从铜镉渣中析出铜锌镉的氧化氨浸工艺

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
J ournal of J is ho u Uni ver s i t y (Nat ural Sci ence Editio n)
Mar.2010
文章编号:100722985(2010)022*******
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(N H 4)2S 2O 8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Cd 5%～10%,Cu 1.5%～5%,Zn 28%～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 ,ZnSO 4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)
%
Zn Cd Cu Fe Pb Co Ni 40.9
6.43
0.98
1.23
0.99
0.003
0.01
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(2008GK 3003)
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(N H 4)2S 2O 8.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ED TA 络合滴定法测定滤液中的锌含量,用碘化钾析出ED TA 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 +i N H 3+H 2O =[Me (N H 3)i ]2++2O H -,
(1)Me SO 4+i N H 3=[Me (N H 3)i ]+2+SO 2-4.
(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(N H 4)2S 2O 8+2H 2O +4N H 3=4(N H 4)2SO 4+O 2↑,(3)2Me +2i N H 3+O 2+2H 2O =2[Me (N H 3)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p H 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(N H 4)2S 2O 8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L 9(34)因素与水平表
水平
因素
A (氨水浓度)/
(mol L -1)
B (铵离子浓度)/(mol L -1)
C ((N H 4)2S 2O 8质量浓度)/
(g L -1)
D (液固比)/(mL g -1)
1 3.1 4.5204∶1
2 3.4 5.0305∶13
3.7
5.5
40
6∶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.:i i k i :i .k i .
表3　正交实验结果
实验号
因素
A/(mol
L -1
)
B/
(mol L -1)
C/
(g L
-1
)
D/
(mL
g -1
)
考察指标
铜的浸出
率/%
锌的浸出率/%
镉的浸出率/%
1 3.1 4.5204∶189.1192.4554.45
2 3.1 5.0305∶186.6493.5490.63
3 3.1 5.5406∶199.0693.1885.23
4 3.4 4.5306∶195.8295.0999.92
5 3.4 5.0404∶187.0993.1974.34
6 3.4 5.5205∶198.7694.2893.05
7 3.7 4.5405∶194.8595.0498.97
8 3.7 5.0206∶196.0995.0599.96
9 3.7 5.5304∶1
78.79
94.28
80.50
镉K 1230.31253.34247.46209.29K 2267.31264.93271.05282.65K 3
279.43258.78258.54285.11k 176.7784.4582.4969.76k 289.1088.3190.3594.22k 393.1486.2686.1895.04R 16.37 3.867.8625.28锌K 1279.17282.58281.78279.92K 2282.56281.78282.91282.86K 3
284.37281.74281.41283.32k 193.0694.1993.9393.31k 294.1993.9394.3094.29k 394.7993.9193.8094.44R 1.730.280.50 1.13铜K 1274.81279.78283.96254.99K 2281.67269.82261.25280.25K 3
269.73276.61281.00290.97k 191.6093.2694.6585.00k 293.8989.9487.0893.42k 389.9192.2093.6796.99R
3.98
3.32
7.57
11.
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
9
9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
001吉首大学学报(自然科学版)第31卷
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;(N H4)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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Resear ch on Leaching Pr ocess of Copper,Zinc an d Ca dmium f r om
Copper2Ca dmium Slag
L IU Hai2yang,YAN Wen2bi n,SH I Ai2hua,GAO Fe ng
(College of Chemist ry a nd Chemical Enginee r,Jisho u Unive rsity,Jishou416000,Hunan China)
Abstract:Ai mig at t he low l eaching rate of t he t radit io nal am moni um leachi ng process,t he oxi dizi ng a m2 monium leaching process of ext racti ng cadmi um,zinc,and copper f rom copper2cadmium slag i s adopted. The eff ect of copper2cadmi um slag was st udie d by ort hogonal test s in laboratory i n order to find out t he opti mum a mmonia leaching condi tions wi t h oxida nt s.The opti mum conditions obt ai ned are as fol lows: am monia concent rat ion3.7mol/L,am moni um ion conce nt ration5.0mol/L,(N H4)2S2O8co ncent rat ion 30g/L,and liquid to solid ratio6∶1.Under t he opti mum condi tions,t he leaching rate of Cd and Cu can reach99%,and at t he same ti me t he leaching rat e of Zn and Cd can reac h96%.The leachi ng rat e of t he oxidizi ng ammoni um leaching process i s obviousl y hi gher t ha n t hat of t he t raditional a mmonium leachi ng process.
K ey w or ds:copper2cadmium slag;oxi dizi ng am moni um leachi ng;cadmi um;zinc;copper(责任编辑　易必武)。