一种铜冶炼烟尘中有价金属梯级分离提取的方法

本发明属于有色冶金和固废资源回收利用，涉及一种综合处理铜冶炼烟尘的方法，尤其涉及一种铜冶炼烟尘中有价金属梯级分离提取的方法。

背景技术：

1、近年来，铜矿品位不断降低与铜消耗量和生产量的巨大矛盾，使得从铜冶炼烟尘中提取铜铁铅锌多种有价元素更加急迫和必要，但砷化物和铅锌等不利于铜冶炼过程的元素，阻滞了铜冶炼烟尘的直接利用，需要通过无害化处置和梯级提取，才能实现多种有价元素的资源化回收利用。目前，对铜冶炼烟尘进行无害化和资源化处理的工艺包括火法、湿法和火法湿法联用等。

2、中国专利cn 115198114a公开了一种从铜冶炼烟灰中回收单质砷的系统，该系统包括回转窑、输气装置以及加热装置，回转窑分为加热段、还原段以及收集段，可以连续进料、持续生产，实现自动化砷回收和铜冶炼烟尘的无害化。cn 110669941a公开了一种白烟尘选择性脱砷和有价金属回收方法，将铜冶炼产生的含砷白烟尘、硫酸、添加剂按比例混匀酸化，将配好的酸化料在250～600℃焙烧1～6小时，将白烟尘中的砷以三氧化二砷的形式挥发进入烟尘，有价金属以硫酸盐等形式入渣，实现脱砷，再将焙烧渣加水浸出，从滤液中回收铜和锌，从滤渣中回收其他金属。cn 107779607a公开了一种高砷烟尘高效分离铜砷的方法，采用适量水、稀硫酸溶液或二段浸出液对高砷烟尘进行浆化，并进行常压浸出，烟尘中砷、铜、铁、锌和镉等的金属氧化物和盐类被浸出进入溶液，难以浸出的砷、铜等硫化物残存在渣中。浸出渣经加压浸出进一步提高砷、铜等浸出率，实现烟尘中铜、砷等的高效脱除与回收。cn 117051244a公开了一种铜熔炼烟气除尘及烟尘中有价金属综合提取的方法，铜熔炼烟气经过高温除尘、电除尘，分别得到含铅锌铜铁烟尘和砷烟尘，实现高砷烟尘减量化，含铅锌铜铁烟尘依次进行碱浸、氨浸和酸浸，实现锌、铜、铁、铅的逐级分离回收。

3、通过分析上述专利提供的方法可知：火法过程温度高、能耗高，而湿法浸出流程复杂，需要添加多种药剂，且药剂的选择性不高，如酸浸导致锌、铜、铁同时浸出，氨浸导致锌、铜同时浸出等。

4、因此，提供一种能耗低、药剂消耗量少、流程简单且能实现梯级分离提取的处理方法已经是本领域亟需解决的问题之一。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种铜冶炼烟尘中有价金属梯级分离提取的方法。本发明通过采用还原硫酸化焙烧、水浸和酸浸方法解决了铜冶炼烟尘中有价金属梯级分离提取过程中能耗高，药剂消耗量大，流程复杂，总体成本高的问题。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明提供了一种铜冶炼烟尘中有价金属梯级分离提取的方法，其所述方法包括如下步骤：

4、(1)对铜冶炼烟尘进行还原硫酸化焙烧，得到混合粉尘和还原渣；

5、(2)对步骤(1)所得混合粉尘依次进行除尘处理和第一水浸，得到一次浸出液和一次浸出渣；

6、(3)对步骤(1)所得还原渣依次进行焙烧和第二水浸，得到二次浸出液和二次浸出渣；

7、(4)对步骤(3)所得二次浸出渣进行酸浸，得到三次浸出液和酸浸渣；

8、其中，步骤(2)和步骤(3)不区分先后顺序。

9、本发明中，铜冶炼烟尘通过还原硫酸化焙烧后，烟尘中的铜铁铅转化为硫酸盐留在还原渣中，砷氧化物和硫酸锌挥发到气相中，铜、铁、铅、锌的硫酸盐化率>95％，砷、锌的挥发率>95％；通过水浸实现砷和锌的分离回收；通过连续进行的焙烧、水浸和酸浸实现了铜、铁和铅的分离回收，进而实现了砷、锌、铜、铁、铅的梯级分离和提取。

