某冶金塵泥氨法強(qiáng)化浸出回收鋅試驗(yàn)研究

劉一楠 孫 瑞

（1.中國(guó)華電香港有限公司印尼PE公司；2.福州大學(xué)紫金地質(zhì)與礦業(yè)學(xué)院）

冶金塵泥是鋼鐵冶煉產(chǎn)生的固體廢料之一，主要包括高爐瓦斯灰泥、煉金塵泥等。由于我國(guó)對(duì)冶金塵泥的處理技術(shù)不夠先進(jìn)，其隨意排放造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)［1-3］。冶金塵泥的產(chǎn)量很大，且其中含有鐵、鋅、鎂等有價(jià)成分，回收利用冶金塵泥，對(duì)環(huán)境保護(hù)和資源利用具有重要意義［4-5］。目前，常用的冶金塵泥處理方法有金屬化球團(tuán)技術(shù)、冷壓球團(tuán)技術(shù)、火法技術(shù)及濕法技術(shù)等［6-7］。

福建某冶煉廠冶金廢料中的鋅主要以氧化鋅的形式存在，由于鋅顆粒細(xì)小、分散，且多被鐵礦物和硅酸鹽礦物包裹，其回收利用水平較低。在鋅的浸出中，常見的浸出劑有氨水、硫酸銨、碳酸銨、氯化銨等［8-9］，由于單一浸出劑對(duì)原料中鋅的浸出效果有限，故采用氨水與氯化銨組合使用的強(qiáng)化浸出工藝對(duì)該含鋅冶金塵泥進(jìn)行了試驗(yàn)研究，試驗(yàn)獲得了良好的浸出指標(biāo)，為類似冶金塵泥的高效回收提供了經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 原料性質(zhì)

某冶金塵泥取自帶式壓濾機(jī)的傳送帶以及重力除塵裝置放灰口，將取得的冶金塵泥在烘箱內(nèi)烘干，混勻縮分后制成試驗(yàn)原料待用。

1.1 原料多元素分析

原料化學(xué)多元素分析結(jié)果見表1。

由表1可知，原料中的鋅品位為8.40%，為主要回收金屬元素；鐵和鎂在冶金塵泥中多以鐵橄欖石存在，目前回收利用價(jià)值不高。

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1.2 鋅物相分析

原料鋅物相分析結(jié)果見表2。

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由表2 可知，原料中的鋅主要以氧化鋅、硫化鋅形式存在，其中氧化鋅占94.79%，多以類紅鋅礦形式賦存；此外，硫化鋅占2.60%，其余為被鐵礦物和硅酸鹽礦物包裹的鋅。

2 試驗(yàn)原理與方法

2.1 試驗(yàn)原理

試驗(yàn)采用濕法技術(shù)對(duì)含鋅冶金塵泥進(jìn)行試驗(yàn)研究。濕法技術(shù)是通過浸出將塵泥中的有害元素分離出來，然后通過電積方法將鋅從浸出液中富集回收［10］。通過對(duì)不同藥劑、總氨用量、液固比、溫度、浸出時(shí)間、攪拌速度單一變量對(duì)比試驗(yàn)，探究各種影響因素對(duì)鋅離子浸出的影響。為了避免Fe、Al、Ca等雜質(zhì)溶入到濾液中，擬采用氯化銨法直接從氧化鋅礦提取電鋅的工藝。該工藝采用氯化銨—氨水溶液作浸出劑，氧化鋅礦中的鋅以鋅氨配合物形式進(jìn)入浸出液，在浸出鋅的同時(shí)將雜質(zhì)等除去。氨法浸出鋅基本原理為

由上述方程式可知，氨與鋅形成配合物進(jìn)入溶液，而鐵、鋁等其他元素均不溶解，從而實(shí)現(xiàn)鋅的分離［11-12］。同時(shí)，為了探索不同堿性浸出劑對(duì)原料的浸出效果，分別用氨水、硫酸銨、碳酸銨、氯化銨等單一藥劑對(duì)試樣進(jìn)行浸出，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，再分別進(jìn)行組合搭配，在一定條件下對(duì)試樣進(jìn)行強(qiáng)化浸出試驗(yàn)并計(jì)算鋅浸出率，以此來確定試樣浸出的最優(yōu)條件。

2.2 試驗(yàn)方法

每次試驗(yàn)稱取50 g冶金塵泥，加入一定濃度的浸出劑，在500 mL 的錐形瓶中進(jìn)行浸出試驗(yàn)。在磁力攪拌器上保持恒定的反應(yīng)溫度及攪拌速度，控制溫度誤差為±1 ℃，浸出結(jié)束后進(jìn)行過濾、烘干、取樣并化驗(yàn)。

