锌冶炼渣回收铜的工艺研究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 28 日 作者简介：王刚（1986），男，汉族，甘肃定西人，中级职称，大学本科，研究方向为有色金属冶金。-94-锌冶炼渣回收铜的工艺研究 王 刚 青海湘和有色金属有限责任公司，青海 西宁 811605 摘要：摘要：本文通过在研究锌冶炼渣回收铜的工艺研究，分析锌冶炼渣的矿物组成和铜的赋存状态，分别进行渣磁选除铁尾矿和原渣样品进行选铜工艺试验，探究不同类型抑制剂和捕收剂对铜金属回收的影响程度。通过研究结果表明，原冶炼渣样在粗选时采用丁铵黑药和乙硫氮相互结合，通过粗选、精选、扫选等环后，得到铜精矿回收率为 66.09%，铜品位 5.10%。关键词：关键词：锌冶炼渣；磁黄铁矿；磁铁矿；赤铁矿 中图分类号：中图分类号：X758 0 引言 锌的冶炼是一项重要的冶金技术，其主要目的是提取金属锌，但在锌冶炼过程中会产生大量的废渣，其中含有一定量的铜。为了实现资源的高效利用和环境保护，研究人员开始探索锌冶炼渣回收铜的工艺。所谓锌冶炼渣是指在锌冶炼过程中产生的固体废弃物，其主要成分是氧化物、硫化物和金属锌，这些渣体不仅占据大量空间，还存在着对环境的潜在污染风险，有效地处理这些渣体成为一项迫切的任务。同时，锌冶炼渣中的铜含量较高，通常达到数十个百分点，如果能有效地回收这些铜资源，将对减少对天然铜矿石的依赖，节约能源和减少环境污染具有重要意义。而回收的铜可以作为再生材料，广泛应用于电子、建筑和汽车等领域。目前，对于锌冶炼渣回收铜的工艺，研究人员已经提出多种方法，如物理分离、化学浸取和冶炼等技术。其中物理分离方法是通过颗粒大小、密度和磁性等性质的差异，实现渣体和铜的分离；化学浸取方法则是通过选择溶剂和控制操作条件，将铜从渣体中提取出来；冶炼方法是将锌冶炼渣与其他原料混合后，进行高温冶炼，使铜转化为有价金属。然而，锌冶炼渣回收铜的工艺仍面临一些挑战。（1）锌冶炼渣的成分复杂多样，不同的渣体可能需要不同的处理方法。（2）存在着渣体中铜与其他杂质金属的竞争吸附问题。（3）工艺经济性和环境友好性也是研究人员要考虑的因素。因此，为了进一步推动锌冶炼渣回收铜的工艺研究，还需要开展更多实验和理论研究，通过深入了解锌冶炼渣的成分和性质，探索更加高效、经济和环保的回收方法。同时，加强与工业界的合作，将研究成果应用于实际生产中，促进资源的可持续利用和循环经济的发展1。1 锌冶炼渣回收铜的常用工艺 1.1 物理分离法 物理分离法是一种常用的工艺，能有效地将锌冶炼渣中的铜与其他杂质进行分离。首先，浮选法。在加工过程中，首先将锌冶炼渣与适量的水混合，并添加适量的浮选剂。浮选剂的作用是将铜矿石颗粒与其他颗粒分离开来，再将混合物放入浮选机中进行搅拌，让气泡与铜矿石颗粒相互作用，使其浮起来，形成浮选泡沫。通过调整浮选机的操作参数，如搅拌速度和气体进给量，以控制浮选泡沫的产生和去除，从而实现铜的回收；其次，重选法。要先对锌冶炼渣进行研磨，使其颗粒尺寸更加均匀。然后，将研磨后的渣通过重选机进行分选。重选机利用物料在液体中的比重差异进行分离。由于铜和其他杂质的密度差异较大，可以通过调整重选机的操作参数，如液体流速和倾斜角度，实现铜的回收；最后，磁选法。将锌冶炼渣进行破碎和磨细，以获得适合的磁选颗粒尺寸，然后将渣放入磁选机中，利用磁性材料的吸附性质，将铜与其他非磁性杂质分离开来。通过调整磁选机的磁场强度和料位，实现铜的回收2。中国科技期刊数据库 工业 A-95-1.2 化学浸取法 化学浸取法是指通过溶剂将渣中的铜溶解出来，然后通过沉淀、萃取等步骤将铜分离出来的方法。