摘要
铜阳极泥是铜电解精炼过程中产生的副产物，富含贵金属-金、银，铂族金属，稀散金属-硒、碲，是提取稀贵金属的重要原料。从铜阳极泥综合回收稀贵金属前要进行预处理工艺分离回收铜、硒、碲等金属，以提高金属直收率。当前铜阳极泥预处理工艺主要以硫酸化焙烧和氧压浸出为主，这两种方法存在贵金属分散，流程冗长，能耗高等问题。因此，开发新型铜阳极泥预处理技术，优化工艺流程具有重要意义。 本研究以西南铜业公司典型铜阳极泥为研究对象，将超声作为外场强化手段，超声协同臭氧、过硫酸钠和氯酸钠作为强化氧化方式，形成了超声预处理铜阳极泥的技术思路。采用超声预处理铜阳极泥，铜、硒浸出率显著提高，优化了技术参数，贵金属得到富集，有利于提高金属直收率，实现贵贱金属的高效分离；进行了超声强化氧化浸出的基础研究，为超声冶金工业应用提供了理论基础。主要研究工作如下： 1、通过高速摄像系统和可视化空化检测手段研究了空化变化规律。研究表明，将超声功率从30 W提高至150 W，体系的空化程度提高了60%；从均相转换为非均相时空化程度可以提高至100%；在非均相中将矿物粒度从120目降至200目，体系的空化程度从15%提高至70%。即增加功率和细化矿物颗粒有利于提高超声利用率。 2、分别提出了超声强化过硫酸钠氧化浸出铜和超声强化臭氧氧化浸出铜的新方法。研究了这两种体系中自由基的变化规律，发现自由基产量随过硫酸钠/臭氧浓度提高而增加。确定了这两种工艺的最佳浸出条件，其中超声强化过硫酸钠体系为超声功率400 W，过硫酸钠浓度50 g/L，浸出时间50 min，浸出温度323K，硫酸浓度160 g/L，液固比3∶1，铜浸出率为 98.11%，相同条件下常规过硫酸钠浸出铜的浸出率63.34%。其中超声强化臭氧体系为超声功率800 W，臭氧流量10 g/h，浸出时间30 min，温度328 K，H2SO4浓度175 g/L，液固比3∶1，最佳铜浸出率为98.46%，相同条件下常规臭氧浸出铜的浸出率50.99%。 3、提出了超声强化氯酸钠氧化浸出硒的新方法。确定了最佳浸出条件为超声功率150 W，氯化钠浓度40 g/L，硫酸浓度150 g/L，氯酸钠浓度60 g/L，液固比5∶1，温度313 K，浸出时间120 min，硒浸出率为98.21%，相同条件下常规氯酸钠浸硒的浸出率57.46%。在浸出硒后，采用超声强化回收两段浸出液中的碲，确定了最佳沉碲条件为超声功率 120 W，铜粉添加量为理论值的 1.2 倍，时间 120min，沉碲温度95℃，最佳沉碲率为99.47%。 4、通过铜/硒浸出反应动力学过程的研究，确定了浸出反应的表观活化能和限制型环节。超声降低了浸出反应的活化能，其中过硫酸钠体系从常规浸出的47.96 kJ/mol降低至16.21 kJ/mol；臭氧体系从常规浸出的31.52 kJ/mol降低至6.23 kJ/mol；氯酸钠体系从常规浸出的37.50 kJ/mol降低至14.88 kJ/mol。超声改变了浸出反应的限制性环节，剥离了铜阳极泥表面的固体产物层或惰性物质，使浸出反应不再受固体层扩散和界面传质的控制。 5、通过对铜阳极泥及浸出渣的矿物学分析，发现超声增强了浸出体系的氧化性，在铜浸出过程中难溶性铜被氧化为水溶性硫酸铜，在硒浸出过程中被硒单质及硒化物氧化为水溶性亚硒酸盐；超声有效地解离了铜/硒团聚体，使被包覆的金属暴露出来进行反应，减小了矿物尺寸，提高了比表面积，增大了液固接触，进而提高了铜/硒浸出率。
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