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从铜镉渣中回收镉的清洁冶金生产技术研究

包崇军  
【摘要】:固体废弃物的回收与利用,是当今环保的一大主题。我国湿法炼锌厂每年产出大量的铜镉渣,渣中富含铜、镉、锌等元素,其中镉是继汞、铅之后污染环境、威胁人类健康的第三种有毒金属元素。铜镉渣得不到有效处理,不仅会浪费大量的有价金属资源,而且还会对环境造成严重污染。因此,如何高效清洁处理铜镉渣,回收其中的有价金属,同时减少对环境的污染,是我国锌冶炼企业面临的共性技术难题。本论文针对我国锌冶炼过程中铜镉渣的处理现状,在分析国内外现有技术的基础上,通过技术集成和自主创新,研发出了铜镉渣选择性浸提技术,使铜镉渣中的镉高效浸出,浸出率达到99.56%,得到的铜渣含铜为37%,真正实现铜镉渣中镉与铜的有效分离;研发出了“铜镉渣选择性浸出—锌粉置换—海绵镉溶解—锌粉再置换—海绵镉熔炼—真空连续精馏”的精镉生产新工艺,用真空连续精馏取代传统的镉电积或真空间断精馏工艺,解决了连续真空精馏生产中的技术难题,成功实现了工业化生产,镉的总回收率达96.39%,产出精镉纯度大于99.995%。本论文从热力学和动力学两个方面对铜镉渣选择性分离铜镉、粗镉连续真空精馏的机理进行了基础理论分析,主要研究的内容和得到的结论如下:(1)通过对铜镉渣浸出试验原料进行化学多元素分析、XRD分析、微观形貌和能谱分析,得出如下结论:①铜镉渣中的主要有价元素为锌、镉和铜,其成分分别为锌元素含量为22%,镉元素的含量为15%,铜元素的含量为10%;②铜镉渣中98%的铜以金属单质的形态存在,锌的主要存在形式是硫酸锌,镉绝大部分以金属镉的形式存在,并伴有少量的硫酸镉。(2)研究了用硫酸选择性浸出铜镉渣、锌粉二次置换制取海绵镉的工艺条件,探索出了铜镉渣的最佳浸出条件为:液固比=6:1,时间4h,温度80~85℃,始酸浓度10~15g/L,浸出终点pH值为5.2;锌粉一次置换镉的最佳条件为:温度50~55℃,时间1h,锌粉用量为理论用量的80%,得到含镉和锌分别为78.42%和7.24%的海绵镉;锌粉二次置换镉的最佳工艺条件为:温度50~55℃,时间0.5~1h,锌粉加入时间10min,得到含镉、锌和铜分别为85.12%、2.17%和0.26%的海绵镉。海绵镉的镉含量提高到85%以上,锌含量降到5%以下,解决了真空连续精馏过程中粗镉含锌高的技术难题;(3)通过试验研究对高品位海绵镉碱性精炼制取粗镉的工艺条件进行了优化,得出较优的工艺参数为:熔炼温度450~50℃,熔炼时间为2~3h,海绵镉与片碱的最佳配比为1:0.2。试验结果表明:该工艺除杂效果好,Zn、Pb、As和Cu的脱除率分别为99.7%、48.9%、97.5%和45.1%,所得的粗镉中镉的含量大于99%,锌含量在0.004%左右,达到真空连续精馏制备精镉的要求;(4)对粗镉连续真空精馏制备精镉的工艺进行了试验研究,所得的最佳工艺条件为:蒸馏温度为420℃,真空度10~20Pa,得到的精镉产品含镉达到99.995%,质量达到国家标准。在真空条件下,冶炼温度仅420℃,与目前国内较为先进的常压精馏工艺相比,冶炼温度下降400℃以上,冶炼能耗降低50%,减少碱渣量40%,镉的直收率可达98.5%。通过开展上述研究工作,较好地解决了铜镉渣浸出率低、海绵镉杂质高及粗镉含锌高而达不到真空连续精馏工艺要求等技术难题,实现了精镉真空精馏的连续生产。在课题实施过程中,还成功开发了“一种粗镉自动加料装置(授权专利号:ZL2011 2021 8528.8)”和“一种底部放粗镉及碱渣的装置(授权专利号:ZL 2011 2 0218470.7)”,采用全密闭粗镉炉烟气罩,优化了作业环境,减少了镉对环境的污染,提升了工艺自动化水平;另外,采用真空精馏及塑烧板收尘技术,实现了烟气达标排放,真正做到了清洁生产。在此基础上,完成了 800t/a精镉示范工程建设,并已成功实现工业化生产,且取得了良好的经济和环保效益,最终验证了此工艺的技术经济可行性。


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