，会严重影响生产作业人员生命，同时造成环境污染。因此二段采用氨浸出工艺。在浸出过程中，铜、锌元素以离子形式进入溶液，而其他所含金属则不被浸出，同时未提高浸出效果，添加一定数量的氧化剂S提高浸出效果，浸出液经过萃取分离回收铜。

为节约浸出成本，氨浸采用分段浸出，一段低浓度浸出，

2019年 8月上 世界有色金属

2 烟灰基本性质

铜烟灰中含有铜、铅、锌等有价组分，烟灰在烟气逸出

过程中与烟气中氧和二氧化硫等气体接触被氧化成硫酸盐。因此，烟灰中有价金属主要以金属氧化物及金属硫酸盐形式存在，有利于金属回收。某公司产生铜冶炼烟灰组成质量分数如表1所示。

２０１９－０７收稿日期：

易超，男，生于１９８４年，汉族，湖南常宁人，硕士研究生，冶作者简介：

炼工程师，研究方向：有色金属冶炼、综合回收。

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M冶金冶炼

etallurgical smelting

控制萃取条件：室温、相比A/O=2：1，混合时间5min~10min、萃取级数5级~6级、有机相中P204的体积分数为40％。萃取时锌的萃取率约80％，萃取终点pH为1.0左右，负载有机相含锌14g/L~15g/L。控制反萃条件：室温、相比O/A=8：1，混合时间5min~10min、反萃级数2级、硫酸溶液浓度为180g/L。萃取时锌的反萃率约99%,反萃液含锌95g/L~100g/L。

铜冶炼烟灰通过中浸—氨水二段浸出—萃取—反萃的工艺流程，可综合回收铜、铅、锌，萃取富集的硫酸锌溶液返锌冶炼厂回收锌，铜反萃液通过后续电积产出电积铜，最终浸出渣含铅较高做为原料送铅冶炼企业回收铅。

总而言之，铜冶炼企业产生烟灰为危险废物，烟灰将委托危废处置中心处理，不仅处理费用成本巨大，而且会对生态环境、水环境、大气环境产生一定影响，同时造成了铜、铅、锌等资源浪费。

铜企业烟灰综合利用使其变废为宝，不仅节省了处理费用，还一定程度上避免了对环境破坏。因此，铜企业烟灰综合利用符合循环经济理念，具有较高环境效益和经济效益。二段高浓度强化浸出。影响浸出过程的物理化学因素主要有M浓度、温度、时间、液固比、氧化剂S浓度等。最佳浸出条件为：氨水浓度为一段3mol/L、二段4mol/L、液固比4：l、温度50℃、时间6h、氧化剂S的添加量为一段3g、二段5g。在最佳条件下，中浸渣的氨水浸出取得了较好的浸出效果，铜累计浸出率达到80％，锌的累计浸出率达到80％以上。氨浸渣为高铅物料可送铅冶炼企业回收。

表2  氨浸渣成分(%)

元素含量(%）

Cu0.35

Zn2.01

Pb53.62

As1.29

3.3 铜萃取工艺

中浸液和氨浸液均为含有铜锌的混合溶液，对其进行综合回收，萃取是一个关键步骤。本项目采用LIX84-I作为浸出液中铜的萃取剂，P204作为锌的萃取剂。优先进行铜萃取-反萃流程，采用有机相为10%的LIX84-I和260#煤油混合的萃取剂；相比(O/A)为1:1；萃取时间为5min；萃取温度为40℃；混合浸出液中铜的萃取率可达到99.5%,铜萃取率达到99.3%，萃取基本达到平衡。萃取速度较快，分相良好。

表3  铜反萃液成分(%)

元素含量(g/L）

Cu47.9

Zn0.96

Pb＜1mg/L

As＜1mg/L

3.4 锌萃取工艺

萃取铜后的溶液成分见下表4。

表4  铜反萃液成分(%)

元素含量(g/L）

Cu0.1

Zn8.9

Pb＜1mg/L

As＜1mg/L

[1]󰀡杨大锦.硫酸锌溶液的萃取工艺研究[J].有色金属（冶炼部分），2006，

37(03):326-330.

