第31卷　第2期　吉首大学学报(自然科学版)Vol.31　No.2 2010年3月JournalofJishouUniversity(NaturalScienceEdition)Mar.2010

文章编号:100722985(2010)0220097204

从铜镉渣中析出铜锌镉的氧化氨浸工艺3

刘海洋,颜文斌,石爱华,高　峰

(吉首大学化学化工学院,湖南吉首　416000)

摘　要:针对传统氨浸工艺浸出率较低现状,采用氧化氨浸工艺浸出回收铜镉渣中的镉、锌和铜.为了确定氧化氨浸工艺的最佳浸出条件,采用正交实验的方法研究了铜镉渣氧化氨浸的影响因素.结果表明:在氨水浓度3.7mol/L,铵离子浓度5.0mol/L和(NH4)2S2O8浓度30g/L、液固比6∶1的条件下,镉、铜的浸出率达到99%,同时锌的浸出率达到96%,浸出率明显高于传统氨浸方法.关键词:铜镉渣;氧化氨浸;镉;锌;铜中图分类号:TF813 文献标识码:B

近年来我国冶锌工业发展迅速,湿法炼锌厂每年都会产出大量的铜镉渣.铜镉渣中一般含Cd5%～

10%,Cu1.5%～5%,Zn28%～50%,仍具有极高的利用价值[1].但因资金和技术条件所限,这些铜镉渣

未能得到有效处理,不仅浪费了大量资源,影响企业的经济效益,对环境也有一定污染.随着经济的发展和对资源的需求量增大,当一次资源日渐贫竭时,利用二次资源则成为必然.如果铜镉渣中主要有价金属全

部回收利用,必然能产生可观的经济效益和社会效益.

通过湿法回收铜镉渣中的有价金属常用酸浸法[224]和氨浸法[528].酸浸法在酸浸时进入浸出液的杂质多,需进行一系列的净化除杂处理,工艺流程长,操作复杂,成本高.氨浸法所得浸出液杂质少,净化除杂容

易,工艺流程短,过程简单.但使用氨水和碳酸铵作为浸出剂时浸出率不高,尤其是渣中的金属铜不易浸

出.为此,笔者研究在氨水和碳酸铵体系中加入氧化剂,从而提高浸出率的工艺.

1　实验原料及方法

1.1实验原料

本实验所采用的原料为湘西某企业生产产生的铜镉渣,锌主要以Zn和ZnO,ZnSO4的形式存在,铜和镉主要以单质及其氧化物的形式存在.其主要化学组成见表1.

表1　铜镉渣主要化学组成(质量分数)%

ZnCdCuFePbCoNi40.96.430.981.230.990.0030.01

1.2实验试剂及设备

实验试剂:氨水、碳酸铵、过硫酸铵等,均为分析纯试剂.

实验装置:集热式恒温加热磁力搅拌器、烧杯、表面皿、量筒等.1.3实验方法及流程

将铜镉渣磨细至200目占90%以上备用,按不同浓度要求用碳酸铵、氨水和蒸馏水配制浸出剂并标定

好备用.实验规模为为每次30g,考察的因素有氨水浓度、碳酸铵浓度、液固比、氧化剂浓度、时间等.

3收稿日期:2009212224基金项目:湖南省教育厅资助科研项目(08C717);湖南省科技计划项目(2008GK3003)作者简介刘海洋(62),男,河南新蔡人,吉首大学化学化工学院硕士研究生,主要从事矿产资源加工与利用研究通讯作者颜文斌,教授,主要从事无机材料及矿产资源加工与利用研究:197:.实验步骤:每次实验将配制好的浸出剂根据液固比加入烧杯,搅拌并缓缓加入铜镉渣矿粉及氧化剂(NH4)2S2O8.加盖并开始计时,室温下搅拌浸出至规定时间.浆料抽滤,洗涤滤渣.然后,用碘量法测定滤

液中的铜含量,用EDTA络合滴定法测定滤液中的锌含量,用碘化钾析出EDTA络合滴定法测定滤液中

的镉含量.