10、作为本发明的一个优选技术方案，步骤(1)所述还原硫酸化焙烧的还原剂包括碳粉和/或煤粉。

11、优选地，所述还原剂的添加量为铜冶炼烟尘质量的15～35％，例如可以是15％、19％、23％、27％、31％或35％，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。

12、优选地，所述还原硫酸化焙烧的硫酸浓度为60～80wt％，例如可以是60wt％、64wt％、68wt％、72wt％、76wt％或80wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。

13、优选地，所述还原硫酸化焙烧的硫酸添加量为铜冶炼烟尘质量的1～2倍，例如可以是1倍、1.2倍、1.4倍、1.6倍、1.8倍或2倍，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。

14、优选地，所述还原硫酸化焙烧的温度＜500℃，例可以是490℃、480℃、450℃、400℃、350℃、300℃、250℃或200℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用；优选为350～480℃。

15、优选地，所述还原硫酸化焙烧的时间为1～2h，例如可以是1h、1.2h、1.4h、1.6h、1.8h或2h，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。

16、本发明中，所述还原硫酸化焙烧能够有效实现铜冶炼烟尘中有色金属的初步分离。其中还原剂的作用为促进砷物种转化为三氧化二砷，还原剂添加量过多会导致砷、铅、锌物种部分转化为砷、铅、锌单质，一并挥发到气相中，添加量过少则会导致砷物种转化为熔沸点更高的五氧化二砷，同样温度下砷物种挥发不充分；另外，所述还原硫酸化焙烧的温度过高会导致硫酸锌分解而无法挥发到烟气中，温度过低则会导致砷物种挥发不完全。

17、作为本发明的一个优选技术方案，步骤(1)所述混合粉尘中含有氧化砷粉尘和硫酸锌粉尘。

18、优选地，步骤(1)所述还原渣为富铜、铁和铅还原渣。

19、作为本发明的一个优选技术方案，步骤(2)所述除尘处理的温度为240～300℃，例如可以是240℃、250℃、260℃、270℃、280℃、290℃或300℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。

20、优选地，经步骤(2)所述除尘处理后得到净化烟气和砷锌尘。

21、本发明中，所述砷锌尘为除尘处理后得到的混合粉尘，其成分包括氧化砷和硫酸锌。

22、作为本发明的一个优选技术方案，步骤(2)所述第一水浸中水与砷锌尘的质量比为10～15:1，例如可以是10:1、11:1、12:1、13:1、14:1或15:1，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。

23、优选地，步骤(2)所述第一水浸的温度为10～40℃，例如可以是10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃或40℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。

24、优选地，步骤(2)所述第一水浸的时间为0.5～1.5h，例如可以是0.5h、0.75h、1h、1.25h或1.5h，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。

25、优选地，步骤(2)所述一次浸出渣包括氧化砷浸出渣。

26、优选地，步骤(2)所述一次浸出液为硫酸锌浸出液。

27、本发明中，通过第一水浸分离砷和锌，若第一水浸的温度过高会导致水分蒸发损失，温度过低则会导致硫酸锌浸出效率低。

28、作为本发明的一个优选技术方案，步骤(3)所述焙烧的温度为550～650℃，例如可以是550℃、570℃、590℃、610℃、630℃或650℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。

29、优选地，步骤(3)所述焙烧的时间为1.5～3h，例如可以是1.5h、1.8h、2.1h、2.4h、2.7h或3h，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。

30、本发明中，步骤(3)所述焙烧的目的在于将还原渣中的硫酸铁分解为氧化铁；焙烧温度过高会导致硫酸铜也发生分解，焙烧温度过低，则会导致硫酸铁分解不完全。

31、优选地，步骤(3)所述第二水浸中水与还原渣的质量比为10～15:1，例如可以是10:1、11:1、12:1、13:1、14:1或15:1，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。

