在火法炼铜过程中，铜精矿中Pb、Zn、As 等低沸点元素挥发、氧化或在气流作用下形成熔炼烟灰和吹炼烟灰^[1-3]，烟灰按照收集位置不同分为粗烟灰和细烟灰，其中都含有1 %～20 %的铜，为提高冶炼总回收率和综合利用有价金属^[4-7]，大多数铜冶炼企业都将烟灰返回熔炼系统配料，这样做增加了入炉原料杂质含量，降低了炉子的处理能力并恶化炉况.Pb、 Zn、As 等有害元素在铜冶炼系统中闭路循环，大多在电解液中富集，导致电铜品级下降，并增加了电解液净化的净液量和难度.因此将烟灰开路，实现综合利用是十分必要的.

铜冶炼烟灰综回利用工艺^[8]可以分为火法、半湿法、全湿法及选冶联合4 大类.采用火法处理普遍存在综合回收水平低、劳动条件差、产生二次污染等问题.湿法处理铜烟灰工艺近年来发展较快，该工艺是利用酸、碱、盐等浸出其中的Cu、Zn、As、In 等金属，再利用不同的方法分别处理浸出液和浸出渣^[9-13]，工艺流程一般较长.烟灰在烟气逸出过程中与烟气中的 O₂和SO₂等接触而被氧化或硫酸化，因此烟灰中所含的金属均以硫酸盐或氧化物形态存在^[13]，这有利于湿法综合利用，但其中As 含量在3 %～10 %，在有价金属利用之前须除去有害元素As^[14].碱法除As 有氢氧化钠法和氨浸法2 种，郑军福^[15]用NaOH 浸出转炉烟灰，As 浸出率达到95 %以上，而Ni 的浸出率小于0.5 %.吴玉林^[16]对炼铜烟灰进行碱浸脱As 的热力学及动力学研究，表明砷的浸出过程受内扩散控制，浸出动力学方程遵循未反应收缩核模型.由于氨能与Cu、 Zn、Ni、Co 等形成络合物，对金属具有较高的选择性，适合处理含Cu、Zn 的铜冶炼烟灰.杨声海^[17]釆用氨-氯化铵浸出高锌低砷烟灰，Zn 浸出率超过96 %.张恩玉^[18]采用碳酸铵溶液浸出铜烟灰，Cu 浸出率为85 %左右，Pb、 Bi、Au、Ag 等有价金属富集后返炼铅系统予以回收.本文主要是氨-硫酸铵体系浸出铜冶炼烟灰碱浸渣的工艺研究.碱浸渣氨浸的主要反应如下：

1 试剂、设备及实验方法

铜冶炼烟灰为白银有色金属集团公司铜业公司的电收尘烟灰，烟灰及碱浸渣化学成分见表 1.试剂有 NaOH、NH₃·H₂O、（NH₄）₂SO₄等.主要设备有电子天平，BPHSCAN-20 pH 计，VIS723 型可见分光光度计等.溶液和渣的化学成分用可见分光光度计分析，数据处理均以溶液中金属离子浓度计.实验装置图见图 1.

2 结果分析与讨论

氨-硫酸铵溶液浸出铜冶炼烟灰碱浸渣时，渣中 Cu、Zn 与氨形成稳定络合物进入浸出液^[19]，实验过程主要考察了氨水浓度、pH 值、NH₃/NH₄⁺、液固质量比、温度、时间等因素对Cu、Zn 浸出率的影响.通过正交实验确定最佳工艺条件，条件实验研究单一因素对 Cu、Zn 浸出率的影响规律.

2.1 pH 值及氨水浓度对Cu、Zn 浸出率的影响

pH 值及氨水浓度对Cu、Zn 浸出率的影响如图 2、图 3 所示.由图 2 可见，当浸出过程pH 值为10 时浸出率最高，Cu²⁺、Zn²⁺的氨络合物最稳定.大于10.5 时，溶液中氨挥发较严重，且由于0H^-浓度的增大，溶液中的Cu²⁺、Zn²⁺易与0H^-结合生成沉淀物，从而导致 Cu、Zn 浸出率下降.挥发氨用稀硫酸吸收，吸收液用于配制硫酸铵溶液.由图 3 可见，在氨-硫酸铵浸出体系中Cu²⁺、Zn²⁺极易与NH₃形成稳定络合物进入溶液，氨水是形成氨络合物的来源，随浸出液中游离氨浓度增加，Cu（NH₃）₄²⁺ 、Zn（NH₃）₄²⁺稳定区域增大，促进了Cu²⁺、Zn²⁺形成氨络合物； 总氨浓度大于5 mol/L时，溶液中游离氨的浓度随总氨浓度的增加变化不明显，Cu、Zn 的浸出率变化也不大.综合考虑总氨浓度为5 mol/L，pH 值为10.