2　实验原理

在浸出过程中主要发生如下反应:

MeO+iNH3+H2O=[Me(NH3)i]2++2OH-,(1)

MeSO4+iNH3=[Me(NH3)i]+2+SO2-4.(2)

由于氨水的反应能力弱,加入氧化剂后可提高浸出率和加快浸出过程[9]:

2(NH4)2S2O8+2H2O+4NH3=4(NH4)2SO4+O2↑,(3)

2Me+2iNH3+O2+2H2O=2[Me(NH3)i]+4OH-.(4)

以上各式中:Me为Cd,Zn,Cu;i=1～4.

3　氨性浸出过程影响因素与水平的选择

3.1氨水浓度

氨水作为浸取剂,在锌量一定的情况下,增大氨水浓度使络合反应向右进行,有利于铜、锌、镉浸出率的提高,但过量氨水必然造成原料的浪费,因此,氨水浓度水平确定为3.1,3.4,3.7mol/L.

3.2铵离子浓度

加入碳酸铵可使氨水浸出的金属络离子与碳酸根离子结合,铵离子可以防止氨水的电离.调节浸出剂的

pH值使其在适宜的范围,有利于铜、锌、镉浸出率的提高.因此,铵离子浓度水平确定为4.5,5.0

和5.5mol/L.

3.3氧化剂浓度铜镉渣中的一小部分铜和镉以铜镉合金的形式存在.需要有氧的参与,单质铜及铜镉合金才能与氨络

合进入浸出液,因此加入氧化剂(NH4)2S2O8有利于铜和镉的浸出率的提高.3.4液固比

液固比小时氨量不足,影响铜、锌、镉的浸出率;但液固比过大,将增加后工序工作负荷.所以,取液固

比水平为4∶1和5∶1和6∶1.

3.5浸取条件的优化设计

影响铜锌氨浸的因素很多,选定在室温,浸出时间1h,搅拌速度500r/min下浸出,主要考察溶液中氨水浓度(mol/L)、铵离子浓度(mol/L)、氧化剂质量浓度(g/L)和液固比(mL/g),采用4因素3水平正交

实验,以铜、锌和镉的浸出率作为实验的考察指标.正交实验因素与水平如表2所示.

表2　正交实验L9(34)因素与水平表

水平因素A(氨水浓度)/(molL-1)B(铵离子浓度)/(molL-1)C((NH4)2S2O8质量浓度)/(gL-1)D(液固比)/(mLg-1

)13.14.5204∶123.45.0305∶133.75.5406∶1

4　实验结果及讨论

用直观分析法[10]对实验结果进行分析.实验结果及数据处理列于表3,根据表3绘制出因素与指标的

趋势图(图),以便于进行更直观的分析其中K为某因素第水平的实验结果之和;某因素第水平

下的平均实验指标对每个因素而言,中最大者减去最小者即为极差89吉首大学学报(自然科学版)第31卷

1.:iiki:i

.ki.表3　正交实验结果

实验号因素A/(molL-1)B/(molL-1)C/(gL-1)D/(mLg-1)考察指标铜的浸出率/%锌的浸出率/%镉的浸出率/

%13.14.5204∶189.1192.4554.4523.15.0305∶186.6493.5490.6333.15.5406∶199.0693.1885.2343.44.5306∶195.8295.0999.9253.45.0404∶187.0993.1974.3463.45.5205∶198.7694.2893.0573.74.5405∶194.8595.0498.9783.75.0206∶196.0995.0599.9693.75.5304∶178.7994.2880.50

镉K1230.31253.34247.46209.29K2267.31264.93271.05282.65K3279.43258.78258.54285.11k176.7784.4582.4969.76k289.1088.3190.3594.22k393.1486.2686.1895.04R16.373.867.8625.

28

锌K1279.17282.58281.78279.92K2282.56281.78282.91282.86K3284.37281.74281.41283.32k193.0694.1993.9393.31k294.1993.9394.3094.29k394.7993.9193.8094.44R1.730.280.501.

