淺析鋅冶煉過程中銦的富集與回收技術(shù)

劉旭升

摘 要：銦作為制造電光源、半導(dǎo)體、軸承合金、低熔合金等材料的重要原料，是一種質(zhì)地柔軟、可拉成細絲的性能獨特的金屬，隨著科技的發(fā)展和進步，銦在社會發(fā)展中的應(yīng)用日趨廣泛。本文主要通過對鋅冶煉過程中銦的走向與分布的了解，在此基礎(chǔ)上對冶煉渣及副產(chǎn)品中銦的富集與回收方式進行了分析和研究，總結(jié)了不同技術(shù)方式的特點，并對銦富集回收的發(fā)展方向做出了展望。

關(guān)鍵詞：銦；冶煉鋅；萃??；浸出；富集回收

中圖分類號：TF843 文獻標識碼：A

根據(jù)美國地質(zhì)局的調(diào)查資料信息，世界銦的已探明儲量為1.1萬t，而我國銦儲量占世界銦儲量的73%，其主要分布于內(nèi)蒙、云南、廣西等地區(qū)。由于因礦物主要伴生存在于硫化鋅類的礦物當中，并在硫化銻礦、硫化銅礦、氧化鉛礦、錫礦、方鉛礦等礦物中伴生存在，因此，從鋅冶煉中進行銦的富集和回收就成為目前主要的銦收集方法。

一、闡述鋅冶煉過程中銦的走向與分布

當前，在鋅冶煉中我國主要采取的工藝方法包括濕法與火法兩種，其中，濕法又分為常規(guī)浸出法與熱酸浸出法、直接浸出法3類，而在實際的鋅濕法冶煉過程中通常將濕法與火法相互結(jié)合；火法主要是鉛鋅密閉的鼓風爐熔煉方法（簡稱ISP），另外還有豎罐煉鋅、電爐煉鋅等。

（一）鋅濕法冶煉中銦的走向和分布

在采用黃鉀鐵礬法來進行鋅的濕法冶煉過程中，超過95%的銦會溶入到浸出液當中，并在之后的沉礬階段中會隨著沉淀物一同進入到鐵礬當中去，從而實現(xiàn)銦的富集，因此鐵礬渣能夠當做銦的提取原料。此外，在采用此法進行鋅冶煉時，還需在還原預(yù)中和上清液當中進行中和劑的添加，以實現(xiàn)銦的沉淀，從而使銦渣成為銦提取的原料；或是直接于上清液當中進行萃取劑的添加，以實現(xiàn)銦的萃取回收。

（二）鋅火法冶煉中銦的走向和分布

閃鋅礦作為鋅冶煉中的通常處理礦物，考慮到其同方鉛礦之間的共生關(guān)系，因此在進行鋅冶煉的實際操作中通常會伴有鉛冶煉情況的發(fā)生。在采用ISP進行鋅的冶煉時，銦主要存在于精餾的底鉛當中，約為28%；剩余部分大多分布于硬鋅當中，約有18%；粗鉛火法除銅精煉的反射爐渣當中約占14%；反射爐的煙塵當中約存4%；剩余部分多在主流程中分散，這部分約占36%。這是因為在ISP的鋅冶煉過程中，由于其主流程較為分散，造成富集和回收的流程較長，且在冶煉物質(zhì)進入到密閉的鼓風爐后，其熔渣中的銦難以回收，這就造成了銦的流散。

根據(jù)鋅冶煉中銦的走向和分布發(fā)現(xiàn)，鋅的浸出渣、鐵礬渣、底鉛、硬鋅、煙塵、爐渣等物質(zhì)中均可作為銦的主要提取原料。

二、鋅濕法冶煉中富集與回收銦方式分析

（一）通過常規(guī)浸出渣的直接還原揮發(fā)實現(xiàn)銦的富集和回收

袁鐵錘等研究者對傳統(tǒng)的從含銦的鋅精礦當中實現(xiàn)了對銦提取方法的改進。在銦提取原料經(jīng)由中性浸出、酸性浸出之后，對浸出渣添加還原劑，然后經(jīng)制團和干燥以及高溫還原揮發(fā)過程，實現(xiàn)銦在揮發(fā)物中的富集，最后再對其加以回收。進行試驗的最佳條件如下所示：使用質(zhì)量分數(shù)在15%～20%的還原劑，還原溫度保持在1250℃，加料的速度控制在5kg/h，這時銦揮發(fā)率高達97%。此揮發(fā)物在經(jīng)過酸性浸出以后，銦的浸出率可達93.38%，其總體的回收率明顯提升。因此，通過浸出渣的直接還原揮發(fā)實現(xiàn)銦的富集和回收的工藝方法，能夠有效縮短銦冶煉的工藝流程，并有效提高銦的回收率。

