回收铜鼓风炉水淬渣中铜、钴等有价金属的研究

周虹

（四川省冶金设计研究院，四川成都610041）

1 前言

我国钴矿资源疲乏，钴矿品位相对较低，而且钴多以伴生金属存在于铜、镍、铁等矿床中。在此背景下，加强对各种有色金属冶炼副产品中有价金属的回收具有重要意义[1]。

本研究针对某厂炼铜鼓风炉水淬渣中有价金属的回收。该水淬渣分别含Cu和Co0.5%～1%左右。采用常规的硫酸浸出后，浸出液中Cu和Co的含量为0.5g/L～1g/L左右，并含有一定量的Fe等杂质元素。其中铁的存在会对后续的铜、钴萃取存在影响，需进行净化除铁处理后再进行萃取试验。本试验工艺流程如下。

图1 试验工艺流程

2 试验原理

本试验萃铜所用的萃取剂为LIX984为1:1的十二烷基水极醛肟和2-羟基-5-壬基乙酰肟。其萃取反应[2]：

P507萃钴反应[3-4]：

3 试验步骤

3.1 试验原料和试剂

来源于鼓风炉炼铜后的水淬渣，将其进行硫酸浸出，所得浸出液Co2+为0.59g/L，Cu2+为0.882g/L，Fe含量为5.47g/L。试验所需其他试剂见下表1。

表1 试验所用试剂

3.2 试验方法

铜、钴的溶剂萃取采用分液漏斗按照常规的逆流萃取模拟试验方法进行[5]，具体操作顺序如图2所示。

图2 逆流萃取模拟试验流程

4 试验结果及讨论

4.1 铜的萃取

采用单因素试验法，分别考察了萃取剂、水相pH值、相比（O/A）和级数对铜萃取过程的影响，相接触和静止分层均为5分钟，温度为室温。

（1）萃取剂的选择

研究5%N902+95%磺化煤油5%Lix984+95%磺化煤油两种有机相，在硫酸盐体系中，分别对钴、铁、铜的萃取效果。配置1g/L的FeSO4、CoSO4与CuSO4溶液，相比O/A=1:1和不同的pH值条件下分别进行单级萃取试验。5%N902萃取试验结果如下。

由试验结果可知，虽然N902能够实现铜的100%萃取，且萃取率不受pH影响。但对钴、铁的萃取率均达到94%以上，难以实现铜的富集和提纯，5%Lix984萃取试验结果见表2。

表2 Lix984萃取试验结果

由试验结果可知，Lix984对铜萃取的效果良好，萃取率达到97%左右。更重要的是几乎不萃取浸出液中的Co和Fe，有利于Cu的富集和提纯，所以本试验采用Lix984作为铜萃取剂。

图3 N902萃取率与pH关系

（2）铜萃取饱和容量的测定

在有机相组成5%Lix984+95%磺化煤油，相比O/A=1:1的条件下进行饱和容量的测定，试验结果如下。

由表3可知，0.5mLLix984可萃取铜15.495mg，因此可估计出Lix984对铜的饱和容量为30.99mg/mL。扩大Lix984在有机相中的比例，萃取剂组成为10%Lix984+90%磺化煤油时，10%Lix984的有机相两次萃取时，铜的容量为13.95mg。因此，萃取剂组成为10%Lix984+90%磺化煤油时，相比即可提高到1:5以内，萃取级数从而降低至5级之下。

表3 5%Lix984萃铜的饱和容量测定结果

（3）级数对铜萃取的影响

在有机相组成10%Lix984+90%磺化煤油，相比为O/A=1:4和pH值为3.0的条件下，考察了萃取级数对萃铜过程的影响，试验结果见表4。

图4 级数对萃取率的影响

表4 级数对的铜萃取率的影响

由试验可知，随着萃取级数的增加，铜的萃取率随之上升。当萃取级数为4级时，铜的萃取效果非常好，萃取率均大于99%，且具有良好的重现性。

（4）铜的反萃

采用150g/L的H2SO4溶液，在相比O/A=5:1、反萃级数4级、混合和静置分层时间均为5分钟的条件下，进行铜的反萃试验，试验结果见表5。表5的试验结果表明，铜反萃的效果很好，反萃率达99%左右。

表5 4级错流反萃铜试验结果

4.2 钴的萃取

采用单因素试验法，分别考察了萃取剂浓度、水相pH值、相比（O/A）和级数对钴萃取过程的影响，相接触和静止分层均为5分钟，温度为室温。

（1）萃取剂浓度对钴萃取的影响

在萃取相比O/A=1:1、振荡搅拌和静置分层的时间均为5分钟的条件下进行钴萃取试验，考察萃取剂浓度对钴萃取的影响。试验结果如表6所示。

表6 萃取剂浓度对钴萃取的影响

由表6可知，当有机相中萃取剂P507的浓度由5%增至15%时，钴的萃取率增加值不大，因此确定P507的浓度为5%。

（2）pH对萃钴过程的影响

在有机相组成为5%P507+95%磺化煤油，相比O/A=1:1的条件下进行萃钴试验，考察了水相pH对萃钴过程的影响。试验结果见表7。

表7 水相pH对萃钴过程的影响

图5 pH对P507萃钴的影响

由表7试验结果可知，随着水相pH值的增加，钴的萃取率随着增大。

图6 相比对P507萃钴的影响

（3）相比对钴萃取的影响

在pH值3.5，振荡搅拌和静置分层的时间均为5分钟的条件下进行钴萃取试验，考察相比对钴萃取的影响。试验结果见表8。

表8 O/A对萃钴的影响

由表8试验结果可知，随着萃取相比的提高，钴的萃取率显著下降。

（4）级数对钴萃取的影响

在相比A/O =3:1、振荡搅拌和静置分层的时间均为5分钟的条件下进行钴萃取试验，考察级数对钴萃取的影响。试验结果见表9。

表9 级数对钴萃取的影响

由表9可知，随着萃取级数的增加，钴萃取率显著增大。萃取级数达到3级后，钴的萃取率达到91%以上。

（5）钴反萃

在反萃相比O/A=1:1、振荡搅拌时间和静置分层时间5分钟的条件下，采用2mol/L的HCl溶液为反萃剂进行钴错流反萃试验，试验结果见表10。

表10 2mol/LHCl溶液反萃钴试验结果

由表10试验可知，以2mol/L的HCl溶液作为反萃液，经两次萃取后，钴的反萃率可以达到85.62%。

5 结论及建议

鼓风炉炼铜产生的大量水淬渣，现有的方法存在许多不足，对于铜、钴等有价金属元素的回收，没有比较好的方法，通过本试验得出：采用溶剂萃取的方法，可以有效的回收和分离铜、钴元素，具有流程短、环境影响小，有价元素综合利用率高等优点，是解决鼓风炉水淬渣资源综合利用的一种很有发展前途的方法。