铜冶炼渣产量巨大,因目前的处理技术回收率低、综合利用效率不高,其绝大部分未被利用,只能露天堆存于环境中,对大气、土壤、水环境及人类健康构成潜在的危险,探索高效、清洁环保的铜冶炼渣处理工艺的研究迫切而必要。本文以典型的水淬铜渣作为研究对象,提出并优化了铜冶炼(水淬)渣氧压硫酸选择性浸出的湿法提取工艺,并利用电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、过滤过程速率测定等分析、检测和表征手段,探讨了铜冶炼渣、浸出渣的矿物学特征;通过铜冶炼渣中硅、铁在加压酸性浸出条件下转化行为的研究,揭示了浸出矿浆过滤性能的影响机制及氧压硫酸选择性浸出机理,并通过可控条件优化了其结果;通过铜冶炼渣中铜在氧压硫酸体系内浸出动力学的研究,阐明了矿物浸出效率的影响机制及铜、硅铁矿相重构机理,为铜冶炼渣的无害化处理提供理论依据。研究结果表明:采用氧压硫酸选择性浸出工艺处理铜冶炼渣,能够破坏渣中铜、铁嵌布结构;在硫酸浓度0.4 mol/L、浸出温度200℃、液固比6 mL/g、氧分压600 kPa、浸出时间60 min,物料粒度-150+75 μm的条件下,Cu的浸出率大于95 wt%,Fe的浸出率小于0.6 wt%,Si的浸出率小于2 wt%,浸出矿浆平均过滤速率可达3 78.54 L/(m~2·h)。浸出渣成分及物相分析表明,浸出渣主要由赤铁矿(α-Fe2O3)和非晶态SiO2组成,其中几乎不含S,有价金属含量低于0.1 wt%。采用响应曲面法——多目标自适应权重粒子群优化算法优化铜冶炼渣氧压硫酸选择性浸出工艺,能够建立铜冶炼渣选择性浸出率与矿浆过滤性能的二阶响应模型,且该模型的拟合程度较高,优化结果可信。优化后浸出工艺的最佳条件为:温度204.1℃、硫酸浓度0.46 mo l/L、液固比6.9 mL/g,此条件下选择性浸出率为96.95 wt%,平均过滤速率为399.42 L/(m~2·h),工艺结果较优化前得到了明显改善。铜的浸出动力学符合未反应收缩核模型,浸出过程前期受化学反应控制,然后转变为受固体产物层的扩散控制,化学反应控制阶段与固体产物层扩散控制阶段的表观活化能分别为47.3 kJ/mol和11.35 kJ/mol。铜的浸出速率主要由化学反应控制阶段决定,该阶段硫酸浓度、氧分压与颗粒初始半径的参数分别为0.83、0.92和-1,铜的浸出动力学方程可归纳为:(?)