鹽酸浸出熱鍍錫煙塵的研究

張 寶，史 威，李 倩，王健龍，劉 益

(中南大學(xué)冶金與環(huán)境學(xué)院，湖南長沙 410083)

錫是銀白色金屬，熔點(diǎn)為231.96℃，具有良好的延展性［1］，能與許多金屬形成無毒、耐腐蝕的合金，主要應(yīng)用于制造合金和包裝材料等［2～4］。錫最重要的用途之一是用于金屬表面鍍錫，以起保護(hù)或裝飾作用，并在防腐、防污劑、催化劑和阻燃劑等方面廣為應(yīng)用［5～7］。

在熱鍍錫過程中，因助焊劑與高溫錫液接觸氣化，產(chǎn)生大量刺激性氣味煙塵，其主要成分包括錫的化合物粉塵、氯化物和碳?xì)浠衔锏?。目前?duì)該類煙塵無有效的處理方法，只能直接外排［8～10］。而從二次資源中回收錫的方法主要有氧化熔煉［11］、堿浸出［12，13］、電解精煉［14］等，但存在錫的綜合利用率低、成本高、設(shè)備復(fù)雜等問題。在此，試驗(yàn)采用鹽酸浸出熱鍍錫煙塵，系統(tǒng)研究了鹽酸濃度、浸出溫度、液固比和浸出時(shí)間對(duì)金屬浸出率的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

實(shí)驗(yàn)原料為某冶煉廠提供的熱鍍錫煙塵，其主要化學(xué)物相含量見表1。

表1 熱鍍錫煙塵的化學(xué)物相含量 %

化學(xué)物相含量分析結(jié)果表明:熱鍍錫煙塵中Sn的主要物相是(NH4)2SnCl6、SnO、Sn和SnO2，含量分別為16.34%、20.06%、1.26%和3.11%，Cu和Zn的主要物相是水溶鹽化合物，含量分別為0.761 6%和4.94%。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

試劑:HCl及蒸餾水;儀器:電子恒速攪拌機(jī)、601超級(jí)恒溫水浴、pH計(jì)。在浸出過程中，熱鍍錫煙塵中元素的浸出率通過以下兩個(gè)公式計(jì)算:

式中η為元素浸出率/%;W1為浸出液中元素質(zhì)量/ g;W2為浸出渣中元素質(zhì)量/g;W0為熱鍍錫煙塵中元素質(zhì)量/g。根據(jù)元素在鹽酸浸出過程中的質(zhì)量守恒，采用上述兩種方式分別計(jì)算實(shí)驗(yàn)中元素的浸出率(兩種方式計(jì)算的浸出率之間不超過5%即可接受)。固定熱鍍錫煙塵原料為10 g。

2 結(jié)果與討論

2.1 鹽酸濃度對(duì)金屬浸出率的影響

在浸出溫度為90℃、浸出時(shí)間為2 h、液固比為6∶1的條件下，考察鹽酸濃度對(duì)金屬浸出率的影響，結(jié)果如圖1所示。

圖1 鹽酸濃度對(duì)金屬浸出率的影響

由圖1可知:鹽酸濃度是浸出過程中重要的影響因素，直接影響著金屬浸出率的大小。隨著鹽酸濃度的增大，Sn、Zn和Cu的浸出率也隨之增加。其原因是在液固比一定的條件下，鹽酸濃度的增加，實(shí)質(zhì)是鹽酸用量的增加，最終導(dǎo)致Sn、Zn和Cu的浸出率也隨之增加。當(dāng)鹽酸濃度達(dá)到125 g/L時(shí)，Sn的浸出率達(dá)到最大值并基本平衡，而Zn、Cu的浸出率保持不變，綜合考慮適宜的鹽酸濃度為125 g/L。

2.2 浸出溫度對(duì)金屬浸出率的影響

在鹽酸濃度為125 g/L、浸出時(shí)間為2 h、液固比為6∶1的條件下，考察浸出溫度對(duì)金屬浸出率的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2 浸出溫度對(duì)金屬浸出率的影響

圖2表明:隨著浸出溫度的增加，Sn、Zn和Cu的浸出率隨之增加，其中Sn的浸出率明顯增加，Zn和Cu的浸出率變化幅度不大。原因?yàn)樘岣呓鰷囟?，溶液粘度減小，反應(yīng)速率增加。當(dāng)溫度達(dá)到75℃時(shí)，Sn的浸出率達(dá)到最大值并基本穩(wěn)定，Zn和Cu的浸出率僅有小幅度增加;考慮到溫度過高，鹽酸揮發(fā)加速，選擇適宜的浸出溫度為75℃。

2.3 液固比對(duì)金屬浸出率的影響

在鹽酸濃度為125 g/L、浸出溫度為75℃、浸出時(shí)間為2 h的條件下，考察液固比對(duì)金屬浸出率的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖3 液固比對(duì)金屬浸出率的影響

