从布袋灰中提取有价金属的新工艺研究.DOC

1、从布袋灰中提取有价金属 的新工艺研究 施丽华 1,2， 江伟 1， 王文祥 1,2 （ 1.广东环境保护工程职业学院 ， 广东 佛山 528216； 2.广东省固体废弃物资源化与重金属污染控制工程技术研究中心，广东 佛山 528216） 摘要 ：研究了 从布袋灰中提取有价金属的新工艺。采用 碳酸钠焙烧 水洗 法 从布袋灰中 除砷 ，考察了 碳酸钠用量 、 焙烧 温度、 焙烧时间 对 除砷率 的影响。结果表明 ，在 25 g 碳酸钠 /50 g 布袋灰 、 600 焙烧 2 h 的 条件下得到的焙砂经水 洗后，水洗渣 含 砷仅 为 0.15%， 除砷率 可达 99.85%，此时锌、铜的损 失率仅

2、为 0.5%。除砷水洗渣提取有价金属的最佳浸出条件为：硫酸浓度 1.23 mol/L、 浸出温度 90 、 浸出时间 1.5 h，在此条件下锌浸出率达 98.53%，铜浸出率达 97.65%。 浸出液中的锌 、 铜可采用加入过量氢氧化钠的方法得到分离，浸出渣中的铅 、锡可加入碳进行还原熔炼得到铅锡合金。 关键词 ：布袋灰； 砷 ； 锌 ； 碳酸钠 ； 浸出 ； 硫酸 中图分类号： TF81 文献标志码： A 文章编号： 1007-7545（ 2018） 08-0000-00 New Process to Extract Valuable Metals from Bag Dust SHI Li-

3、hua1,2, JIANG Wei1, WANG Wen-xiang1,2 (1. Guangdong Vocational College of Environmental Protection Engineering, Foshan 528216, Guangdong, China; 2. Guangdong Engineering and Technology Research Center of Solid Waste Resource Recovery and Heavy Metal Pollution Control, Foshan 528216, Guangdong, China

4、) Abstract: A new process to extract valuable metals from bag dust was studied. Arsenic was removed by roasting with sodium carbonate and water-washing. Effects of dosage of sodium carbonate, roasting temperature and roasting time on arsenic removal were investigated. The results show that arsenic i

5、n washed slag is only 0.15% with removal rate of 99.85% and loss rate of zinc and copper is only 0.5% under the conditions including bag dust of 50 g, sodium carbonate dosage of 25 g, roasting at 600 for 2 h. Leaching rate of zinc and copper from water-washing residue is 98.53% and 97.65% respective

6、ly under the optimum conditions including concentration of sulfuric acid of 1.23 mol/L, leaching temperature of 90 , and leaching time of 1.5 h. Zinc and copper can be separated by adding excess sodium hydroxide. Lead and tin in leaching slag can be received as Pb-Sn alloy by reduction smelting with

7、 carbon addition. Key words： bag dust; arsenic; zinc; sodium carbonate; leaching; sulfuric acid 在铜、铅、锌冶炼过程中，均 有 烟尘 产生， 袋灰即 冶炼过程产生的烟尘 通过 布袋除尘器收集 的产物， 除了含有大量的铅、锌、铜、锡等有价金属外，还含有砷、汞等对人体有明显危害的金属，所以布袋灰既是一种环境污染物，又是一种潜在的资源 ， 早期的堆放或 直接填埋 等 处理方法 将造成极大的资源浪费。由于近年来环保法规日趋严格，国内外学者也采取直接返烧结 1-3、喷吹处理技术 4-5或 其他技术 6-11处

8、理布袋灰。 吴玉林等 12采用碱浸体系浸取回收铜烟灰中的铜、铅、锌。梁勇等 13采用加入焦炭焙烧处理铜闪速炉烟灰。付一鸣等 14采用空气焙烧脱砷法处理铜 转炉烟灰 。 余忠珠 15采取酸浸、除杂、萃取等方式处理回收铜转炉烟灰获取粗铜、七水硫酸锌等产品。 本文采用 火法冶金 湿法冶金 联合 的方法 分 步 回收提取 铜冶炼 布袋灰中的锌 、 铜 、 锡 、 铅等有价金属 。 1 试验部分 1.1 试验原料 布袋灰 取自广东肇庆某金属公司 ，化学 成分 (%)： Zn 24.25、 Cu 11.69、 Sn 3.26、 Pb 9.85、 As 8.93、 Ni 0.21、Fe 0.20、 O 23