（二）通過鋅浸出的高溫硫化揮發(fā)實現(xiàn)銦的富集和回收

呂伯康等研究者通過鋅浸出渣的高溫硫揮發(fā)實現(xiàn)了銦的富集和回收。這個實驗證明，采用高溫硫揮發(fā)富集的新工藝來進行鋅浸出渣的處理具有低成本、高適應(yīng)性、流程短的優(yōu)勢特點，具備較高的工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用價值。在鋅渣的浸出渣、石灰、煤粉、碳粉、硫化物之間的配比為100∶20∶8∶8∶2時，使其在1100℃的溫度條件中硫化揮發(fā)兩個小時，銦揮發(fā)率就能超過90%，具備較高的銦回收率。

（三）通過“浮選、還原焙燒、磁選”的聯(lián)合方法實現(xiàn)銦銀的提取

黃柱成等研究者通過由中南大學所開發(fā)出的“浸鋅渣的還原焙燒、磁選分離”的工藝方法的改進，即在對浸出渣采取化學物相的研究分析基礎(chǔ)上，經(jīng)由浮選、還原焙燒、磁選的聯(lián)合工藝法，對其中所包含的銦、銀等其他元素進行了綜合性的回收。經(jīng)過試驗證明，經(jīng)由一次粗選和一次精選以及一次掃選的流程來對浸鋅渣實施銀浮選的處理作業(yè)，以Na2S作為調(diào)整劑，以XY-1和丁基黃藥的混合物作為捕收劑，以松醇油作為起泡劑，控制浮選溶液的pH值為5，即能獲取品位是3902.1g/t的銀精礦，而銀的回收率達到77.75%；當控制焙燒溫度在1100℃，對浮選尾礦進行2h的還原焙燒，以義馬煤作為還原劑，此時銦、鉛和鋅的揮發(fā)率都超過96%；再對焙燒冶煉渣進行磁選，使尚未回收的銀富集進入磁選鐵粒，進一步得到回收；從而實現(xiàn)了銀、鋅、銦等元素的綜合性回收。

（四）通過低酸浸出的還原液中實現(xiàn)銦的萃取

李秋愛與馬榮俊等研究者在熱酸浸出針鐵礦法進行鋅冶煉的工藝流程中，直接通過低酸浸出的還原液中采用P2O4實現(xiàn)銦的萃取回收。研究證明，此法中銦的萃取率高達99.8%，其反萃達99%，而置換率為98%，當中銦的回收率高于96%。此工藝方法操作簡單，運行可靠，且銦萃取的效果明顯，在萃取過程中也不易出現(xiàn)乳化現(xiàn)象，具有較高的銦回收率。

三、鋅火法冶煉渣及副產(chǎn)品中富集與回收銦技術(shù)分析

（一）通過鋅火法冶煉的副產(chǎn)品當中實現(xiàn)銦的富集和回收

1.通過硬鋅實現(xiàn)銦的富集回收

硬鋅作為火法冶煉鋅工藝流程當中的副產(chǎn)物，它含有鋅、鉛、銦、鍺等物質(zhì)，在實際操作中往往會使用真空蒸餾法從硬鋅當中實現(xiàn)銦的富集回收，同時這個過程也是從硬鋅當中綜合回收其他有價金屬的工藝方法。李淑蘭等研究者通過真空蒸餾法得出了鋅與鉛鋅合金，此時，銦也在蒸餾殘渣當中富集。硬鋅的真空蒸餾的真空度保持在66Pa～106Pa，溫度為1000℃，在這種條件下進行40min～100min的恒溫蒸餾，此法的銦富集比超過9.5倍，直接回收率高于90%。