3 浸出條件試驗(yàn)

3.1 浸出劑選擇試驗(yàn)

冶金塵泥中的鋅主要以ZnO 的形式賦存，ZnO 既可溶于酸性溶液也可溶于堿性溶液。當(dāng)用酸性溶液浸出鋅時(shí)，塵泥中的Fe、Al等元素也會(huì)溶于酸性浸出液，很難將鋅回收；但Fe、Al、C 等元素幾乎不溶于堿液，因此采用堿性浸出劑對(duì)塵泥進(jìn)行處理［13］。

3.1.1 單一藥劑浸出種類及濃度試驗(yàn)

氨水、硫酸銨、碳酸銨、氯化銨作為堿性浸出藥劑，常用于浸出Cu、Ni、Zn 等金屬。由于部分金屬可在氨液中形成穩(wěn)定的可溶性氨配離子，使它們較易轉(zhuǎn)入氨浸出液［14-15］。在室溫條件下將氨水、硫酸銨、碳酸銨、氯化銨分別配置成濃度為2，3，4，5，6，7，8 mol/L 的浸出液，然后按液固比4∶1 取200 mL 浸出液與50 g試樣混合，在400 r/min的轉(zhuǎn)速下攪拌2 h，試驗(yàn)結(jié)束后測(cè)量鋅的浸出率（圖1）。

由圖1 可見，與硫酸銨和碳酸銨相比，氨水和氯化銨對(duì)鋅的浸出效果較好；當(dāng)氨水作為浸出劑時(shí)，隨著氨水濃度的提高，鋅浸出率先升高后逐漸平穩(wěn)；當(dāng)氨水濃度為6 mol/L 時(shí)，鋅浸出率達(dá)到最高值，此時(shí)鋅浸出率為52.16%；當(dāng)氯化銨作浸出劑濃度為5 mol/L時(shí)，鋅浸出率達(dá)到最高，此時(shí)鋅浸出率為43.75%。

3.1.2 組合浸出劑種類與濃度配比試驗(yàn)

為對(duì)比組合浸出劑與單一浸出劑的效果，使用硫酸銨、碳酸銨、氯化銨與氨水按一定比例搭配作為浸出劑進(jìn)行試驗(yàn)。根據(jù)單一浸出劑試驗(yàn)的結(jié)果，暫定總的銨根離子濃度為6 mol/L。在室溫條件下，保持總銨根離子濃度不變，分別配置氨水與硫酸銨、氨水與碳酸銨、氨水與氯化銨濃度比分別為3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3 的浸出液，然后按液固比4∶1 量取200 mL 溶液與50 g 試樣混合，在400 r/min 的轉(zhuǎn)速下攪拌2 h，試驗(yàn)結(jié)束后計(jì)算鋅的浸出率，結(jié)果見圖2。

由圖2可見，當(dāng)總的銨根離子濃度以及其他試驗(yàn)條件都相同時(shí)，組合浸出劑的效果優(yōu)于單一浸出劑的效果；當(dāng)氨水與硫酸銨濃度比從2∶1 降低到1∶1時(shí)，鋅浸出率下降；之后隨著氨水與硫酸銨的濃度比繼續(xù)降低，鋅浸出率開始增加并在1∶2時(shí)達(dá)到最大值69.8%。隨著氨水與碳酸銨濃度比的降低，鋅浸出率呈下降趨勢(shì)，并在1∶1處達(dá)到最低值60.7%；繼續(xù)降低氨水與碳酸銨濃度的比值，鋅浸出率逐漸升高。隨著氨水與氯化銨濃度比值的降低，鋅浸出率增加；濃度比在1∶1 時(shí)達(dá)到最大值74.7%，隨后浸出率開始降低。綜合考慮，使用氨水+氯化銨效果較好，確定濃度比為1∶1。

3.2 總銨根離子濃度試驗(yàn)

在室溫條件下，配制氨水與氯化銨濃度比為1∶1，總銨根離子濃度分別為2，3，4，5，6，7，8 mol/L 的浸出液，然后按液固比4∶1 分別量取200 mL 浸出液和50 g試樣，混合后在400 r/min轉(zhuǎn)速下攪拌2 h，試驗(yàn)結(jié)束后計(jì)算鋅浸出率，結(jié)果見圖3。

由圖3 可見，總銨根離子濃度從2 mol/L 增加到4 mol/L時(shí)，鋅浸出率上升；當(dāng)銨根離子濃度進(jìn)一步增加到6 mol/L 時(shí)，鋅浸出率明顯升高；當(dāng)銨根離子濃度達(dá)到6 mol/L 后浸出率逐漸平穩(wěn)，此時(shí)鋅浸出率為75.3%；故確定總銨根離子濃度為6 mol/L。