9、.8、 Al 0.08、 S 5.55、 Cl 0.92、 Na 3.64、 Ca 0.16、 Ti 0.01、 Mg 0.56、 Bi 0.31、 Se 0.01、 Sb 0.34。 1.2 试验原理 因布袋灰中含有较高的 有毒 金属砷，如果直接对布袋灰进行酸浸提锌， 砷也被浸 出 ，造成 后续 除砷步骤复杂 ，所以本工艺路线选择先除砷，再提取锌 、铜等 其他有价金属。 砷与碳酸钠在高温焙烧下可形成 极易溶于水的 砷酸钠， 可以用水洗除去砷，再对 水洗 除砷渣中的有价金属进行提取， 工艺 流程 见 图 1。 收 稿日期 ： 2018-03-22 基 金项目 ： 佛山市科技创新项目 (2016

10、AG100482)； 广东环境保护工程职业学院 2015 年院长基金 (K630315101709) 作者 简介 ：施丽 华（ 1987-），女，江西赣州人，硕士，工程师 . doi： 10.3969/j.issn.1007-7545.2018.08.007 图 1 布袋灰中有价金属提取 的 工艺流程 Fig.1 Process flow sheet for extraction of metal from bag dust 1.3 试验方法 焙烧 试验 ：取 50 g 布袋灰放入陶瓷钵中，加入一定质量的碳酸钠搅拌混匀， 放入马弗炉中，当马弗炉达到设定 温度 时开始计时，焙烧 一定时间后， 取

11、出焙砂。 水洗 试验 ：将焙砂放入 1 L 三口烧瓶中，加入一定体积水，在设定温度下，搅拌一定时间后，采用真空抽滤分离，得到水洗液（砷酸钠）和水洗渣 。 浸出 试验 ：将 水洗渣 放入 1 L 三口烧瓶中，加入一定体积水和浓硫酸，在设定温度下，搅拌浸出一定时间后，采用 真空 抽滤分离滤液和滤渣，记录滤液（浸出液）体积和烘干后的滤渣（浸出渣）质量。 分析 浸出液和浸出渣 中锌 、铜 等 质量分数， 元素浸出率 以渣计。 2 试验结果 与分析 2.1 除砷试验 2.1.1 碳酸钠用量 对 除砷率 的影响 在各装有 50 g 布袋灰 的 5 个陶瓷钵中，分别加入 10、 15、 20、 25、 30

12、 g 的碳酸钠搅拌混匀，放入马弗炉中，当马弗炉达到设定温度 550 时，开始计时，焙烧 1 h 后，取出焙砂，将焙砂放入 1 L 的 三口烧瓶中，加入一定体积的水， 80 搅拌 1 h 后，采用真空抽滤分离。 图 2 为 碳酸钠用量对 除砷率 的影响。 从图 2 可见，砷除去率随碳酸钠用量的增多而升高，当用量为 25 g 时，水洗渣中的砷仅为 2.5%， 除砷率 达 97.5%，继续增加碳酸钠用量，砷的除去率略微下降，这是 由于碳酸钠用量 过多 ，导致焙砂软化点明显降低。当焙砂软化并粘窑时，物料中砷的氧化将无法进行，所以每 50 g 布袋灰中加入 25 g 碳酸钠 。 10 15 20 25

13、30 35889092949698100除砷率/%Na2CO3/g图 2 碳酸钠用量对 除 砷率的影响 Fig.2 Effects of dosage of sodium carbonate on arsenic removal 2.1.2 焙烧温度对 除砷率 的影响 试验条件： 布袋灰 50 g、 碳酸钠 25 g、 分别在 不同 温度 焙烧 1 h， 再按 2.1.1 节 方法进行水洗， 图 3 为 不同焙烧温度 下 砷 的 除去率 ，可以 看出，随着焙烧温度的升高，砷的除去率也相应增加，当焙烧温度为 600 时，水洗渣中砷仅为 1.1%， 除砷率 达 98.9%，但是继续升高温度 至 6

14、50 时，砷的除去率几乎没有增加，为节约能耗 ，选择焙烧温度为 600 。 450 500 550 600 650 7007580859095100除砷率/%焙烧温度/ 图 3 焙烧温度对 除砷率 的影响 Fig.3 Effects of roasting temperature on arsenic removal 2.1.3 焙烧时间对 除砷率 的影响 试验条件： 布袋灰 50 g、 碳酸钠 25 g、 分别在 600 焙烧 不同时间 ， 再按 2.1.1 节方法进行水洗， 图 4 为 不同焙烧 时间 下砷的除去率， 可 以 看出，随着焙烧时间的增加，砷的除去率也相应升高，当焙烧时间为 2

