铜渣再利用：从冶炼尾渣到高价值金属

1. 铜渣的产生与特性

铜渣是铜冶炼过程中每生产1吨铜约产生2.2吨的冶炼尾渣，具有产量大、成分复杂的特点。其化学组成以铁（Fe）和硅（Si）为主，并含少量锌（Zn）、镍（Ni）、钴（Co）、铅（Pb）、硒（Se）等金属元素，主要物相为铁硅酸盐（如铁橄榄石）和磁铁矿（Fe₃O₄）。

2. 有价金属回收技术路线

根据铜渣的物理化学性质，回收技术可分为物理分离与化学分离两大类：

（1）物理分离技术

· 磁选法：针对铜渣中铁橄榄石等复杂氧化铁难以直接磁选的问题，需先通过氧化焙烧或还原焙烧将铁转化为磁性Fe₃O₄或金属Fe，再经磁选实现铁与铜的高效分离。

· 浮选法：适用于回收铜渣中的残余铜颗粒，但需预先调整矿浆pH和添加捕收剂以提高回收率。

（2）化学分离技术

· 还原焙烧-磁选联合工艺：
以氧化钙（CaO）为助熔剂，可显著降低还原反应温度（约200-300℃），破坏铁橄榄石结构，促进FeO释放并加速铁晶粒成核，铁回收率可提升至85%以上。还原剂可选用煤、焦炭或生物质。

· 浸出法：针对低品位铜渣或复杂组分，具有选择性分离优势，分为以下三类：

o  化学浸出：

§  酸浸：利用H⁺与金属离子置换反应，初期受化学反应控制，后期转为扩散控制，适合回收铜、锌等。

§  氯体系浸出：氯化物（如NaCl、FeCl₃）与金属形成可溶性络合物，适用于难溶硫化物渣。

§  氨/碱浸：选择性溶解铜、镍，避免铁溶出，但需控制氨挥发和碱耗。

o  生物浸出：利用硫杆菌属（如Acidithiobacillus ferrooxidans）氧化硫化矿物，通过直接/间接作用溶解金属，能耗低、环境友好，但浸出周期较长（需10-30天）。

3. 技术挑战与优化方向

· 铁橄榄石稳定性：需强化焙烧条件（如添加CaO或Na₂CO₃）破坏其晶格结构。

· 杂质干扰：铅、砷等有害元素需通过预处理（如硫化焙烧）或联合工艺（如酸浸-沉淀）去除。

· 经济性平衡：生物浸出虽环保但周期长，需结合堆浸或生物反应器优化；化学浸出需控制试剂成本与废水处理。

4. 应用前景

铜渣资源化技术正从单一金属回收向多金属协同提取发展，例如：

· 铁-铜联合回收：还原焙烧后磁选铁，尾渣酸浸提铜，综合回收率超90%。

· 尾渣建材化：剩余硅酸盐渣可制备微晶玻璃或水泥掺合料，实现全组分利用。