2023年《安全环境环保技术》之铜炉灰渣的湿法处理.docx

铜炉灰渣的湿法处理         铜及铜合金的冶炼、熔化、铸造等过程中产生的灰渣是铜及锌的重要二次资源。冶金、机械制造、仪表等行业都有大量的这类工业下脚料。渣中的金属状态，一是团块和颗粒，以重量计，占渣量的10%～80%不等，另一局部是粉末状态的金属或其氧化物。前者较易回收，在一些小型企业中，通常用石碾碾压将附着在金属块上的煤渣等别离开，而后用人工挑选。         现在那么选用鳄式破碎机粗碎筛选大粒金属，继之以磁选分出含铁物，再经适当的细碎后，用重选回收局部细金属粒。这些金属可以复原熔炼成粗铜或铜合金。残留在灰砂中的即为粉末状的金属或其氧化物。含量在10%～20%，如含铜高于8%，一些冶炼厂回收作为铜冶炼的配料，而锌在熔炼时多进入烟尘或渣中。         这种物料较适于用湿法冶金方法处理，流程比较短，回收率高，自动化程度高。适于大规模生产，污染程度也较易控制。         下面列出选去大颗粒金属后的渣灰分成分分析结果：铜7.77%、锌18.05％、二氧化硅22.38%、氧化铝13.48%、氧化钙3.56%、氧化镁2.78%、三氧化二铁4.56%、二氧化锰0.23%、氧化钾0.10%、氧化钠0.37%、镍0.051%、一氧化碳0.004%、镉0.005%、铅0.35%。物相分析说明，铜，锌两种元素均以金属和氧化物形态存在。         浸取         氨浸可能是处理这类物料的较好选择，不仅由于铜、锌两者在氨性溶液中易于形成稳定性高的配合物，而且渣灰中含有较高的铁，氨浸可简化铁的别离过程。但是从氨性溶液中回收金属以及氨的循环使用技术上比酸性浸取过程复杂，在生产规模较小的情形下就更为突出。         不过，倘假设原料含铜锌特别高，其他杂质又较少时，氨浸直接高压氢复原制取铜粉，而后蒸氨得到碱式碳酸锌。这样的流程虽设备要求较高，但比较简短而且效率高。有不少可取之处。         用硫酸溶液进行浸取效果也十分好。无论金属锌或氧化锌都很容易溶于硫酸，浸取过程在瞬间完成。氧化铜浸取也较快，但金属状态的铜的浸取那么要依赖于温度和溶液的氧化复原电位。         实验说明，用空气作氧化剂，60℃下6小时，铜，锌的浸出率均可到达95%，但温度升高到80℃，那么可在4小时到达相似的浸取率。由于反响由气——液传质速率控制，因而强烈的搅拌和充足的氧气供应有利于浸出速率的提高。由于起始酸度较高，因而原料中的铁约有一半浸入溶液中。         除铁         浸取液中含有大量的氢氧化铁和硅酸溶胶，很难进行固液别离，但在用空气进行充分的氧化之后，用石灰乳把浸取液pH值调节到3～3.5，那么矿浆的过滤性能大为改善。当然在这样的条件下，铁并不能完全除尽，还要在后续工序中进—步除去。         从除铁之后的成分分析结果看，渣中的损失比较大，这是由于参加中和残酸的石灰量较大，因而渣量较大之故。如能用氧化锌等碱性物质代替局部石灰乳，那么损失可望得以减少。         除氯         渣灰中有时含有相当多的氯化物，导致浸取液中每升常含数百毫克的氯离子，往往会危及后面的锌产品，或是在电解时损害阳极板。离子交换除氯虽是十分成熟而可靠的方法，但是投资高，操作费用较高，对整个体系的平衡也会带来问题。         浸取液中含有铜离子，所以，以氯化亚铜的形式来沉淀除去氯是较为合理的途径。每升溶液参加数克废锌块或置换所得的湿铜粉，那么溶液中的铜离子即被复原生成CuCl而析出。