15、 h时，水洗渣中的砷仅为 0.15%， 除砷率 可达 99.85%，但是继续增加焙烧时间，砷的除去率几乎没有增加，为 节约能耗 ，选择焙烧时间 为 2 h， 此时锌、铜的损失率仅为 0.5%。 0 .5 1 .0 1 .5 2 .0 2 .5 3 .084889296100除砷率/%焙烧时间/ h图 4 焙烧时间对 除砷率 的影响 Fig.4 Effects of roasting time on arsenic removal 2.2 有价金属硫酸浸出试验结果 采用最优 焙烧 条件下得到的除砷水洗渣为原料，加入一定体积的硫酸 ， 在一定的温度下搅拌浸出，分别考察硫酸 浓度 、浸出温度和时间对

16、锌、铜浸出率的影响。 2.2.1 硫酸浓度 固定调浆：液固比 8 1（体积质量 比， mL/g，下同 ） 、 浸出温 度 70 、 浸出时间 1 h， 试验结果如图 5 所示。可以看出， 锌浸出率 受 硫酸浓度 的 影响较大 ， 锌、铜 的 浸出率 随硫酸浓度 的 增大 而 提高 ；硫酸浓度为 1.23 mol/L 时，锌、铜浸出率分别提高至 92.34%和 90.78%；再继续增大硫酸浓度，锌、铜浸出率变化不明显。综合考虑，硫酸浓度 选择 1.23 mol/L。 0 .8 0 .9 1 .0 1 .1 1 .2 1 .3 1 .4768084889296浸出率/%H2SO4/ ( m o l

17、 L-1)Z nC u图 5 硫酸浓度对锌、铜浸出的影响 Fig.5 Effects of concentration of sulfuric acid on leaching rate of zinc and copper 2.2.2 浸出温度 在 硫酸浓度 1.23 mol/L、 液固比 8 1、 浸出时间 1 h 的条件下 ，浸出温度试验结果如图 6 所示。锌、铜浸出率均随温度 的 升高而升高 ， 温度 超过 90 后 ， 金属浸出率变化不大， 适宜的 浸出 温度 选择 90 。 60 70 80 90 100 1108084889296100浸出率/%浸出温度/ Z nC u图 6 浸

18、出温度对锌、铜浸出的影响 Fig.6 Effects of temperature on leaching rate of zinc and copper 2.2.3 浸出时 间对锌、铜浸出的影响 在硫酸浓度为 1.23 mol/L、 浸出 温度 90 、 液固比 8 1 的 条件下， 不同 浸出 时间 时 的结果如图 7 所示。可以看出，锌、铜浸出率均随 时间的增加 而升高 ，浸出时间增加 至 1.5 h 时，锌浸出率达 98.53%，铜浸出率达97.65%，继续 延长浸出时间 ，金属浸出率变化不大， 适宜的 浸出时间 为 1.5 h。 0 .5 1 .0 1 .5 2 .0 2 .5 3

19、.08084889296100浸出率/%浸出时间/ hZ nC u图 7 浸出时间对锌、铜浸出的影响 Fig.7 Effects of time on leaching rate of zinc and copper 2.3 有价金属 综合回收 浸出液中的锌 、 铜可采用加入过量氢氧化钠的方法得到分离，浸出渣中的铅 、 锡可加入碳进行还原熔炼得到铅锡合金。 3 结论 1)布袋灰中碳酸钠焙烧法除砷的最佳工艺条件为： 25 g 碳酸钠 /50 g 布袋灰 、 焙烧 温度 600 、 焙烧 时间 2 h，在此 条件下得到的焙砂经水洗后，水洗渣中的砷仅为 0.15%， 除砷率 达 99.85%，锌、铜

20、的损失率仅为 0.5%。 2)除砷水洗渣的最佳浸出条件为： 硫酸浓度 1.23 mol/L、 浸出温度 90 、 浸出时间 1.5 h，在此条件下锌浸出率达 98.53%，铜 浸出率达 97.65%。 参考文献 1 张兆有 . 昆钢资源综合利用概述 J. 冶金环境保护 ， 2003(3)： 66-69. 2 周明顺，杜鹤桂，刘万山 . 瓦斯泥用于鞍钢球团生产的探讨 J. 包头钢铁学院学报 ， 2001， 20(4)： 345-351. 3 李本田 . 高炉瓦斯泥在烧结中的应用 J. 烧结球团 ， 1996， 21(2)： 59-62. 4 GUDENAU H W， AZEVEDO FRS， B

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