[2]󰀡张炎.从铜转炉烟灰中回收铜锌铅的研究[D].兰州理工大学，2011.[3]󰀡姜柏秋.从铜冶炼电收尘烟灰中综合回收有价金属的实践[J].有色冶金

节能，2012，24(03):211-214.

（上接6页）

在溶液的中和过程中会损失部分的铜，因此纳米过滤膜的化工能够做到对溶液的妥善处理。与传统的冶金工艺相比，该纳滤膜技术具有较好的炼铜效果和较高的生产效率。

表1  纳滤技术处理多种元素后的元素残留率

检测类别

原料浓度F/(gL-1)加工的液体浓度(gL-1)

滤膜过滤后的液体浓度P/(gL-1)

元素残留率%

与铁相比的元素残留率%

铁1.22.71.0590

铜0.010.030.012235

锰0.050.060.051845

钴33321250

3 冶金行业在污水处理工序中引入过滤技术

在冶金化工企业的应用中，污水的具体处理步骤如下：第一步是对污水进行酸碱度调节，先进行一次石灰乳的添加，在进行相应的处理工序后要进行石灰乳的二次投放；在完成石灰乳的添加之后首先要进行的就是采用平流技术进行沉淀，最后才是废弃物质的对外排放。在这个处理过程中，需要注意的是在沉淀时首先需要加入适量氯化铝进行化学物质的沉淀工作，其主要目的是去除污水中残留的重金属有毒物质。由于重金属的化学结构非常复杂，重金属在处理过程中不易沉淀，如果用氢氧化物沉淀平流沉淀，那么取得的效果就不太理想。除此之外，用氢氧化物实现沉淀可能会有潜在的副作用，因此过滤技术可以很好的被应用于冶金行业。

冶金生产线在应用过滤工艺时需要格外注意参数的设定，在设定过滤工艺的主要特性参数时，应该确保以下几点符合行业标准：处理后的污水浊度不应超

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世界有色金属 2019年 8月上

过4mg L-1，污水处理量也应该控制在80mg L-1，设备内压应在0.15Mpa~0.25Mpa，过滤排放压力应保持在0.04MPa~0.06Mpa，设备的运行速度也需要保持在10m~15mH-1范围内。基本的参数设定完毕以后，需要首先参考这些具体参数调整溶液的pH值，未处理的原污水中pH值应调整到10.5~11.5，从而实现污水中的锌离子与镉离子得到有效的沉淀，然后通过过滤器的出口调节污水的酸度。在排放处理后的污水时，应当控制其PH值在5~7的范围内。近年来，在国内某些企业将过滤技术引入到生产线以后，企业的整体化工废水排放量日益减少，废水中的重金属离子含量与毒性也得到了很好的控制，种种迹象表明该技术在我国许多冶金工艺中的应用前景更加广阔。

4 结论

改革开放的浪潮已经推进了40年，“中国智造2025”的大门却刚刚打开，冶金行业也应该乘上这一列快班车。作为各行各业发展的催化剂，冶金行业与化工行业理应走在技术革新的前列，当前国内许多企业都在通过引进新兴化工技术来提高自己对社会做出的正面贡献。需要注意的是，化工技术不仅在已有的冶金工艺基础上做了部分改进，还通过进行技术创新实现了化工技术的应用领域再扩展。近年来，化工技术的发展呈现出多元化与高速化的态势，受到了各行各业的广泛关注，希望化工技术不仅能够提高各行各业的产值，还可以为贯彻可持续发展理念贡献一份力量。[1]󰀡王文汇,窦君,黄夕婷子,等.化工技术在企业冶金工艺中的应用研究

[J].山东工业技术,2018(5):47-47.