2.通過氧化鋅的煙灰實現(xiàn)銦的富集回收

鋅濕法冶煉過程中的浸出渣，再經(jīng)由火法冶煉揮發(fā)窯焙燒揮發(fā)后會產(chǎn)生氧化鋅，此物質(zhì)具有含有較高的氟氯，然后再經(jīng)由多膛爐實現(xiàn)氟氯的脫除作業(yè)，再通過中浸、低浸、銦水解，從而獲取富銦渣。氧化鋅在焙燒浸出過程中主要采用中性和酸性兩種浸出工藝，然后利用納米氧化鋅實現(xiàn)銦的水解富集。要獲取傳統(tǒng)的富銦渣大多使用鋅粉的置換方法來進行，而在此過程中會使酸浸液中超過一半的砷作為砷化氫的形態(tài)向外部逸散，從而威脅到生產(chǎn)工人的生命健康，因此現(xiàn)在大多使用水解法實現(xiàn)銦渣的生產(chǎn)。薛永健等研究者對銦綿的生產(chǎn)工藝方法進行了改進調(diào)整，即于氧化鋅的料倉當中進行變頻器添加來控制下料，從而對氧化鋅各槽的pH值加以嚴格控制，然后調(diào)節(jié)低浸酸度與時間，并于中和水解沉銦時進行氧化鋅的分批添加，在使用此法改進后，銦渣的品位提高至兩倍以上，在對納米氧化鋅的加入量控制后，銦渣的品位提高、數(shù)量減少，這就減少了生產(chǎn)精銦的壓力，使得銦回收率增長。

（二）通過鋅火法的冶煉渣當中實現(xiàn)銦的富集和回收

1.通過富銦渣實現(xiàn)銦的富集回收

火法富銦渣包括鋅火法冶煉過程中產(chǎn)生的鋅渣、硬鋅、腳鋅等廢渣在僅有真空蒸餾法進行鋅的提取后所獲取的成分特殊的含銦渣。而劉大春等研究者從酸度、浸出時間、液固比等影響因素入手對富銦渣的銦浸出率進行了研究。該研究結(jié)果證明，通過對工藝條件的合適控制，也就是中性浸出的液固比為6∶1～8∶1，溫度為80℃，浸出時間4h～6h；而酸性浸出的液固比為8∶1，溫度為80℃，浸出時間8h～10h；鋅粉的置換時間為72h，使置換前pH值控制在1～1.5之間，而鋅粉的粒度在80～120目之間，即可實現(xiàn)銦的高效提取。在實踐生產(chǎn)中，此法的銦回收率高于85%。

2.通過鋅精餾爐的浮渣當中實現(xiàn)銦的富集回收

鋅精餾爐的浮渣是在鋅火法冶煉中精餾爐產(chǎn)生的一類浮渣物質(zhì)，其主要成分是金屬鋅。由于在銦的提取過程中，Zn主要作為金屬鋅的形式出現(xiàn)，若用常規(guī)攪拌浸出銦，一方面，攪動難度高；另一方面，這會對設(shè)備造成嚴重的磨損狀況。而在其中又包含少量As，這會導(dǎo)致在浸出的工藝流程中生成劇毒氣體AsH3，這就需要增添AsH3的吸收設(shè)備。針對這種情況，談應(yīng)順等研究者采取了堆浸提取銦的手段，即用硫酸對鋅精餾爐的浮渣堆浸，再用次氧化鋅對浸出液的pH值進行調(diào)節(jié)，達成銦的水解沉淀，再經(jīng)過過濾程序，使得銦與鋅分離，用硫酸使含銦渣浸出，并采取P2O4對酸浸液進行萃取，用鋅板將反萃液中的海綿銦置換出來，再將海綿銦經(jīng)過壓團、澆鑄陽極和電解以及精煉除雜后得到標準的銦錠；將銦和鋅分離之后的含鋅溶液做成硫酸鋅；在堆浸過程中生成的氣體需經(jīng)由硫酸銅溶液，使得溶液能夠?qū)ζ渲械膭《練怏wAsH3進行充分吸收。這種工藝方法能夠?qū)崿F(xiàn)銦和鋅的完全分離，且渣量低，銦的回收率較高，并且能夠?qū)鲞^程中生成的劇毒氣體實現(xiàn)有效控制。

3.通過鉛浮渣的反射爐煙塵實現(xiàn)銦的富集回收

王輝等研究者通過反射爐處理鉛浮渣的煙塵實現(xiàn)銦的富集回收，并對煙塵中包含的銦的相關(guān)物In2O3與In2（SO4）3的特點及性質(zhì)進行了分析，有針對性地提出采取二段硫酸浸出方法，并用P2O4對浸出液萃取，再用硫酸對其進行洗滌，用鹽酸反萃取，再用鋅板進行置換，通過壓團熔鑄和電解鑄型的工序?qū)崿F(xiàn)銦的提取。這種方法流程簡單，銦回收率較高。

結(jié)語

綜上所述，本文主要通過對鋅冶煉過程中銦的富集與回收技術(shù)的分析和研究，熟悉了銦成熟的工藝流程，而萃取效果與浸出條件是銦富集比與回收率的關(guān)鍵要素，萃取劑通常使用P2O4，這就使得新型萃取劑的研發(fā)成為銦提取的未來發(fā)展方向。

參考文獻

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