從鉛銻冶煉鼓風(fēng)爐水淬渣中堿浸鋅的試驗(yàn)研究

韋巖松，潘恒開

（河池學(xué)院，廣西 宜州 546300）

廣西河池是著名的“有色金屬之鄉(xiāng)”，當(dāng)?shù)氐挠猩饘僖睙捚髽I(yè)多以廣西特色礦產(chǎn)資源脆硫鉛銻礦為原料生產(chǎn)鉛、銻、鋅等金屬產(chǎn)品，所采用的冶煉工藝多為沸騰爐燒結(jié)——鼓風(fēng)爐熔煉工藝［1］，即先通過沸騰爐焙燒脫硫，焙砂壓團(tuán)或與精礦配料燒結(jié)，然后送鼓風(fēng)爐還原熔煉。爐料中的鉛、銻被還原成金屬形成鉛銻合金，部分有價(jià)金屬如銅等與殘硫生成鉛冰銅，其他成分則形成爐渣浮于合金與冰銅表面［2］。爐渣由渣口連續(xù)放出水淬成為水淬渣。水淬渣中通常含鉛銻3%～5%、鋅5%～10%，還有CaO、SiO2、FeO以及其他有價(jià)金屬。鼓風(fēng)爐渣量大、成分復(fù)雜、有價(jià)金屬含量偏低、處理困難，因而多數(shù)企業(yè)僅經(jīng)水淬后即堆放，既占用場(chǎng)地，又浪費(fèi)資源，還留下了環(huán)境污染的隱患［3］。隨著有色冶煉產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，有色金屬礦產(chǎn)資源日漸減少，對(duì)冶煉廢渣進(jìn)行綜合開發(fā)利用日益受到重視。

目前，用于處理鼓風(fēng)爐水淬渣的方法主要有煙化爐煙化法、回轉(zhuǎn)窯法和電熱煙化法［4］等，其基本原理都是通過火法在高溫和強(qiáng)還原條件下使渣中的鉛、銻、鋅、錫等揮發(fā)性金屬還原后揮發(fā)進(jìn)入煙氣，煙氣經(jīng)收塵捕集回收金屬。雖然火法處理水淬渣得到較為廣泛的應(yīng)用并獲得不錯(cuò)的效果，但該法消耗大量燃料和還原劑煤，而且只能得到粗氧化鋅產(chǎn)品，燃燒過程還產(chǎn)生大量溫室氣體，對(duì)環(huán)境構(gòu)成威脅；另外煙化揮發(fā)法對(duì)于鋅品位低于10%的含鋅物料，在揮發(fā)富集時(shí)加工成本過高，經(jīng)濟(jì)上不合算，所以這種方法的應(yīng)用正受到挑戰(zhàn)［5］。濕法冶金工藝既能控制和強(qiáng)化浸出過程，大幅度提高金屬回收率，又能簡(jiǎn)化處理過程，降低生產(chǎn)成本，因此已成為世界上各種有色金屬冶煉的主要方法。

試驗(yàn)以廣西河池某鉛銻冶煉鼓風(fēng)爐水淬渣為原料堿浸鋅，研究了堿浸鋅的工藝條件，為鼓風(fēng)爐水淬渣的綜合開發(fā)利用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)原料及試劑

鼓風(fēng)爐水淬渣，由河池某冶煉廠提供，其主要成分見表1。

表1 鼓風(fēng)爐水淬渣主要成分質(zhì)量分?jǐn)?shù) %

試驗(yàn)所用試劑：硝酸、硫酸、乙酸、氨水、鋅粒、氯酸鉀、氯化銨、乙酸鈉、過硫酸銨、抗壞血酸、氫氧化鈉、硫代硫酸鈉、EDTA溶液等，均為分析純。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

AE240S分析天平，上海精密科學(xué)儀器有限公司；EL－S電子天平，常州市天之平儀器設(shè)備有限公司；SSY4型恒溫水浴鍋，鄭州博科儀器設(shè)備有限責(zé)任公司；SHZ－D（Ⅲ）循環(huán)水多用真空泵，北京泰克儀器設(shè)備有限公司；1.5kW電爐等。

