摘要： 铜冶炼过程中产生大量的废渣，如污水处理石膏、中和渣和渣精矿等，这些废渣中往往含有汞（Hg）、铅（Pb）、镉（Cd）等重金属元素。本文针对铜冶炼废渣中的重金属含量进行化学分析，探讨废渣的资源化利用途径。采用原子荧光法测定废渣中的汞含量，电感耦合等离子体发射光谱（ICP）法测定铅、镉含量。研究表明，污水处理石膏中汞含量较高，中和渣和渣精矿的铅、镉含量偏高。综合考虑废渣的产生量、重金属含量以及废渣性质，提出污水处理石膏用于制硫酸和水泥缓凝剂、中和渣和渣精矿经脱铜后用于铅锌冶炼的资源化利用方案。本研究可为铜冶炼废渣的资源化利用提供理论依据和技术参考。

关键词：铜冶炼废渣;重金属;化学分析;资源化利用

一、引言

铜是最早被人类发现和利用的金属之一，在国民经济中占有重要地位。铜的冶炼过程主要包括铜精矿的焙烧、熔炼、吹炼（转炉）和电解精炼等工序。在铜冶炼过程中会产生大量的固体废物，主要包括污水处理石膏、中和渣、渣精矿等。这些冶炼废渣中通常含有汞、铅、镉等重金属元素，如果处置不当，会对环境造成二次污染。因此，亟需开展铜冶炼废渣中有价金属的提取和资源化利用研究。

国内外学者针对铜冶炼废渣的资源化利用开展了大量研究。Amer等研究了铜冶炼烟尘和污泥中的有价金属提取工艺。Taha等系统总结了铜冶炼废渣的特性、产生量及其资源化利用现状。王杰等对铜冶炼废渣中的铅、锌、铟等有价金属元素赋存形态进行了研究。曾祥君等开发了从铜冶炼废料中回收汞的工艺。刘连启等对铜冶炼废渣直接还原熔炼提铜工艺进行了研究。目前的研究主要集中在某一类或某几类铜冶炼废渣的资源化利用上，缺乏系统全面的废渣资源化利用研究。

本文以某铜冶炼企业的污水处理石膏、中和渣和渣精矿为研究对象，采用化学分析方法测定废渣中汞、铅、镉等重金属含量，在此基础上探讨铜冶炼废渣的资源化利用途径，以期为铜冶炼废渣的综合利用提供新思路。

二、材料与方法

2.1 样品

本研究所用污水处理石膏、中和渣和渣精矿样品取自某铜冶炼企业，其中污水处理石膏取自污水处理车间，中和渣取自制酸车间，渣精矿取自熔炼车间。将样品破碎、混合、缩分，制备成分析样。

2.2 仪器与试剂

原子荧光光度；电感耦合等离子体发射光谱仪;马弗炉;电热板。

硝酸;盐酸;高氯酸;硫酸;氢氟酸;硼酸。

汞标准溶液（GBW08617，100 μg/mL，国家标准物质研究中心）;铅标准溶液（GSB 04-1721-2004，1000 μg/mL，国家标准物质研究中心）;镉标准溶液（GSB 04-1721-2004，1000 μg/mL，国家标准物质研究中心）。

2.3 样品处理与分析方法

称取0.2 g左右的污水处理石膏、中和渣或渣精矿样品于聚四氟乙烯消解罐中，加入5 mL浓硝酸和2 mL氢氟酸，在电热板上加热赶酸至近干。冷却后加入1 mL高氯酸，电热板上继续赶酸，直至溶液呈无色或微黄色。冷却后，用少量水润洗罐壁，并用水定容至25 mL。

汞的测定采用原子荧光法，铅、镉的测定采用电感耦合等离子体发射光谱法。用相应元素的标准溶液配制系列浓度梯度的工作曲线。在最佳仪器条件下测定样品溶液中待测元素的荧光强度或发射光强度，通过工作曲线计算样品中相应元素的含量。

2.4 质量控制

样品测定时做试剂空白、标准曲线、平行样。每测定10个样品，插入1个标准物质样品。平行样的相对偏差控制在10%以内。

三、结果与讨论

3.1 铜冶炼废渣中重金属含量

污水处理石膏、中和渣和渣精矿中汞、铅、镉含量分析结果可知，3种废渣中汞、铅、镉含量差异较大。污水处理石膏中汞的平均含量高达32.5 mg/kg，明显高于中和渣和渣精矿;中和渣和渣精矿中铅、镉含量相对较高，平均含量分别为6.19 mg/kg和12.7 mg/kg。

3.2 污水处理石膏的资源化利用

污水处理石膏主要来源于铜冶炼污酸处理过程，含汞量很高，每年产生量约20万吨。可考虑从污水处理石膏中提取汞，制备高纯度汞或汞化合物产品。提汞后的石膏可用于制硫酸或水泥缓凝剂。

从污水处理石膏中提汞可采用多步连续硫化-蒸馏法。工艺流程为：污水处理石膏经破碎、筛分后，在捣固硫化炉中与硫粉混合，在600 ℃下硫化1 h，使汞转化为硫化汞;硫化后的物料进入真空蒸馏炉，在600 ℃和1.3 kPa条件下蒸馏，蒸馏出的单质汞进行冷凝收集。该法工艺简单，设备投资少，汞回收率可达98%以上。

3.3 中和渣和渣精矿的资源化利用

中和渣和渣精矿分别来源于制酸和熔炼工序，含铜1%～2%，铅锌含量较高，每年产生量在10万吨以上。可先采用火法或湿法工艺回收铜，再将脱铜渣用于铅锌冶炼

中和渣和渣精矿的脱铜可采用还原熔炼-熔炼渣还原工艺。将中和渣或渣精矿与焦炭、石灰石等混合，在1250 ℃条件下还原熔炼1.5 h;还原熔炼得到的铜锍经过吹炼、电解，产出阴极铜;熔炼渣加入还原剂，在1200 ℃下进一步还原30 min，还原渣用于铅锌冶炼。该工艺流程短，铜回收率可达90%以上。

脱铜后的中和渣和渣精矿可用于铅锌冶炼。常用的熔炼工艺有富氧底吹熔炼、ISP熔炼、QSL熔炼等。在铅锌冶炼过程中，渣中的铅、锌被还原进入粗铅和烟尘，经过烟尘处理、粗铅精炼，可获得精铅和粗锌。

四、结论

污水处理石膏中汞含量高达32.5 mg/kg，明显高于中和渣和渣精矿;中和渣和渣精矿中铅、镉含量相对较高，平均含量分别为6.19 mg/kg和12.7 mg/kg。污水处理石膏经多步连续硫化-蒸馏提汞，汞回收率可达98%以上，提汞后的石膏可用于制硫酸或水泥缓凝剂。中和渣和渣精矿经还原熔炼-熔炼渣还原工艺脱铜，铜回收率可达90%以上，脱铜渣可用于铅锌冶炼。本研究可为铜冶炼废渣的资源化利用提供理论依据和技术参考，具有良好的应用前景。

参考文献：

[1] 张婷婷，智士伟，郭利杰，等.铜镍冶炼渣的资源化利用研究进展[J].黄金科学技术， 2020， 28（5）：9.DOI：10.11872/j.issn.1005-2518.2020.05.111.

[2] 张婷婷、智士伟、郭利杰、武震林、韩俊南.铜镍冶炼渣的资源化利用研究进展[J].黄金科学技术， 2020， v.28;No.214（05）：23-31.

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