圖3表明，隨著液固比的增加，Sn、Zn和Cu的浸出率隨之增加。這主要是由于增加液固比可降低溶液粘度，改善擴(kuò)散條件，使液固兩相充分接觸，提高浸出的傳質(zhì)速度，酸浸反應(yīng)進(jìn)行充分，從而使各金屬浸出率提高;同時(shí)，較大的液固比能溶解更多的金屬離子也可使浸出率提高。當(dāng)液固比大于5∶1時(shí)，Sn的浸出率變化不大，Zn、Cu的浸出率幾乎不變。選擇液固比為5∶1。

2.4 浸出時(shí)間對(duì)金屬浸出率的影響

在鹽酸濃度為125 g/L、浸出溫度為75℃、液固比為5∶1的條件下，考察浸出時(shí)間對(duì)金屬浸出率的影響，結(jié)果如圖4所示。

圖4 浸出時(shí)間對(duì)金屬浸出率的影響

圖4表明，隨著浸出時(shí)間的延長，Sn、Zn和Cu的浸出率隨之增加。當(dāng)浸出時(shí)間達(dá)到100 min時(shí)，Sn、Zn和Cu已基本完全浸出。熱鍍錫煙塵與鹽酸的反應(yīng)已達(dá)到平衡，延長反應(yīng)時(shí)間對(duì)浸出率無明顯影響。故選擇浸出時(shí)間為100 min。

2.5 優(yōu)化條件實(shí)驗(yàn)

在鹽酸濃度為125 g/L、浸出溫度為75℃、液固比為5∶1、浸出時(shí)間為100 min的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到553 mL浸出液和3.64 g浸出渣進(jìn)行分析，結(jié)果如表2所示。

表2 實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果

由表2可知:浸出液中Sn、Zn和Cu的質(zhì)量濃度為71.80 g/L、9.80 g/L和1.57 g/L;Sn、Zn和Cu的浸出率分別為97.36%、99.03%和99.98%，浸出效果較好。

3 結(jié)論

1.采用鹽酸浸出的方法處理熱鍍錫煙塵是可行的，通過控制鹽酸濃度、浸出溫度、液固比和浸出時(shí)間，可將Sn、Zn和Cu等有效浸出。

2.在優(yōu)化條件:鹽酸濃度為125 g/L、浸出溫度為75℃、液固比為5∶1、浸出時(shí)間為100 min，Sn、Zn、Cu的浸出率分別為97.36%、99.03%、99.98%。

［1］ 彭容秋.錫冶金［M］.長沙:中南大學(xué)出版社，2005.

［2］ 黃位森.錫［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2000.

［3］ Blunden S J，Cusack P A，Hill R.The industrial uses of tin chemicals［M］.London:Royal Society of Chemistry Publication，1985.

［4］ Nincevic G A，Grabaric Z，Pezzani A，et al.Influence of essential onion oil on tin and chromium dissolution from tinplate［J］.Food and Chemical Toxicology，2009，47(7):1 556－1 561.

［5］ Karpel S.用途廣泛的錫化合物［J］.國外錫工業(yè)，1989，17(3): 53－57.

［6］ Shadreck C，Robert B H，David K.The technology of tin smelting in the Rooiberg Valley，Limpopo Province，South Africa，ca.1650－1850 CE［J］.Journal of Archaeological Science，2010，37(7): 1 656－1 669.

［7］ Govett M H，Robinson H A.The world tin industry:supply and demand［M］.Sydney:Australian Mineral Economics Pty Ltd，1980.

［8］ 孔霞.錫廢料綜合利用的研究進(jìn)展［J］.化工科技，2011，19 (2):59－63.

［9］ Gudorf M，Lazarova Z，Schugerl K.Removal of tin from metal-containing industrial dusts［J］.Hydrometallurgy，1996，42(1):125－130.

［10］ 殷德洪.從含錫廢料中回收錫［J］.有色金屬(冶煉部分)，1986，(4):43－46.

［11］ 黃書澤.改革開放以來云錫公司錫冶煉科技工作的回顧與今后工作的設(shè)想［J］.云錫科技，1995，22(2):1－4.

［12］ Jun W S，Yun P S，Lee E C.Leaching behavior of tin from Sn-Fe alloys in sodium hydroxide solutions［J］.Hydrometallurgy，2004，73(1－2):71－80.

［13］ Surdia N M，Sugijanto J.Identification of tin from tin-smelting refractory-waste after alkaline solvation［J］.Studier in Environmental Science，1984，23:427－435.

［14］ Garcia G M，Perez H V，Garcia A J，et al.Electrochemical recovery of tin and palladium from the activating solutions of the electroless plating of polymers:potentiostatic operation［J］.Separation and Purification Technology，2005，45(3):183－191.