铜火法熔炼过程中,精矿中砷大量挥发进入烟尘,形成高砷铜烟尘。高砷铜烟尘成分复杂,一方面含有铜、铅、锌、锡、铟等有价金属,极具回收价值;另一方面含砷量高,环境潜在性危害大,无害化和资源化利用工艺复杂。砷与烟尘中其他组分的高效分离和无害化处理,是高砷铜烟尘处理的关键点和难点。本文针对某高砷铜烟尘,开展了从其中综合回收有价金属的应用基础研究。本文主要研究内容及获得的结论如下:1.低温焙烧过程中高砷铜烟尘中砷的挥发机理研究以高砷铜烟尘直接挥发实验为基础,开展了高砷铜烟尘中砷挥发的机理研究,结合相图分析、物相分析、差热差重分析等手段,揭示了挥发过程中砷的物相变化规律,探明了生成Pb3(As O4)2和Zn3(As O4)2是限制砷挥发的主要原因。实现砷的高效分离,需在低温条件下,抑制或分解Pb3(As O4)2和Zn3(As O4)2的形成。2.高砷铜烟尘的硫化选择性除砷实验基于高砷铜烟尘的物相结构和矿相分布特征,结合As2S3、As2O3与物料中其他组分蒸汽压的差异,在高砷铜烟尘中配入硫磺于低温下焙烧,在一定硫势环境中,S2在焙烧过程中可对复杂砷共存物相形成分解效应,S2较As2O3更易与Zn O和Pb O反应,抑制了Zn O和Pb O与As2O3形成Pb3(As O4)2和Zn3(As O4)2;同时基于S2的强还原性,生成的Pb3(As O4)2和Zn3(As O4)2可被S2分解,砷以As2S3、As2O3的形式释放,促进了高砷铜烟尘中砷的挥发。焙烧温度400℃、硫磺添加量10%、焙烧时间60min的实验条件下,烟尘中砷挥发率可达94.54%;同时铅、锌挥发率仅为0.89%和0.77%;实现了高砷铜烟尘中砷的选择性分离。动力学研究表明:砷的挥发过程符合气(液)/固反应的收缩核模型,60min以内,反应受内扩散控制;70-100min,反应受化学反应控制。3.高砷铜烟尘的选择性除砷实验一定CO分压条件下,CO可对焙烧过程中所形成复杂砷共存物相Pb3(As O4)2和Zn3(As O4)2形成分解效应,砷以As2O3的形式释放,促进了高砷铜烟尘中砷的挥发。焙烧温度350℃、焦粉添加量30%、焙烧时间150min的实验条件下,砷的挥发率为97.02%;铅、锌挥发率仅为2.01%和1.55%,实现了高砷铜烟尘中砷的选择性分离。动力学研究表明:砷的挥发过程符合气(液)/固反应的收缩核模型;60min以内,反应受内扩散控制;70-100min,反应受混合控制;110-150min,反应受化学反应控制。碳热还原选择性除砷,烟尘中锌、铜转变为对应氧化物,有利于后续的湿法浸出,研究中选择碳热还原选择性除砷对高砷铜烟尘进行脱砷处理。4.“常压酸浸—氧压酸浸”两步法处理低铟脱砷焙烧渣基于焙烧渣锌、铜氧化物溶于硫酸,铅锡氧化物不易溶于硫酸的特性,采用常压酸浸法对脱砷焙烧渣中的锌、铜进行提取。浸出温度95℃,硫酸浓度1.84mol/L,搅拌速度350r/min,物料粒度80-90μm,液固比4:1,浸出时间90min的实验条件下,锌、铜浸出率分别为96.89%和85.21%,铅锡等不浸出,在浸出渣中富集,实现了锌、铜的有效浸出,铟的浸出率低,仅为24.31%。利用氧压酸浸可明显提高浸出温度,显著改善铟浸出的热力学和动力学条件的特性,采用氧压酸浸法提取浸出渣中低含量的铟。浸出温度220℃,物料粒度75-80μm,硫酸浓度1.53mol/L,液固比10:1,搅拌速率650r/min,釜内氧分压0.60MPa的实验条件下,铟的浸出率为99.5%,锡铅等留在渣中并少量富集,实现了浸出渣中铟的高效浸出。动力学研究表明:铟的浸出过程符合气(液)/固反应的收缩核模型,前期受化学反应控制,然后转为混合控制,后期受扩散控制,化学反应控制过程是影响铟浸出的主要过程。“常压酸浸—氧压酸浸”两步法实现了脱砷焙烧渣中铜、锌、铟三种金属的高效分离与回收。结合工厂生产实际,建成了年处理3000吨高砷铜烟尘的示范线,为处理该类烟尘提供了示范作用。该工艺采用碳热还原法除砷,还原温度300-400℃、焦粉添加量30%时,砷的挥发率达93-95%;挥发砷物相采用闷罐还原制备金属砷,还原温度700-750℃、反应时间12h,获得金属砷纯度为99.0-99.5%。采用“常压酸浸—氧压酸浸”两步法处理低铟脱砷焙烧渣,渣中铜以海绵铜回收,铟以富铟物料回收,铜、铟的回收率分别为:98.5%和90.3%。铅锡在浸出渣中富集回收,铅、锡的回收率分别为:98.5%和99.0%。