還原揮發(fā)氧化鋅煙塵中有價(jià)金屬分離工藝研究

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(昆明貴金屬研究所，稀貴金屬綜合利用新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南昆明 650106)

2010年中國(guó)鋅產(chǎn)量接近500萬(wàn)t。由于生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大，鋅冶煉廠產(chǎn)生大量的鐵礬渣和高浸渣，并配入焦粉，采用回轉(zhuǎn)窯高溫(1 200～1 300 ℃)揮發(fā)，經(jīng)布袋收塵，獲得含鋅、鉛、銦、鉍等有價(jià)金屬煙塵[1-5]。由于該煙塵含有價(jià)金屬較多，不能直接進(jìn)入濕法煉鋅系統(tǒng)，部分企業(yè)低價(jià)銷售給私企生產(chǎn)硫酸鋅或提鉛、銦、鉍等，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用及自身資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。因此，研究還原揮發(fā)氧化鋅煙塵中有價(jià)金屬分離工藝具有重要的意義，為實(shí)現(xiàn)高效利用開(kāi)辟一條新途徑。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料

實(shí)驗(yàn)原料來(lái)自云南某大型煉鋅企業(yè)，其化學(xué)成分如表1所示。

表1 氧化鋅煙塵化學(xué)組成 %

衍射分析表明，鋅、鉛、鉍、鐵以氧化物形式存在，銦大部分為氧化物，少部分以硫化物形式存在。

1.2 儀器與試劑

儀器：CH1006型恒溫水浴鍋、JB90-D型調(diào)速攪拌器、三孔燒瓶(1 000 mL)、SHZ-915A真空泵、過(guò)濾瓶(3 000 mL)、SSXZ-12-16馬弗爐、BPG-9240A型干燥箱、分液漏斗(500 mL)、DH-250型振動(dòng)器(可調(diào)振幅)、DMAX-B型X射線衍射儀。

試劑：分析純硫酸、雙氧水、硝酸、碳酸氫銨、鋅粉、P204等，均為分析純。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法及工藝流程

1)樣品經(jīng)烘干，粉碎至粒徑<122 μm，采用四分法取樣；2)稱取一定煙塵，按實(shí)驗(yàn)要求(液固體積質(zhì)量比)加入硫酸和水，置于三孔燒瓶，加熱攪拌浸出，并加入一定量雙氧水，取樣分析并測(cè)定鋅和銦的浸出率，浸出結(jié)束后，過(guò)濾，用硫酸調(diào)節(jié)pH>3.6的洗水，進(jìn)行攪拌洗滌，經(jīng)過(guò)濾，分別獲得含鋅和銦的浸出液和含鉛、鉍浸出渣，含鋅和銦的浸出液采用P204萃取分離鋅和銦；3)含鉛、鉍浸出渣用碳酸氫銨和水浸出，再加硝酸在攪拌條件下浸出，經(jīng)過(guò)濾和洗滌，分別獲得硝酸鉛和含鉍浸出渣。

2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程及討論

2.1 鋅、銦與鉛、鉍分離工序

浸出工序主要目的是使鋅和銦與鉛、鉍分離，以中酸浸出和高酸浸出進(jìn)行對(duì)比[6]。采用中酸浸出，稱取煙塵1 000 g，先加預(yù)先配置的稀硫酸，控制液固比在(4∶1)～(5∶1)，浸出溫度95 ℃，每隔30 min加稀硫酸，保持pH為3.0～3.5，浸出時(shí)間5 h，經(jīng)過(guò)濾和洗滌，取浸出液檢測(cè)鋅和銦，發(fā)現(xiàn)鋅的浸出率達(dá)到95.35%，銦的浸出率達(dá)72.49%，說(shuō)明硫化銦沒(méi)有被浸出。

根據(jù)中酸浸出結(jié)果，為了提高鋅和銦的浸出率，從提高硫酸濃度和加氧化劑這2種強(qiáng)化手段進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可選擇的氧化劑有次氯酸鈣、次氯酸鈉、氯酸鈉、高錳酸鉀、雙氧水、過(guò)氧化物、過(guò)硫酸鹽等。考慮到硫酸鋅用途、鉍的分散和萃取，選擇雙氧水作為氧化劑。稱取煙塵1 000 g，液固比5∶1，硫酸濃度25%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，浸出溫度95 ℃，每隔30 min加雙氧水10 mL氧化硫化銦，浸出時(shí)間5 h，終點(diǎn)pH<1.0，經(jīng)過(guò)濾和洗滌，取浸出液檢測(cè)鋅和銦，發(fā)現(xiàn)鋅的浸出率達(dá)到98.21%，銦的浸出率達(dá)96.04%，鋅和銦浸出較完全，但鐵進(jìn)入到浸出液中，同時(shí)有少量的鉍被浸出。為了除去浸出液中的鐵，且不影響銦的萃取效果，實(shí)驗(yàn)加氧化鋅并加熱到95 ℃調(diào)節(jié)pH為2.0～2.5，煮沸60 min，冷卻并靜置一段時(shí)間，經(jīng)過(guò)過(guò)濾和洗滌，得到精制的含硫酸鋅和硫酸銦溶液。濾渣含鐵和鉍并入后段的含鉍渣，作為深加工原料。

2.2 鋅、銦萃取分離工序

量取含鋅、銦硫酸精制液1 000 mL，移入到分液漏斗中，加入P204萃取劑[7]震動(dòng)乳化15 min，然后豎立靜置待分層后取出，分別得到含硫酸銦和硫酸鋅溶液。萃取實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，銦的萃取率達(dá)到98.12%，實(shí)現(xiàn)了鋅和銦的分離。

2.3 鉛、鉍渣分離工序

將含鉛、鉍浸出渣采用碳酸氫銨碳化，生成碳酸鉛，再加硝酸生成硝酸鉛，其中鉍不參與反應(yīng)，經(jīng)過(guò)過(guò)濾和洗滌，實(shí)現(xiàn)鉛和鉍的分離[8]。實(shí)驗(yàn)碳酸氫銨用量為理論計(jì)算量的1.2倍，反應(yīng)溫度為50 ℃，反應(yīng)時(shí)間為1.5 h，液固比為4∶1。經(jīng)過(guò)濾和洗滌，得到硝酸鉛和鉍渣。

2.4 廢棄物環(huán)保處理

制備活性氧化鋅產(chǎn)生的硫酸銨，經(jīng)過(guò)加熱濃縮結(jié)晶，可得到硫酸銨農(nóng)用肥[2，9]。鉛、鉍分離產(chǎn)生的硝酸銨與制備黃丹產(chǎn)生的硝酸鈉，經(jīng)過(guò)加熱濃縮結(jié)晶，可得到化工產(chǎn)品硝酸鈉。

3 結(jié)論

1)針對(duì)氧化鋅煙塵采用加雙氧水氧化稀硫酸浸出，實(shí)現(xiàn)鋅、銦與鉛、鉍分離，浸出液采用P204萃取，實(shí)現(xiàn)鋅與銦的分離，含鉛、鉍浸出渣采用碳酸氫銨轉(zhuǎn)化，硝酸溶解，實(shí)現(xiàn)鉛與鉍的分離。2)對(duì)分離的有色金屬元素進(jìn)行深加工，使整個(gè)煙塵中有價(jià)金屬的附加值得以提升，為以鉛、鋅冶煉為主的有色金屬?gòu)S把資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)提供一條新途徑。

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