13

铜K1274.81279.78283.96254.99K2281.67269.82261.25280.25K3269.73276.61281.00290.97k191.6093.2694.6585.00k293.8989.9487.0893.42k389.9192.2093.6796.99R3.983.327.5711.99

图1　因素与指标的趋势图 极差R的大小,反映了实验中各因素作用的大小,极差大表明该因素对指标的影响大,通常为主要因素;极差小表明该因素对指标的影响小,通常为次要因素由表3及图可以看出,各个因素的主次顺序99第2期 刘海洋,等:从铜镉渣中析出铜锌镉的氧化氨浸工艺

.2为:镉的浸出率,D>A>C>B;锌的浸出率,A>D>C>B;铜的浸出率,D>C>A>B.较优水平按照因素的主次顺序排列为:镉的浸出率,D3>A3>C2>B2;锌的浸出率,A3>D3>C2>

B1;铜的浸出率,D3>C1>A2>B1.

由于镉是回收的主要目标,因此镉的浸出率是最主要的考察指标;锌在铜镉渣中的质量分数高达40.9%,因此也是较主要的考察指标;铜在铜镉渣中的含量较少,因此铜的浸出率为次要的考察指标.因素D,A

对镉和锌的浸出率均是主要因素且均以D3和A3较优,因素D对铜的浸出率为最重要的影响因素且D3较

优,因素A对铜的浸出率为次要因素,因此对因素D,A选取D3和A3.因素C对镉和锌的浸出率的较优水平

均是C2,故对因素C选取C2.因素B对3个考察指标均是较次要的因素,且由于镉的浸出率是最主要的考察指标且以B2较优,故对因素B选取B2.经过以上综合平衡,可以确定最优的水平组合为A3B2C2D3,即选取

的最佳工艺条件为:氨水浓度3.7mol/L,铵离子浓度5.0mol/L,氧化剂质量浓度30g/L,液固比6∶1.

选取的较优水平组合不在L9(34)正交表的9组实验之中,因此按浸出实验的最佳工艺条件做验证性实验,重复做3次,取其平均值作为实验结果,得到镉的浸出率达到99.99%,锌浸出率95.66%,铜浸出率

99.15%,镉、锌和铜的浸出率均高于正交表的9组实验结果,实验结果确证此工艺条件的最优性.

5　结论

1)铜镉渣氧化氨浸的最佳浸出条件是:氨水浓度3.7mol/L;铵离子浓度5.0mol/L;(NH4)2S2O8质量浓度30g/L;液固比6∶1.在最佳工艺条件下,镉的浸出率99.99%,锌浸出率95.66%,铜浸出率99.

15%.浸出液经分离除杂后,可以制得锌、镉、铜的相关产品.

2)采用氧化氨浸工艺处理铜镉渣具有选择性高、浸出温度低、浸出速率快、固液易于分离、浸出率较高、浸出过程对环境较友好和浸出液净化除杂较为容易等优点.

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Copper2CadmiumSlag

LIUHai2yang,YANWen2bin,SHIAi2hua,GAOFeng(CollegeofChemistryandChemicalEngineer,JishouUniversity,Jishou416000,HunanChina)Abstract:Aimigatthelowleachingrateofthetraditionalammoniumleachingprocess,theoxidizingam2moniumleachingprocessofextractingcadmium,zinc,andcopperfromcopper2cadmiumslagisadopted.Theeffectofcopper2cadmiumslagwasstudiedbyorthogonaltestsinlaboratoryinordertofindouttheoptimumammonialeachingconditionswithoxidants.Theoptimumconditionsobtainedareasfollows:ammoniaconcentration3.7mol/L,ammoniumionconcentration5.0mol/L,(NH4)2S2O8concentration30g/L,andliquidtosolidratio6∶1.Undertheoptimumconditions,theleachingrateofCdandCucanreach99%,andatthesametimetheleachingrateofZnandCdcanreach96%.Theleachingrateoftheoxidizingammoniumleachingprocessisobviouslyhigherthanthatofthetraditionalammoniumleachingprocess.Keywords:copper2cadmiumslag;oxidizingammoniumleaching;cadmium;zinc;copper(责任编辑　易必武)001吉首大学学报(自然科学版)第31卷