2.2 氨铵比对Cu、Zn 浸出率的影响

氨铵摩尔比对Cu、Zn 浸出率的影响如图 4 所示.由图 4 可见由于（NH₄）₂SO₄溶液能与氨水形成缓冲溶液维持浸出体系pH 值的稳定，增大（NH₄）₂SO₄浓度有助于浸出过程中游离氨的生成，促进其与铜冶炼烟灰碱浸渣中的Cu、Zn 形成氨络合物，进而提高 Cu、Zn 的浸出反应速率与浸出率.但（NH₄）₂SO₄浓度增加到一定浓度时，浸出反应速率受溶质扩散速率控制，Cu、Zn 浸出率的增加逐渐减缓，（NH₄）₂SO₄浓度对浸出反应速率的影响变小.且NH₃/NH₄⁺对pH 值也有影响，NH₃/NH₄⁺增加pH 值也增加，pH 值大于10.5 时，会因沉淀的生成使浸出率降低.综合考虑确定氨铵摩尔比为2:1.

2.3 液固质量比对Cu、Zn 浸出率的影响

液固质量比对Cu、Zn 浸出率的影响如图 5 所示.由图 5 可见，当铜冶炼烟灰碱浸渣的量一定时，随着液固质量比的增加，溶液中游离氨的总量增加，碱浸渣中可与Cu²⁺、Zn²⁺络合的氨总量增加；另外可以使矿浆黏度减小，改善了扩散条件，促使液固两相充分接触，使得Cu、Zn 的浸出率增加.结合浸出率和浸出液中Cu²⁺、Zn²⁺浓度，液固质量比取5:1.

2.4 温度对Cu、Zn 浸出率的影响

温度对Cu、Zn 浸出率的影响如图 6 所示.由图 6可见，随反应温度的升高，氨浸反应所需的活化能降低，Cu²⁺、Zn²⁺与氨络合反应的稳定常数也随之增加，浸出率也不断增加.在浸出温度达到70 ℃后，Cu²⁺、 Zn²⁺与氨络合反应的稳定常数变化幅度减小，此时 Cu、Zn 浸出率趋于稳定.温度过高，由于Cu²⁺、Zn²⁺与氨形成的氨络合物稳定性降低，且在较高温度下的挥发损失而不利于络合反应的进行，降低了浸出率^[20].确定最佳温度为70 ℃.

2.5 时间对Cu、Zn 浸出率的影响

时间对Cu、Zn 浸出率的影响如图 7 所示.由图 7可见，增加氨浸时间会使氨浸反应进行得完全和彻底，接近Cu²⁺、Zn²⁺与氨络合反应的平衡状态；时间过长，氨浸液中氨因挥发消耗逐渐增大，导致其浓度逐渐降低，浸出率会有所降低.确定最佳时间为60 min.

3 结论

1）氨-硫酸铵法浸出铜冶炼烟灰碱浸渣的最佳工艺条件为:总氨浓度为5 mol/L、pH 值为10、氨铵摩尔比为2:1、液固质量比为5:1，浸出温度为70 ℃，浸出时间为60 min.在此条件下Cu 和Zn 浸出率分别为90.6 %和92.4 %.

2）氨-硫酸铵浸出体系随总氨浓度、液固质量比的增加Cu、Zn 的浸出率均呈上升趋势，到达一定程度后趋于平缓；而氨铵摩尔比、浸出时间、温度和pH值超过一定值后浸出率呈下降趋势.

3）氨-硫酸铵体系浸出铜冶炼烟灰碱浸渣时，Cu²⁺、 Zn²⁺极易与NH₃形成稳定络合物进入溶液，Zn²⁺与NH₃较Cu²⁺与NH₃形成络合物容易，且Cu、Zn 浸出率的变化趋势相近.