陽極泥脫銅實驗

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本文作者：阮書鋒尹飛王成彥陳永強王振文作者單位：北京礦冶研究總院

鉛陽極泥是粗鉛電解精煉過程產出的陽極沉積物，其產率為粗鉛的1.2%～1.8%〔1-2〕。鉛陽極泥中主要含有Au，Ag，Sb，Bi，Cu，Pb等元素，其中Cu含量一般為2%～8%。關于鉛陽極泥的綜合回收，傳統濕法工藝一般采用氯化浸出或混酸浸出等方式將鉛陽極泥中Sb，Bi，Cu等賤金屬全部浸入溶液中，然后采用置換、水解、中和沉淀等方法將各金屬進行分離，然而傳統濕法工藝存在金屬間分離不徹底，產品質量不高等缺點〔3-5〕。在此提出選擇性脫銅—混酸浸銻、鉍—硝酸脫鉛—火法熔煉回收貴金屬的聯合工藝對鉛陽極泥進行了綜合處理研究，并取得了較好的效果。本文重點介紹該工藝中選擇性脫銅試驗研究。

1試驗原料與方法

1.1試驗原料組成

試驗用鉛陽極泥化學組成為:Sb40.31%，Bi2.41%，Pb16.32%，Cu6.15%，Ag3.46%，Au25.21g/t。該鉛陽極泥已經過了氧化堆存預處理，其中Cu，Sb，Bi，Pb等元素主要以氧化物的形態存在。

1.2工藝流程

鉛陽極泥選擇性脫銅工藝流程見圖1。

1.3試驗方法

主要試驗設備:精密調速攪拌器，三口圓底燒瓶，加熱裝置，控溫繼電器，溫度計，空氣壓縮機，過濾裝置，烘箱等。

試驗方法:稱取一定量鉛陽極泥置于三口圓底燒瓶內，將一定酸度的硫酸溶液倒入圓底燒瓶中，置于加熱裝置上加熱至設定溫度，并用玻璃觸點溫度計控制反應溫度，開啟攪拌，通空氣，氧化浸出一定時間，過濾，并用清水沖洗3～4次，渣置于烘箱中烘干，稱重，分析渣中Cu，Sb含量，按渣計計算Cu，Sb浸出率。

2選擇性脫銅原理

PbSO4溶度積為1.6×10－8，為難溶;Sb，Bi的氧化物均只微溶于稀硫酸體系，故選擇稀硫酸體系將陽極泥中Cu選擇性浸出，從而與Pb，Sb，Bi，Au，Ag等進行初步分離。選擇性脫Cu主要化學反應式如下:（略）。

3試驗結果與討論

3.1鼓空氣的影響

物相分析顯示，鉛陽極泥中的銅大部分以氧化銅形式存在，少部分以金屬銅形式存在。以金屬銅形式存在的部分，浸出需要氧化，在此對鉛陽極泥進行了鼓空氣與不鼓空氣對比試驗。

試驗固定條件:浸出溫度28℃，初始酸度H2SO430g/L，浸出時間3h，液固比L/S=10/1(mL/g)。試驗結果見表1。

試驗結果表明，在浸出過程中向溶液中鼓入空氣，對Cu的浸出有一定促進作用，Cu的浸出率稍有提高。

3.2溫度的影響

試驗固定條件:初始酸度H2SO430g/L，鼓空氣浸出3h，液固比L/S=10/1(mL/g);試驗結果見圖2。

試驗結果表明，浸出溫度對選擇性脫銅的影響較大。浸出溫度從28℃提高至80℃，Cu的浸出率從81.57%提高至92.50%，同時Sb的浸出率也從2.63%提高至12.26%。提高浸出溫度不利于選擇性脫Cu，有大量Sb也進入溶液不利于Cu的萃取分離。試驗表明，溫度高于50℃，浸出液在冷卻過程中有白色沉淀形成，經取樣分析，該白色沉淀的主要成分為Sb，含量達60%。此外，分別取浸出溫度28，50和80℃的浸出液用AcorgaM5640進行了萃取試驗。28℃條件下所得浸出液在萃取過程中沒有第三相形成;而浸出溫度50℃和80℃的浸出液經冷卻澄清過濾，再取濾液進行萃取試驗，均在有機相和水相之間形成大量第三相，嚴重影響了萃取的效率和分相效果。綜合上述，既要達到選擇性脫Cu的目的，又要抑制Sb的溶出，還要考慮后步溶液Cu的萃取分離，選擇性脫銅工序浸出溫度采用28℃左右較理想。

