铜冶炼主要副产物处理与综合利用工艺研究

随着经济社会的飞速发展，受到铜消费不断增长的刺激，铜工业规模也日益壮大。受铜矿资源储量的限制，铜精矿的进口依存度越来越高。铜渣和烟灰是铜冶炼生产过程中产生的两种主要固体副产物，其中含有Cu、Zn、Pb、Sn、As、Sb、Bi、Te、Co、In、Ge等有价元素，是一种潜在的二次资源。如果对这些副产物不加以综合回收利用，不仅对环境会造成严重的污染，而且会造成大量的资源浪费。在矿产资源供需矛盾日趋白热化的当下，加强对类似二次资源的综合回收利用具有很重要的现实意义。本文以某冶炼厂在生产过程中产生的铜冶炼渣和烟灰为研究对象，研究采用的铜渣中Cu的品位为0.5~0.9%，Co的品位为0.15%左右；烟灰中As含量为50.46%，Zn含量为3.72%。通过系统的试验研究，得出如下结论：（1）通过对奥斯迈特炉缓冷炉渣的工艺矿物学研究发现，炉渣中的铜矿物均属微细粒分布，采用“阶段磨矿，阶段选别”工艺有利于获得较好的选矿指标。经试验研究可知，渣包缓冷时采用先以水冷24h再自然冷24h的冷却制度有利于渣中Cu的回收；在缓冷渣原矿品位为0.74%时，以丁黄药为选Cu的捕收剂，粗磨细度–0.074mm含量75%，再磨细度–0.043mm含量85%，硫化钠95g/t、丁黄药90g/t、2#油用量85g/t的条件下，可以获得品位达16%以上的铜精矿，Cu的回收率达70%。（2）通过对转炉渣的工艺矿物学研究发现，炉渣中的铜矿物主要是以硫化态的形式存在，还有部分以金属态和氧化态形式存在，少部分以铁酸铜形式存在；且含有大量金属铜的高品位转炉渣可磨性相对较差，延长磨矿时间对使金属铜及连生体中的铜实现单体解离及回收有利。经试验研究发现：浮选一段磨矿细度定为–200目75%，二段磨矿细度–325目含量定为75%～80%时，Cu的回收率可达96.5%。（3）浸出试验在H2SO4浓度为30%，浸出的液固体积质量比为7:1（ml/g），H2O2添加量为2.0（0ml/g），浸出温度为85℃，浸出时间为150min的条件下进行，Cu、Zn、Co、Fe的浸出率分别为79.83%、82.37%、80.54%、72.32%。（4）在选铜尾砂酸性氧化浸出Co的最佳工艺条件下，考察了搅拌强度、尾砂粒度及浸出温度对选铜尾砂中Co浸出速率的影响，试验研究结果表明：该浸出过程符合反应区域模型，根据试验数据的分析得出其宏观动力学方程为反应的表观活化能为19.00kJ/mol，反应过程受扩散过程控制。（5）在惰性气体保护下，焙烧温度为600℃、焙烧时间为100min的条件下，冶炼烟灰中As的脱除率可达78.43%。（6）在pH=2-H2SO4-H2O2浸出体系中，采用浸出方式脱As的最佳工艺条件为：浸出温度为80℃、液固体积质量比为10:1（ml/g）、H2O2的添加量为1.75（ml/g）、浸出时间为105min、搅拌速度为705r/min，在此条件下体系中Zn的浸出率达85.42%，As的脱除率达78.25%。（7）在惰性焙烧和pH=2-H2SO4-H2O2体系浸出联合工艺下，As的总脱除率达81.98%，且气相挥发物中As的品位达73.24%。（8）根据选铜尾砂酸性氧化浸出Co的浸出液中Fe3+和在pH=2-H2SO4-H2O2浸出体系中的浸出液中As的浓度，控制二者浓度（Fe3+/As）比为1.2，以钙粉调节混合液pH到4.5，搅拌反应一段时间后，溶液中99.8%的As转入到了砷铁渣和砷钙渣中。上述研究为实现铜冶炼炉渣中有价元素的综合回收技术的升级和改造提供了理论依据；同时，利用选铜尾砂中的Fe元素沉淀含As烟灰中有毒元素As，一定程度上减轻了含Fe尾砂堆积库存的压力，减轻了在回收冶炼烟灰中Pb、Bi、Sn等有价金属元素时有毒元素As对整个回收工艺的危害，对环境保护及类似二次资源的综合回收利用、缓解矿产资源供需矛盾具有重要的现实意义。