阳极泥脱铜实验

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本文作者：阮书锋尹飞王成彦陈永强王振文作者单位：北京矿冶研究总院

铅阳极泥是粗铅电解精炼过程产出的阳极沉积物，其产率为粗铅的1.2%～1.8%〔1-2〕。铅阳极泥中主要含有Au，Ag，Sb，Bi，Cu，Pb等元素，其中Cu含量一般为2%～8%。关于铅阳极泥的综合回收，传统湿法工艺一般采用氯化浸出或混酸浸出等方式将铅阳极泥中Sb，Bi，Cu等贱金属全部浸入溶液中，然后采用置换、水解、中和沉淀等方法将各金属进行分离，然而传统湿法工艺存在金属间分离不彻底，产品质量不高等缺点〔3-5〕。在此提出选择性脱铜—混酸浸锑、铋—硝酸脱铅—火法熔炼回收贵金属的联合工艺对铅阳极泥进行了综合处理研究，并取得了较好的效果。本文重点介绍该工艺中选择性脱铜试验研究。

1试验原料与方法

1.1试验原料组成

试验用铅阳极泥化学组成为:Sb40.31%，Bi2.41%，Pb16.32%，Cu6.15%，Ag3.46%，Au25.21g/t。该铅阳极泥已经过了氧化堆存预处理，其中Cu，Sb，Bi，Pb等元素主要以氧化物的形态存在。

1.2工艺流程

铅阳极泥选择性脱铜工艺流程见图1。

1.3试验方法

主要试验设备:精密调速搅拌器，三口圆底烧瓶，加热装置，控温继电器，温度计，空气压缩机，过滤装置，烘箱等。

试验方法:称取一定量铅阳极泥置于三口圆底烧瓶内，将一定酸度的硫酸溶液倒入圆底烧瓶中，置于加热装置上加热至设定温度，并用玻璃触点温度计控制反应温度，开启搅拌，通空气，氧化浸出一定时间，过滤，并用清水冲洗3～4次，渣置于烘箱中烘干，称重，分析渣中Cu，Sb含量，按渣计计算Cu，Sb浸出率。

2选择性脱铜原理

PbSO4溶度积为1.6×10－8，为难溶;Sb，Bi的氧化物均只微溶于稀硫酸体系，故选择稀硫酸体系将阳极泥中Cu选择性浸出，从而与Pb，Sb，Bi，Au，Ag等进行初步分离。选择性脱Cu主要化学反应式如下:（略）。

3试验结果与讨论

3.1鼓空气的影响

物相分析显示，铅阳极泥中的铜大部分以氧化铜形式存在，少部分以金属铜形式存在。以金属铜形式存在的部分，浸出需要氧化，在此对铅阳极泥进行了鼓空气与不鼓空气对比试验。

试验固定条件:浸出温度28℃，初始酸度H2SO430g/L，浸出时间3h，液固比L/S=10/1(mL/g)。试验结果见表1。

试验结果表明，在浸出过程中向溶液中鼓入空气，对Cu的浸出有一定促进作用，Cu的浸出率稍有提高。

3.2温度的影响

试验固定条件:初始酸度H2SO430g/L，鼓空气浸出3h，液固比L/S=10/1(mL/g);试验结果见图2。

试验结果表明，浸出温度对选择性脱铜的影响较大。浸出温度从28℃提高至80℃，Cu的浸出率从81.57%提高至92.50%，同时Sb的浸出率也从2.63%提高至12.26%。提高浸出温度不利于选择性脱Cu，有大量Sb也进入溶液不利于Cu的萃取分离。试验表明，温度高于50℃，浸出液在冷却过程中有白色沉淀形成，经取样分析，该白色沉淀的主要成分为Sb，含量达60%。此外，分别取浸出温度28，50和80℃的浸出液用AcorgaM5640进行了萃取试验。28℃条件下所得浸出液在萃取过程中没有第三相形成;而浸出温度50℃和80℃的浸出液经冷却澄清过滤，再取滤液进行萃取试验，均在有机相和水相之间形成大量第三相，严重影响了萃取的效率和分相效果。综合上述，既要达到选择性脱Cu的目的，又要抑制Sb的溶出，还要考虑后步溶液Cu的萃取分离，选择性脱铜工序浸出温度采用28℃左右较理想。