3.3 液固比試驗(yàn)

室溫條件下，配制氨水與氯化銨濃度比為1∶1，總銨根離子濃度為6 mol/L 的浸出液，然后按液固比為2∶1，3∶1，4∶1，6∶1，8∶1 分別取50，150，200，300，400 mL的浸出液和50 g試樣混合，混合后在400 r/min的轉(zhuǎn)速下攪拌2 h計(jì)算鋅的浸出率，結(jié)果見圖4。

由圖4可見，當(dāng)液固比從2∶1增加到4∶1時(shí)，鋅浸出率明顯升高；繼續(xù)增加液固比到6∶1 的過程中，浸出率升高速度減緩；當(dāng)液固比達(dá)6∶1 后，鋅浸出率趨于穩(wěn)定；確定最佳液固比為6∶1，此時(shí)鋅浸出率為77.3%。

3.4 浸出溫度試驗(yàn)

室溫條件下，配制氨水與氯化銨濃度比為1∶1，浸出液總氨銨根離子濃度為6 mol/L，然后按液固比為6∶1 量取300 mL 浸出液和50 g 試樣5 組，分別置于25，35，50，65，80 ℃水浴中，以400 r/min 的轉(zhuǎn)速攪拌2 h，試驗(yàn)結(jié)束后計(jì)算鋅的浸出率，結(jié)果見圖5。

由圖5 可見，當(dāng)浸出溫度從25 ℃升高到50 ℃時(shí)，鋅浸出率升高，繼續(xù)升溫后鋅浸出率明顯升高；當(dāng)浸出溫度達(dá)65 ℃左右后，鋅浸出率趨于穩(wěn)定，繼續(xù)升溫后并無明顯升高；確定最佳浸出溫度為65 ℃，此時(shí)鋅浸出率為81.9%。

3.5 攪拌時(shí)間試驗(yàn)

室溫條件下，配制氨水與氯化銨濃度比為1∶1，總銨根離子濃度為6 mol/L 的浸出液，然后按液固比為6:1量取300 mL浸出液和50 g試樣7組，置于65 ℃水浴中，以400 r/min 的轉(zhuǎn)速，分別攪拌0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0，3.5 h，試驗(yàn)結(jié)束后計(jì)算鋅的浸出率，結(jié)果見圖6。

由圖6 可見，當(dāng)攪拌時(shí)間在0.5～2 h 時(shí)，鋅浸出率明顯升高；繼續(xù)攪拌，鋅浸出率增長(zhǎng)變慢；當(dāng)攪拌時(shí)間達(dá)到2.5 h后，鋅浸出率趨于穩(wěn)定，繼續(xù)攪拌鋅浸出率并無明顯升高；確定最佳攪拌時(shí)間為2.5 h，此時(shí)鋅浸出率為82.35%。

3.6 攪拌速率試驗(yàn)

室溫條件下，配制氨水與氯化銨濃度比為1∶1，總銨根離子濃度為6 mol/L 的浸出液，然后按液固比為6∶1 量取300 mL 浸出液和50 g 試樣6 組，置于65 ℃水浴中，分別以200，300，400，500，600，700 r/min 攪拌2.5 h，試驗(yàn)結(jié)束后計(jì)算鋅的浸出率，結(jié)果見圖7。

由圖7可見，鋅浸出率隨攪拌速度的增大不斷增加；當(dāng)攪拌速度達(dá)500 r/min 后，鋅浸出率基本穩(wěn)定；故確定最佳攪拌轉(zhuǎn)速為500 r/min，此時(shí)鋅浸出率為86.91%。

4 結(jié) 論

（1）冶金塵泥中的鋅主要以紅鋅礦的形式存在，鋅品位為8.45%，具有較高的回收利用價(jià)值。

（2）由于原料中Fe、Al 等雜質(zhì)含量較高，為防止其他金屬雜質(zhì)溶入濾液中，采用組合浸出劑強(qiáng)化浸出原料中的鋅。浸出結(jié)果表明，組合浸出劑的使用，對(duì)原料中鋅的浸出效果較好。

（3）在氨水與氯化銨濃度比為1∶1、總氨濃度6 mol/L、液固比6∶1、溫度65 ℃、攪拌時(shí)間2.5 h、攪拌速度500 r/min 的最佳條件下，鋅的浸出率為86.91%。試驗(yàn)結(jié)果較好，可為此類研究提供參考借鑒。