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铜火法精炼炉高砷铜烟尘低温真空碳热还原脱砷研究

李聪 张荣良 曾加 鲁琴瑶 周琳凯 张威

李聪, 张荣良, 曾加, 鲁琴瑶, 周琳凯, 张威. 铜火法精炼炉高砷铜烟尘低温真空碳热还原脱砷研究[J]. 矿产综合利用, 2022, 43(6): 167-173. doi: 10.3969/j.issn.1000-6532.2022.06.028
引用本文: 李聪, 张荣良, 曾加, 鲁琴瑶, 周琳凯, 张威. 铜火法精炼炉高砷铜烟尘低温真空碳热还原脱砷研究[J]. 矿产综合利用, 2022, 43(6): 167-173. doi: 10.3969/j.issn.1000-6532.2022.06.028
Li Cong, Zhang Rongliang, Zeng Jia, Lu Qinyao, Zhou Linkai, Zhang Wei. Study on Low-Temperature Vacuum Carbothermal Reduction of High-arsenic Copper Dust in Copper Fire Refining Furnace for Arsenic Removal[J]. Multipurpose Utilization of Mineral Resources, 2022, 43(6): 167-173. doi: 10.3969/j.issn.1000-6532.2022.06.028
Citation: Li Cong, Zhang Rongliang, Zeng Jia, Lu Qinyao, Zhou Linkai, Zhang Wei. Study on Low-Temperature Vacuum Carbothermal Reduction of High-arsenic Copper Dust in Copper Fire Refining Furnace for Arsenic Removal[J]. Multipurpose Utilization of Mineral Resources, 2022, 43(6): 167-173. doi: 10.3969/j.issn.1000-6532.2022.06.028

铜火法精炼炉高砷铜烟尘低温真空碳热还原脱砷研究

doi: 10.3969/j.issn.1000-6532.2022.06.028
基金项目: 江苏省研究生创新项目(KYCX20 _3133)
详细信息
    作者简介:

    李聪(1996-),女,硕士,研究方向为有色金属冶金及固体废弃物综合利用

    通讯作者:

    张荣良(1968-),男,教授,研究方向为有色金属冶金及固体废弃物综合利用

  • 中图分类号: TD982

Study on Low-Temperature Vacuum Carbothermal Reduction of High-arsenic Copper Dust in Copper Fire Refining Furnace for Arsenic Removal

  • 摘要: 以铜火法精炼炉高砷铜烟尘为原料,采用低温真空碳热还原法对烟尘中As进行脱除处理。通过TGA-DSC对原料进行差热分析,借助于XRD、ICP、SEM等分析手段分别对烟尘和蒸发残渣的物相、化学成分和形貌等进行了分析,在热力学分析的基础上,研究了蒸发温度、残压、还原剂量、蒸发时间等对As及其他有价金属脱除率的影响。结果表明,当蒸发温度为350℃、残压为100 Pa、还原剂量为25%和蒸发时间为50 min时,在保证其他金属基本上不蒸发的同时,As的去除率可达81.63%,实现了As及其他有价金属的选择性分离。蒸发物为纯度较高的As2O3,可以作为初级As2O3产品使用。有价金属在蒸发残渣中得到富集,便于后续的废酸浸出工艺回收。

     

  • 图  1  铜火法精炼炉高砷铜烟尘XRD分析

    Figure  1.  XRD phase analysis of the high arsenic copper dust from copper fire refining furnace

    图  2  还原过程中可能发生的反应中吉布斯自由能与温度的关系

    Figure  2.  Relationship between △G and temperature in possible reactions during the reducing experiment

    图  3  含砷铜烟尘差热分析结果

    Figure  3.  Thermogravimetric analysis of copper dust containing As

    图  4  蒸发温度对As脱除率η的影响

    Figure  4.  Effect of evaporation temperature on the removal rate of As

    图  5  残压P对As脱除率η的影响

    Figure  5.  Effect of residual pressure on the evaporation rate of As

    图  6  蒸发时间t对As脱除率η的影响

    Figure  6.  Effect of evaporation time on the evaporation rate of As

    图  7  还原剂量W对As脱除率η的影响

    Figure  7.  Effect of the reducing dose on the evaporation rate of As

    图  8  As2O3的XRD

    Figure  8.  XRD composition analysis of As2O3

    图  9  残渣的XRD

    Figure  9.  XRD composition analysis of residue

    图  10  As2O3的SEM

    Figure  10.  SEM micrographs of As2O3

    图  11  As2O3的EDS

    Figure  11.  EDS micrographs of As2O3

    表  1  铜火法精炼炉高砷铜烟尘ICP成分分析/%

    Table  1.   ICP composition analysis of the high arsenic copper dust from the copper fire refining furnace

    CuAsZnPbSSnSbSeKFeCaNiZrCr
    19.8014.418.849.502.281.220.940.770.420.320.040.040.040.34
    下载: 导出CSV

    表  2  还原过程可能发生的反应

    Table  2.   Possible reactions during the reducing experiment

    反应类型反应式编号
    直接还原反应C+O2(g)=CO2(g)(1)
    C+CO2(g)=2CO(g)(2)
    1/4ZnSO4+C=CO(g)+1/4ZnS(3)
    1/4PbSO4+C=CO(g)+1/4PbS(4)
    CuO+C=CO(g)+Cu(s)(5)
    2CuO+C=CO(g)+ Cu2O(s)(6)
    Cu2O+C=CO(g)+2Cu(s)(7)
    As2O5+2C=As2O3(g)+2CO(8)
    As2O3+3C=2As(s.g)+3CO(9)
    间接还原反应1/4PbSO4+CO(g)=CO2(g)+1/4PbS(10)
    1/4ZnSO4+CO(g)=CO2(g)+1/4 ZnS(11)
    CuO+CO(g)=CO2(g)+Cu(s)(12)
    Cu2O+CO(g)=CO2(g)+2Cu(s)(13)
    As2O3(s.g)+3CO=2As+3CO2(g)(14)
    As2O5+2CO(g)=As2O3(s.g)+2CO2(15)
    其他反应4As(s)=As4(g)(16)
    4As(g)=As4(g)(17)
    As2O5=As2O3(s.g)+O2(18)
    2ZnSO4=O2+2ZnO+2SO2(g)(19)
    2PbSO4=O2+2PbO+2SO2(g)(20)
    下载: 导出CSV

    表  3  蒸发物As2O3与蒸发残渣的化学成分/%

    Table  3.   Chemical composition of As2O3 and residue

    名称AsCuPbZn
    蒸发物72.780.013-0.0216
    蒸发残渣3.2925.0611.4110.78
    下载: 导出CSV
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  • 收稿日期:  2020-12-28

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