3.3初始酸度的影响

试验固定条件:浸出温度28℃，鼓空气浸出3h，液固比L/S=10/1(mL/g)，结果见图3。

试验结果显示，直接水浸(铅阳极泥中有少量残留酸)达不到脱铜效果，Cu的浸出率仅为26.56%。Cu和Sb的浸出率随初始酸度的提高而增加，当初始H2SO4浓度大于10g/L，Cu的浸出率大幅度的提高，而Sb的浸出率增加不明显，故选择性脱铜初始H2SO4浓度取10～30g/L。

3.4浸出时间的影响

试验固定条件:浸出温度28℃，初始酸度H2SO420g/L，鼓空气，液固比L/S=10/1(mL/g)，试验结果见图4。

结果显示，延长浸出时间对Cu的浸出有利。浸出10h，渣中Cu可以降至1.09%，浸出率可达84.96%。同样，浸出时间长也有利于Sb的浸出，浸出10h，Sb浸出率高达9.09%。故要达到较好的选择性脱铜效果，浸出时间不可过长，最好控制3h左右。

3.5液固比的影响

改变浸出液固比一方面改变了浸出液中各金属离子浓度和余酸量，另一方面改变了单位溶液的处理能力。试验固定条件:浸出温度28℃，初始酸度H2SO420g/L，鼓空气浸出3h，试验结果见图5。

结果显示，浸出液固比大于3/1(mL/g)对脱铜效果影响不大。而铜搅拌浸出—萃取工艺中为保证较高的Cu回收率，一般浸出液Cu的浓度控制在12g/L以下，pH值1.5以上，故为了衔接后面工序中Cu的萃取分离，浸出液固比取5/1(mL/g)，此条件下Cu浸出率81.50%，溶液中Cu浓度为9.6g/L，pH值为1.95，比较适合萃取工序的进料要求。

3.6添加剂的影响

铅阳极泥中以金属态存在的部分铜用空气虽然可以氧化浸出，但是该反应是气－固反应过程，反应速率非常缓慢，在有限的时间内浸出率不高，故加入添加剂(Fe3+)传递氧化－还原电子，构成空气－添加剂－金属态铜之间的气－液－固反应模型，提高金属态铜的氧化浸出速率，在有限的时间内提高铜的浸出率。在此考察了添加剂添加量对选择性脱铜效果的影响，结果见图6。

结果显示，添加Fe3+可以进一步提高铅阳极泥脱铜率，Cu的浸出率可由不添加的81.50%提高至91.21%，对Sb的浸出没有影响。添加剂Fe3+浓度取1g/L。

3.7综合条件试验

结合上述试验结果，采用固定条件:浸出温度28℃，初始酸度H2SO420g/L，鼓空气浸出3h，液固比L/S=5/1(mL/g)，添加剂Fe3+浓度1g/L，进行综合试验，Cu和Sb的平均浸出率分别为91.30%和2.11%，脱铜渣Cu和Sb平均含量分别为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，达到了铅阳极泥选择性脱铜的目的。

4结论

铅阳极泥选择性脱铜的最佳条件为:浸出温度28℃，初始酸度H2SO420g/L，鼓空气浸出3h，液固比L/S=5/1(mL/g)，添加剂Fe3+浓度1g/L。在此条件下Cu的平均脱除率为91.30%，渣含Cu仅0.65%，Sb的平均浸出率仅为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，取得了较好的选择性脱铜效果，浸出液采用成熟的Cu萃取工艺进行净化，生产阴极铜。选择性脱铜有效解决了铅阳极泥传统湿法处理工艺中存在的金属分离不彻底、产品质量不高等问题。