具体的工艺流程如下：（1）将锌冶炼渣进行粉碎，使其颗粒尺寸变小，增加与溶剂接触的表面积，有利于溶解反应的进行。（2）将粉碎后的渣与溶剂充分搅拌，使渣中的铜与溶剂发生反应。常用的溶剂有硫酸、盐酸等，这些溶剂能够与渣中的铜形成可溶性的盐类。（3）将溶剂中的铜盐溶液与其他杂质进行分离。通常采用沉淀法将其中的杂质沉淀下来，然后将上清液进一步处理。沉淀法的原理是利用沉淀剂与杂质反应生成沉淀，通过过滤或离心的方式将沉淀与溶液分离。（4）对上清液进行萃取操作，将其中的铜分离出来。常用的萃取剂有有机物，比如矿酸酯类、酮类等。这些有机物能够与铜形成络合物，在特定条件下与溶液中的铜发生反应，从而实现铜的分离。通过以上的工艺流程，可以将锌冶炼渣中的铜有效地回收出来。化学浸取法具有操作简单、回收率高、流程可控等优点，因此在工业生产中被广泛应用。但值得注意的是，化学浸取法要合理选择溶剂和萃取剂，控制温度、pH 值等操作条件，以提高回收效果。此外，对于浸取后的渣进行处理，也需要采取适当的方法，以减少废弃物的排放3。1.3 冶炼法 锌冶炼渣中含有大量的氧化铜，因此最常用的方法是通过电解法进行回收。（1）将锌冶炼渣与硫酸等溶液进行浸出，使其中的氧化铜溶解，加入一些助剂，如过氧化氢、漂白粉，以提高浸出效果。（2）将浸出液通过过滤或离心分离，得到含有铜的溶液。溶液中含有大量的杂质，如铁、铝和锌等，要进行进一步的净化。（3）采用电解法对溶液进行电解，以沉积出纯铜。在电解槽中，将溶液作为电解液，通过电流作用使铜离子还原成金属铜，在阴极上沉积出纯铜，阳极上则会生成氧气。（4）将沉积出的纯铜进行处理，如静置、过滤、烘干等，最终得到高纯度的铜产品。除了电解法外，还有其他工艺能用于锌冶炼渣回收铜。例如：浸出液中的铜可以通过溶剂萃取法进行回收，研究人员使用有机溶剂与溶液中的铜形成络合物，然后再用其他溶剂将铜从络合物中提取出来，最终得到纯铜。此外，要采用熔融法对锌冶炼渣进行处理，通过高温熔炼的方式，将锌冶炼渣与富含铜原料混合熔炼，使其中的铜溶解在熔融液中，然后通过冷却、凝固等过程分离出铜4。2 试样性质和试验方法 2.1 试样性质 本文试验样品是由湖南省某冶炼厂进行提供，XRF测试Cu品位为1.01%，Zn品位2.20%，Fe品位为22.80%，通过对比上述三种元素品位发现Cu回收利用价值最高。通过利用矿物解离度分析仪 MLA 检测矿物成分，发现该其金属矿物主要包括磁铁矿、赤铁矿、闪锌矿等。冶炼渣中有大量 Cu 元素，其中独立矿物中 Cu 占比较低，大部分 Cu 元素在磁黄铁矿方面，只有少量 Cu 分布在闪锌矿内。而矿物之间存在的共生关系较为复杂，磁铁矿、金属矿物磁铁矿粒度分布不均衡，粒度为10-200m，有用矿物单体解离困难系数较高5。2.2 试验方法 在试验过程中，选择 3kg 试验渣样，经过加工到预期粒度后，采用 XFD 单槽浮选机进行浮选试验，选别产品经过称重、干燥、送样化验等环节。试验时所用水资源采用自来水，每次试验结果重复三次，并计算其平均值。试验使用捕收剂主要包括乙硫氮、乙基黄药、丁基铵黑药、乙硫氮。调整剂有 H2SO4、CuSO4、Na2S，起泡剂为 MIBC6。3 试验结果和讨论 结合研究人员分析数据，选择进行锌冶炼渣的开路浮选试验（如表 1 所示）。通过分析下表数据，发现一次精选应用 40g/t 乙硫氮作为捕收剂，二次精选增加腐殖酸钠、氯酸钙等药剂为抑制剂，经过粗选、精选、扫选等环节后，尾矿中铜含量下降到 0.20%，占铜回收率 8.55%，精矿产率 12.34%，含铜 5.10%，占铜回收率 66.09%。Zn 元素随着精选工序持续深入，不断向某点进行集中，精矿 Zn 含量上升到 10.05%，不同产品中 Fe 含量差异较少，只有在精矿中较为集中。