在起始氯离子每升0.5~0.7克时，经1小时左右的反响即可下降至0.1~0.15克。如能隔绝空气，那么效果更好。         铜锌别离         湿法冶金过程中，铜锌别离有许多途径可选择，在锌电解前选择性的沉淀除铜或铜电解后把锌以氢氧化物沉淀除去都是湿法冶金过程常用的方法。另外，电解脱除溶液中的铜，也是有不少工业实践的。         但是在铜锌含量都比较高时，这些方法却不十分适用。溶剂萃取不失为处理这类溶液的—个好方法，尤其是生产量比较大时，更能显示溶剂萃取处理量大，自动化程度高的优点。         硫酸盐体系中铜、锌别离的化学问题比较简单，许多阳离子交换型萃取剂均可应用，而且别离系数比较高。比方环烷酸和二（2一乙基已基）磷酸都是常用的而且性能较好的阳离子交换萃取剂。两种萃取剂别离这两种金属的分配比D为1时pH值的差都有2个单位左右。这说明，用这两种萃取剂都可以十分有效地将这两种金属分开。         置换是另一种可供选择的工艺，用铁置换虽可以将铜有效地别离并析出金属铜，但是得到的铜纯度差，而且使锌的回收也变得复杂。锌可以比铁更有效地置换铜，但是这仅在有大量废锌供应的地方才可以经济地应用。         热镀锌的下脚含金属锌高达90%～95%，可以用作从上述溶液中回收铜的置换剂。但是废杂锌块置换铜的反响不像用纯锌置换时那样平稳。起始反响进行得十分迅速，而后在锌块外形成一层致密的铜粉包覆层，阻碍反响进一步开展。以酸洗涤锌块，可以减少和延缓铜粉层的形成，但终不能完全防止。强烈的搅拌，不但可使杂锌块上铜粉层形成速度大为降低，而且还可以阻止铜的聚集成团。         由于锌铜的标准复原电位差异很大，反响很彻底。所得的铜粉含有一些锌和铁。用酸很易把这些杂质洗去，经枯燥后最终的铜粉产品含铜在98%～99.5%之间，呈树枝及蜂窝状，具有很好的压制性能，是良好的粉末冶金原料。这种铜粉在通常条件下稳定性甚好，适于制造电器及机械零件。         溶液净化         铜被置换后溶液中每升尚含有1～2克的铁及少量其他杂质．在适当温度下，以空气氧化2～3小时。在接近终点时参加少许软锰矿，调节终了，pH在5.1～5.2之间，那么铁含量可降至每升少于20毫克。         由于渣灰中往往含有少量镍、钴、镉等，这对于用电解法回收锌或制取锌的化合物都有阻碍。         不过，这些杂质可用通常使用的锌粉置换方法来除去，电沉积锌时，对镍、钴等十分敏感，而用锌粉直接置换效果并不好，可参加少许锑盐如酒石酸锑钾来提高它的效率。纯化后的硫酸锌溶液或者蒸发制造硫酸锌，结晶或是电沉积得阳极锌可视需要及条件而定。电解残液那么返回浸取，以利用其中所含的酸，并提高浸取液的浓度。         流程及消耗         建议的流程图未包括前面的机械处理局部。炉渣的渣灰局部经浸取，氧化中和除铁后再除氯，而后用锌块置换别离铜，铜粉经洗涤后枯燥为成品，硫酸锌溶液经纯化后或是制取锌盐或者电沉积。洗浸取渣和除铁渣的局部浓洗水可以合在流程中，但是局部稀洗水连同车问地面水需沉淀回收金属到达排放标准后排出。         这个流程适用于有铜炉渣同时又有废杂锌的城市，对于技术和设备均无特别要求。得到的产品都是很有用途的金属材料。对环境没有污染，特点是比较紧凑，消耗较低，适应性强。如除氯，没有使用较高的离子交换，而是利用溶液中固有的铜离子及铜粉生成氯化亚铜来除去，与整个流程有机地结合在一起。