高砷炼铜烟灰氧化碱浸-硫化沉淀分步处理技术研究

作     者：徐家聪 

作者单位：江西理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：田磊

授予年度：2023年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：高砷炼铜烟灰 氧化碱浸 Avrami模型 硫化沉淀 高值化 

摘      要：铜烟灰是火法炼铜过程产生的废弃物,其中含有铜、铅、锌等多种有价金属元素,以及砷等有害元素。随着铜冶炼行业的不断发展,含砷烟灰的储量也不断增加。目前,大多数学者的研究主要以Na OH+NaS的碱法处理工艺为主。但传统碱浸工艺存在以下问题:铜铅锌等有价金属分离回收流程长;过量NaS的加入,导致后续钙盐沉砷渣中含有较多硫化钙,长期堆存会造成二次污染。本文针对上述问题提出了氧化碱浸-硫化沉淀分步处理工艺,通过氧化碱浸,将铜以Cu（OH）形式进行回收,实现了铜和铅、锌的分步回收,砷和铅、锌进液,再通过硫化沉淀分离回收铅、锌。含砷溶液通过钙化沉淀-碳热还原,砷最终以高纯α-As形式实现回收。主要的研究结论如下:（1）高砷炼铜烟灰中铜、铅、锌等金属元素主要以硫酸盐的形式存在,砷以三氧化二砷的形式存在。氧化碱浸最优条件为:Na OH浓度为3.5 mol/L,浸出温度为90℃,浸出时间60 min,转速为300 r/min,液固比为8:1。HO加入量为HO/AsO的1.2倍。在最优条件下,As、Pb、Zn、Cu的浸出率分别为99.27%,82.82%,95.60%,1.78%,浸出渣主要由Cu（OH）形式存在。动力学研究表明,氧化碱浸过程中砷、铅、锌的表现活化能分别为6.73 k J/mol,4 k J/mol,4.94 k J/mol,其浸出过程均受扩散控制。（2）利用As（Ⅴ）-S-HO系与As（Ⅲ）-S-HO系的各物质的平衡关系,通过热力学计算,分别比较了S/As为1、2、3、4,p H范围在8-14之间,As（Ⅴ）-S-HO体系与As（Ⅲ）-S-HO体系中[S]/[S]的大小,结果表明As（Ⅴ）比As（Ⅲ）在溶液中与硫离子相结合能力更弱,会形成更少的硫代砷酸离子。（3）氧化碱浸液的硫化沉淀的实验研究主要考察了NaS加入量、反应温度和反应时间对铅、锌沉淀率的影响。最优条件为:NaS加入量为1.2倍,反应时间60 min,反应温度50℃。最佳工艺条件下,铅、锌的沉淀率分别为99.78%、99.5%。硫化渣的主要成分为硫化铅和硫化锌。（4）本文采用钙化沉淀和碳热还原的方法对硫化后液中的砷进行高值化处理。对比常用的“NaS+Na OH处理铜烟灰的方法,结果表明,本文使用的氧化碱浸-硫化沉淀分步处理工艺,能够使后续S的残留量仅为0.95%,进行钙化沉砷和碳热还原可得到单质砷,且还原渣中不会有Ca S的富集,避免了后续循环使用还原渣时产生HS的危险。