32、优选地，步骤(3)所述第二水浸的时间为2～4h，例如可以是2h、2.2h、2.4h、2.6h、2.8h、3.0h、3.2h、3.4h、3.6h、3.8h或4h，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。

33、优选地，步骤(3)所述第二水浸的温度为60～90℃，例如可以是60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃或90℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。

34、本发明中，通过焙烧将硫酸铁转化为氧化铁，而后经过水浸实现分离还原渣中的硫酸铜，若第二水浸的温度过高会导致水分蒸发损失，温度过低则会导致硫酸铜浸出效率低。

35、作为本发明的一个优选技术方案，步骤(3)所述二次浸出液为硫酸铜浸出液。

36、优选地，步骤(3)所述二次浸出渣包括铁氧化物和铅氧化物。

37、作为本发明的一个优选技术方案，步骤(4)所述酸浸中的酸液包括硫酸。

38、优选地，所述硫酸的浓度为5～10mol/l，例如可以是5mol/l、6mol/l、7mol/l、8mol/l、9mol/l或10mol/l，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。

39、优选地，所述硫酸与浸出渣中fe和pb的摩尔比为h2so4:(fe+pb)＝1.5～2.5:1，例如可以是1.5:1、1.7:1、1.9:1、2.1:1、2.3:1或2.5:1，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。

40、本发明中，通过酸浸将氧化铁转化为硫酸铁，若酸浸过程中硫酸含量过多会导致硫酸消耗量大，硫酸含量过少则会导致硫酸铁浸出效率低。

41、优选地，步骤(4)所述酸浸的温度为40～70℃，例如可以是40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃或70℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。

42、优选地，步骤(4)所述酸浸的时间为1～2h，例如可以是1h、1.2h、1.4h、1.6h、1.8h或2h，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。

43、作为本发明的一个优选技术方案，步骤(4)所述三次浸出液为硫酸铁浸出液；

44、优选地，步骤(4)所述酸浸渣为铅渣。

45、作为本发明的一个优选技术方案，本发明提供的铜冶炼烟尘中有价金属梯级分离提取的方法包括如下步骤：

46、(1)对铜冶炼烟尘进行还原硫酸化焙烧，得到含砷和含锌的混合粉尘和富铜、铁和铅的还原渣；

47、其中，所述还原硫酸化焙烧中还原剂的添加量为铜冶炼烟尘质量的15～35％，浓度为60～80wt％的硫酸添加量为铜冶炼烟尘质量的1～2倍；所述还原硫酸化焙烧的温度＜500℃，时间为1～2h；

48、(2)在240～300℃下对步骤(1)所得混合粉尘进行除尘处理后得到净化烟气和砷锌尘，而后在10～40℃温度下对砷锌尘进行0.5-1.5h的第一水浸，得到氧化砷浸出渣和硫酸锌浸出液；

49、其中，所述第一水浸中水与砷锌尘的质量比为10～15:1；

50、(3)550～650℃温度下对步骤(1)所得还原渣焙烧1.5～3h，而后60～90℃温度下进行第二水浸2～4h，得到硫酸铜浸出液和二次浸出渣；

51、其中，所述第二水浸中水与还原渣的质量比为10～15:1；所述二次浸出渣包括铁氧化物和铅氧化物；

52、(4)40～70℃下、采用浓度为5～10mol/l的硫酸对步骤(3)所得二次浸出渣进行1～2h酸浸，得到硫酸铁浸出液和铅渣；

53、其中，所述硫酸与浸出渣中fe和pb的摩尔比为h2so4:(fe+pb)＝1.5～2.5:1。

54、本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

55、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

56、(1)本发明提供的方法相对于火法湿法联用、火法或湿法，工艺流程简单，能耗低，回收率高且成本低；

57、(2)本发明通过分级焙烧实现了气砷、液锌、液铜、液铁和固渣的梯级分离提取，实现了铜冶炼烟尘的无害化回收处理；

58、(3)本发明提供的方法焙烧温度低，浸出试剂种类少，是一种低能耗铜冶炼烟尘有价金属梯级分离和提取工艺。