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铜阳极泥是铜电解精炼过程中产出的一种重要的副产品,含有大量的稀有金属和贵金属,是提取稀贵金属的重要原料。传统铜阳极泥预处理工艺可分为四类:火法工艺、半湿法工艺、选冶联合工艺和全湿法工艺。传统工艺主要存在生产周期长、有价金属回收率低、环境污染、设备腐蚀严重等缺点。因此,采用先进绿色的工艺技术和高效设备、加速生产、提高有价金属回收率、减少环境污染是铜阳极泥预处理工艺的发展趋势。本文以高镍和高铅铜阳极泥为原料,分别进行了常压浸出、超声波辅助浸出、微波辅助浸出和微波-超声波辅助浸出预处理实验研究,提出微波预处理-加压浸出新工艺,采用新工艺预处理后的阳极泥质量显著减少,贵金属得到高度富集,有利于提高贵金属的回收率,减少环境污染,实现了贵贱金属的高效分离;并且进行了微波、超声波辅助浸出过程的理论研究,为微波、超声波技术的冶金工业应用提供了理论基础;同时采用萃取-亚硫酸钠还原工艺从含Cu、Se、Te浸出液中回收有价金属。研究结果表明:高镍铜阳极泥常压浸出最优条件为硫酸浓度1.5 mo1·L-1,浸出温度70℃,固液比0.20 g·mL-1,浸出时间60 min,通气速率0.2 L·min-1,双氧水浓度0.3 mol·L-1,搅拌速率500 min-1,Cu、Te、Se浸出率分别为92.90%、67.75%、17.34%;高铅铜阳极泥常压浸出最优条件为硫酸浓度2.0mol·L-1,浸出温度80℃,固液比0.μg·mL-1,浸出时间90 min,通气速率0.2 L·min-1,双氧水浓度0.2 mol·L-1,搅拌速率500 r.min-1,Cu、Te、Se 浸出率分别为 94.78%、29.38%、16.98%。高镍铜阳极泥超声波辅助浸出最优条件:超声波功率700 W,浸出时间40 min,硫酸浓度1.5mol·L-1,浸出温度70℃,固液比0.25g·mL-1,通气速率0.3L.min-1,双氧水浓度0.2 mol·L-1,Cu、Te、Se浸出率分别为97.41%、88.23%、33.98%;高铅铜阳极泥超声波辅助浸出最优条件:超声波功率500 W,浸出时间60 min,硫酸浓度1.5 mol·L-1,浸出温度80℃,固液比0.25g·mL-1,通气速率0.4 L·min-1,双氧水浓度0.2mol·L-1 Cu、Te、Se 浸出率分别为 98.75%、55.23%、35.98%。高镍铜阳极泥微波预处理-加压浸出新工艺:微波辅助预处理最优条件为微波功率450 W,浸出时间300 s,固液比0.10g·mL-1,目标温度110℃,硫酸浓度1.5mol·L-1,双氧水浓度0.8 mol·L-1,搅拌速率500 r·mi-1；加压浸出最优条件为硫酸浓度3.0 mol·L-1,浸出温度]70℃,浸出时间120min,固液比0.0g·mL-1,搅拌速率500r·min-1,最优化条件下Cu、Te、Se、Ni浸出率分别达到97.12%、95.97%、95.37%、93.90%;动力学分析结果表明:经过微波预处理和未经过预处理的加压浸出过程受界面化学反应控制,微波预处理的加压浸出的表观活化能(49.47 kJ·mol-1)明显低于未预处理的表观活化能(60.57 kj·mol-1)；高铅铜阳极泥微波辅助浸出最优化条件:微波功率600 W,浸出时间40 min,固液比0.30 g·mL-1,目标温度90℃,硫酸浓度1.5 mol.L-1,双氧水浓度0.6 mol·L-1,搅拌速率 500 r.min-1,Cu、Te、Se 浸出率分别为 99.56%、78.31%、75.44%。高镍铜阳极泥微波-超声波辅助浸出:采用响应曲面法进行优化研究,确定了最优化条件,微波功率为834 W,超声波功率为638 W,反应时间为403 s,Cu、Te和Se浸出率分别为98.88±0.56%、98.96±0.78%和98.57±0.67%;高铅铜阳极泥微波-超声波辅助浸出:微波-超声波协同浸出时,Cu、Te、Se浸出率高于微波辅助浸出,这与超声波的作用密切相关,微波-超声波协同浸出渣中矿物表面的微小裂缝明显多于微波浸出渣,而裂缝的产生有利于提高有价金属的回收,并且超声波具有独特的机械效应、热效应和空化效应,能够提高浸出反应的效率。微波辅助浸出的原理:微波条件下,有价金属的浸出率能够得到明显提高,这与固体和液体之间的温度差、微波高温渗透区域的存在和矿物表面裂缝的产生有密切关系,根据微波场下矿物表面的扫描电镜分析,提出了微波辅助浸出的模型;超声波辅助浸出的原理:超声波辅助浸出的表观活化能(40.98 kd·mol-1)明显低于常压浸出的表观活化能(53.40 kl·mol-1),与超声波独特的“空化效应”相关,通过浸出渣的扫描电镜分析,确定了超声波辅助浸出的“裂缝效应”,能够促使矿物的解离,并提高有价金属的回收率。采用萃取-亚硫酸钠还原工艺从含Cu、Se、Te浸出液中回收有价金属,萃取最优条件:初始pH值2.0,萃取剂(AD-100)体积浓度20%,相比(O/A)1:1,时间8 min;反萃最优条件::H2SO4浓度2.0mo1·L-1,相比(O/A)1:1,反萃时间6min;亚硫酸钠还原实验最优条件:Na2S03 浓度 1.5 mol·L-1,H2SO4 用量 2.0 mol·L-1,温度 90℃,反应时间 120 min,NaCl浓度0.8mol·L-1,搅拌速率350r.min-1。最优条件下,Cu、Se、Te回收率分别为95.87%、98.77%、96.53%,还原产物中 Se、Te、Cu、Ag 含量分别为 79.69%、9.12%、6.54%、3.32%,Se主要以Se单质和Cu2Se的形式存在,Te主要以Te单质和Ag7Te4的形式存在。萃取-亚硫酸钠还原工艺与铜阳极泥微波预处理-加压浸出工艺相结合,形成了一套高效的浸出回收工艺,Cu、Te、Se、Ni浸出率分别提高了 11.24%、34.20%、72.23%、25.50%,浸出时间缩短,生产成本降低,并且能够高效回收浸出液中有价金属。