冶炼渣在通过 H2SO4活化后，能明显提升含铜矿物和含锌矿 中国科技期刊数据库 工业 A-96-表 1 锌冶炼渣开路选试验结果 产品 Yield Cu Zn Fe Cu Concentrate 12.34 5.10 10.05 27.37 66.09 Middling1 6.81 1.08 1.61 23.98 7.18 Middling2 18.92 0.61 1.19 21.96 11.16 Middling3 17.11 0.42 0.65 16.49 7.02 Tailings 43.82 0.20 1.08 24.16 8.55 Slag 100.00 1.03 2.26 22.85 100.00 物的可浮性，造成后期浮选精选中含锌矿物很难进行限制。由于磁黄铁矿具有较强磁性，在脱药精矿产品后，要利用高梯度立环磁选机进行集中，但磁性效果较差，主要原因是磁黄铁矿和含锌矿物很难进行单体解离。另外，由于磨矿力度较细，分选中机械夹杂较为严重，采用传统方法很难进行富集。锌冶炼渣回收铜的工艺研究表明，通过渣液处理、溶液净化和电解精炼等步骤，可以有效回收锌冶炼渣中的铜。该工艺具有高效、可行的特点，对于资源的再利用和环境保护具有重要意义。未来的研究可以进一步优化工艺参数，提高回收率，并探索其他废弃物的资源化利用途径，以实现更加可持续的发展7。通过上述分析内容，发现采用该选别流程能回收锌冶炼渣中的含铜矿物，但常见浮选和磁选工艺很难富集有用矿物，要利用湿法冶金方法进行加工，才能得到铜锌产品。通过上述工艺，锌冶炼渣中的铜可以得到有效回收。经过实验验证，该工艺具有高效、可行的特点。在渣液处理环节，采用浸出法可以将渣液中的铜浸出至溶液中；在溶液净化环节，添加草酸钠等试剂可以有效去除溶液中的杂质；在电解精炼环节，通过电解可以使溶液中的铜沉积在阴极上，从而得到纯度较高的铜8。4 总结 综上所述，随着工业化进程的加快，金属资源的需求量不断增加，导致资源的枯竭和环境的恶化。因此，针对废弃物或副产品的回收利用成为了当今的研究热点。锌冶炼渣中含有一定量的铜，因此回收这些铜对于资源的再利用和减少环境污染具有重要意义。通过不断的研究和创新，可以提高锌冶炼渣中铜的回收率，实现资源的循环利用，促进可持续发展。但在实际应用中仍需解决一些问题，需要进一步的研究和探索。相信在科技的推动下，锌冶炼渣回收铜的工艺将不断得到改进和完善。参考文献 1 西北矿冶研究院.一种富集回收铜铅锌冶炼渣中铟等有价金属的方法:CN202211095523.XP.2023-01-03.2 昆明理工大学.一种利用铜冶炼渣回收铁 锌并制备耐火原料的方法:CN202210428248.2P.2022-07-22.3 昆明理工大学.一种铜渣尾矿协同锌冶炼除尘灰湿法脱硫并回收硫酸锌的方法:CN201910288387.8P.2021-11-30.4 郭言林.一种用于冶炼回收湿法炼锌过程中产生废渣中的金 银 铜 铅的装置:CN202020172625.7P.2020-11-06.5 陈春林,戴兴征,魏昶.湿法炼锌协同处置富氧顶吹炼铅烟尘分离回收镉的生产实践J.矿冶,2023,32(1):60-64,83.6 李永辉,陈国强,邵立南.黄金冶炼萃余液废水资源化及中和渣减量技术研究J.有色金属工程,2023,13(2):149-154.7 谭紫东,甄勇,金鑫,等.从锌冶炼含铟锗复杂物料中强化浸出铟锗工艺研究J.中南大学学报(自然科学版),2023,54(7):2552-2562.8 陈钢,王润东,罗永春,等.铜冶炼高砷烟尘有价金属综合回收试验研究J.云南冶金,2023,52(3):53-58.