3.3初始酸度的影響

試驗固定條件:浸出溫度28℃，鼓空氣浸出3h，液固比L/S=10/1(mL/g)，結果見圖3。

試驗結果顯示，直接水浸(鉛陽極泥中有少量殘留酸)達不到脫銅效果，Cu的浸出率僅為26.56%。Cu和Sb的浸出率隨初始酸度的提高而增加，當初始H2SO4濃度大于10g/L，Cu的浸出率大幅度的提高，而Sb的浸出率增加不明顯，故選擇性脫銅初始H2SO4濃度取10～30g/L。

3.4浸出時間的影響

試驗固定條件:浸出溫度28℃，初始酸度H2SO420g/L，鼓空氣，液固比L/S=10/1(mL/g)，試驗結果見圖4。

結果顯示，延長浸出時間對Cu的浸出有利。浸出10h，渣中Cu可以降至1.09%，浸出率可達84.96%。同樣，浸出時間長也有利于Sb的浸出，浸出10h，Sb浸出率高達9.09%。故要達到較好的選擇性脫銅效果，浸出時間不可過長，最好控制3h左右。

3.5液固比的影響

改變浸出液固比一方面改變了浸出液中各金屬離子濃度和余酸量，另一方面改變了單位溶液的處理能力。試驗固定條件:浸出溫度28℃，初始酸度H2SO420g/L，鼓空氣浸出3h，試驗結果見圖5。

結果顯示，浸出液固比大于3/1(mL/g)對脫銅效果影響不大。而銅攪拌浸出—萃取工藝中為保證較高的Cu回收率，一般浸出液Cu的濃度控制在12g/L以下，pH值1.5以上，故為了銜接后面工序中Cu的萃取分離，浸出液固比取5/1(mL/g)，此條件下Cu浸出率81.50%，溶液中Cu濃度為9.6g/L，pH值為1.95，比較適合萃取工序的進料要求。

3.6添加劑的影響

鉛陽極泥中以金屬態存在的部分銅用空氣雖然可以氧化浸出，但是該反應是氣－固反應過程，反應速率非常緩慢，在有限的時間內浸出率不高，故加入添加劑(Fe3+)傳遞氧化－還原電子，構成空氣－添加劑－金屬態銅之間的氣－液－固反應模型，提高金屬態銅的氧化浸出速率，在有限的時間內提高銅的浸出率。在此考察了添加劑添加量對選擇性脫銅效果的影響，結果見圖6。

結果顯示，添加Fe3+可以進一步提高鉛陽極泥脫銅率，Cu的浸出率可由不添加的81.50%提高至91.21%，對Sb的浸出沒有影響。添加劑Fe3+濃度取1g/L。

3.7綜合條件試驗

結合上述試驗結果，采用固定條件:浸出溫度28℃，初始酸度H2SO420g/L，鼓空氣浸出3h，液固比L/S=5/1(mL/g)，添加劑Fe3+濃度1g/L，進行綜合試驗，Cu和Sb的平均浸出率分別為91.30%和2.11%，脫銅渣Cu和Sb平均含量分別為0.65%和45.18%，浸出液含Cu11.2g/L，pH值2.10，Bi，Pb，Au，Ag等不被浸出，達到了鉛陽極泥選擇性脫銅的目的。

4結論

鉛陽極泥選擇性脫銅的最佳條件為:浸出溫度28℃，初始酸度H2SO420g/L，鼓空氣浸出3h，液固比L/S=5/1(mL/g)，添加劑Fe3+濃度1g/L。在此條件下Cu的平均脫除率為91.30%，渣含Cu僅0.65%，Sb的平均浸出率僅為2.11%，渣含Sb45.18%，浸出液含Cu11.2g/L，pH值2.10，Bi，Pb，Au，Ag等不被浸出，取得了較好的選擇性脫銅效果，浸出液采用成熟的Cu萃取工藝進行凈化，生產陰極銅。選擇性脫銅有效解決了鉛陽極泥傳統濕法處理工藝中存在的金屬分離不徹底、產品質量不高等問題。