1.3 試驗(yàn)原理與方法

該低品位含鋅物料含有較多的堿性成分，如CaO、MgO等，常規(guī)酸浸時(shí)酸耗大，且鋅浸出率低，金屬雜質(zhì)鐵、鈣、鋁、鎂等大量進(jìn)入浸出液，SiO2易進(jìn)入浸出液并形成膠體，影響浸出渣的分離速度［6］。

而以NaOH溶液為浸出劑，利用鋅與OH－的配位反應(yīng)，使鋅生成穩(wěn)定的鋅配位離子，而鐵、鈣、錳、砷、硅等雜質(zhì)元素基本不溶，可實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬鋅的選擇性浸出［7－8］。浸出反應(yīng)為

稱取約1.000g試樣于250mL燒杯中，用少量水潤(rùn)濕，加入適量不同濃度的NaOH溶液，加蓋表面皿，置于恒溫水浴鍋中恒溫浸出一段時(shí)間。浸出結(jié)束后過濾，用EDTA標(biāo)準(zhǔn)滴定法測(cè)定濾液中鋅質(zhì)量濃度［9］，計(jì)算鋅浸出率。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 浸出溫度對(duì)鋅浸出率的影響

控制NaOH濃度為12mol／L，液固體積質(zhì)量比為12∶1，浸出時(shí)間為80min。浸出溫度對(duì)鋅浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 溫度對(duì)鋅浸出率的影響

由圖1看出，在氫氧化鈉體系中，鋅浸出率受溫度影響較大：溫度在80℃以下時(shí)，隨溫度升高，鋅浸出率明顯升高；溫度在80℃以后，鋅浸出率增加緩慢，曲線趨于平緩。綜合考慮，確定氫氧化鈉浸出體系的適宜溫度為80℃。

2.2 液固體積質(zhì)量比對(duì)鋅浸出率的影響

控制NaOH濃度為12mol／L，浸出溫度為80℃，浸出時(shí)間為80min，液固體積質(zhì)量比對(duì)鋅浸出率的影響試驗(yàn)如圖2所示。

圖2 液固體積質(zhì)量比對(duì)鋅浸出率的影響

從圖2看出：試驗(yàn)條件下，隨液固體積質(zhì)量比增大，鋅浸出率稍有提高。這是因?yàn)殡S液固體積質(zhì)量比增大，單位體積溶液中的原料粒子數(shù)相對(duì)減少，有利于浸出劑擴(kuò)散，從而使反應(yīng)速度加快，鋅浸出率提高；液固體積質(zhì)量比大于11∶1后，鋅浸出率不再提高。試驗(yàn)確定適宜的液固體積質(zhì)量比為12∶1。

2.3NaOH濃度對(duì)鋅浸出率的影響

在浸出溫度80℃、液固體積質(zhì)量比12∶1、浸出時(shí)間80min條件下，NaOH濃度對(duì)鋅浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 NaOH濃度對(duì)鋅浸出率的影響

由圖3可知：鋅浸出率隨NaOH濃度增大而升高；NaOH濃度為12mol／L時(shí)，鋅浸出效果較好；進(jìn)一步增大NaOH濃度，鋅浸出率變化不大。隨NaOH濃度增大，生產(chǎn)成本增加，故確定適宜的NaOH濃度為12mol／L。

2.4 浸出時(shí)間對(duì)鋅浸出率的影響

保持浸出溫度為80℃，液固體積質(zhì)量比為12∶1，NaOH濃度為12mol／L，浸出時(shí)間對(duì)鋅浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示?？梢钥闯觯涸囼?yàn)條件下，反應(yīng)開始階段，鋅浸出率提高較快；浸出60min后，鋅浸出率變化不大。綜合考慮，確定浸出時(shí)間為60min。

圖4 浸出時(shí)間對(duì)鋅浸出率的影響

3 結(jié)論

試驗(yàn)條件下鋅浸出率仍然偏低，這可能是水淬渣中鋅的存在形式比較復(fù)雜造成的。水淬渣中的鋅除以氧化鋅形式存在之外，還以其他物相存在，如硫化鋅（ZnS）、鐵酸鋅（ZnFe2O4）、硅酸鋅（Zn2SiO4）等，它們?cè)贜aOH體系中較為穩(wěn)定，導(dǎo)致鋅浸出率不高。因此，研究鋅在水淬渣中的賦存狀態(tài)，采取適宜手段強(qiáng)化浸出過程，提高鋅浸出率，是下一步需要研究的內(nèi)容和方向。

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