湖北某銀礦鋅尾渣中鋅的浸出試驗研究

鄭詩雨，梅 明

（武漢工程大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430205）

隨著當(dāng)前我國國民經(jīng)濟發(fā)展水平的快速增長，人們對于地質(zhì)礦產(chǎn)資源的需求也在快速增加，而我國金屬礦尾礦資源數(shù)量龐大但是利率卻沒有得到大幅增長，導(dǎo)致現(xiàn)有的綜合利用問題愈加嚴(yán)峻[1]。我國目前對于大量金屬尾礦資源的利用效率并不高，采礦、選礦以及冶煉的過程中產(chǎn)生的大量廢棄物，不僅對環(huán)境造成污染，還降低了金屬尾礦資源的利用率[2]。因此，尾礦資源的綜合回收及合理利用對于促進我國國民經(jīng)濟社會的發(fā)展以及地區(qū)生態(tài)環(huán)境的永續(xù)保護都有著深遠的戰(zhàn)略意義。

鋅作為國民經(jīng)濟建設(shè)中重要的基礎(chǔ)金屬原材料，消費主要集中于電鍍鋅、鋅合金、黃銅、化工等多個不同的領(lǐng)域，其廣泛應(yīng)用于公共建筑、交通運輸、機械制造和電子等行業(yè)。隨著現(xiàn)代經(jīng)濟技術(shù)社會的不斷發(fā)展進步，鋅的國際市場量和需求量也不斷增加，對于尾礦及工業(yè)廢渣的開發(fā)和資源化利用已成為當(dāng)務(wù)之急[3]。

目前含鋅廢渣多采用火法和濕法兩種工藝方法處理。由于火法存在使用成本太高，對室內(nèi)環(huán)境可能造成嚴(yán)重二次污染以及潛在經(jīng)濟危害較大等諸多問題，目前的研究多采用濕法回收鋅[3]。Zhao Youcai[4]等通過堿法浸出含鐵粉塵，試驗獲得浸出有效率高達85%的指標(biāo)。孫紅燕等[5]采用鹽酸從煉鉛廠煙化段產(chǎn)出的鋅煙塵中浸出分離鉛和鋅，鉛和鋅的浸出率均大于90%，實現(xiàn)了鉛、鋅的有效分離。黃平等[6]研究了用NH3-NH4Cl-H2O體系浸出氧化鋅礦的工藝，鋅的浸出率穩(wěn)定達到88.1%，實現(xiàn)了鋅的選擇性高效溶出，與鐵、鋁、硅等雜質(zhì)元素的有效分離。Jadhav等[7]通過對一種從廢舊印刷電路板（PCBs）回收貴金屬濕法冶金工藝的研究發(fā)現(xiàn)大片廢舊PCBs對金屬的濕法冶金回收是可行的。

前期研究結(jié)果表明，鋅浸出渣的濕法處理工藝更具優(yōu)勢?？紤]到堿浸出方法對于NaOH的循環(huán)利用很困難，氨浸方法在企業(yè)實際操作運用過程中會因氨氣快速揮發(fā)而導(dǎo)致?lián)p失嚴(yán)重，本文的研究課題針對湖北某銀礦鋅尾渣采用硫酸作為浸出劑，考察了硫酸濃度、液固比、反應(yīng)時間和反應(yīng)溫度對鋅浸出率的影響及其規(guī)律，最大限度地提高鋅的有效浸出率，為銀礦鋅尾渣的二次資源化利用及發(fā)展提供可靠的技術(shù)理論依據(jù)。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

試驗所用的鋅尾渣取自我國湖北省某銀礦，其主要的 化 學(xué) 成 分 為Zn（44.38%）、S（26.97%）、O（10.59%）、Fe（6.35%）、Pb（5.62%）、Si（3.90%）、Al（0.90%）、C（1.29%）。首先將所取的鋅尾渣樣品用瓷質(zhì)研缽研磨后篩分，取200目篩下樣品烘干后置于馬弗爐中于880℃條件下焙燒5h后取出備用。焙燒后樣品XRD分析結(jié)果見圖1。

圖1 焙燒后樣品的XRD圖譜

由于原樣中鋅主要以硫化鋅的形式存在。考慮到硫化鋅在一般條件下不能直接用稀硫酸浸出，所以通過焙燒的方式，使硫化鋅盡可能氧化成為可溶于稀硫酸的氧化鋅。在880℃條件下焙燒5h后，由圖1可以看出，樣品中的硫化鋅轉(zhuǎn)化為氧化鋅，同時生成部分鐵酸鋅，這是由于鋅尾渣中含有6.35%的鐵，高溫焙燒時氧化鋅會與氧化鐵反應(yīng)生成鐵酸鋅。

1.2 試劑、儀器與試驗方法

試劑：硫酸（AR，98%）。

主要儀器：電子天平，真空泵，電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，數(shù)顯恒溫恒速磁力攪拌器，原子吸收分光光度計等。

試驗方法：浸出試驗在150mL玻璃燒杯中進行，采用恒溫磁力攪拌器加熱攪拌。配置一定濃度一定體積硫酸溶液，加熱至指定溫度后，每次稱取5g樣品加入燒杯中，開啟攪拌進行混合反應(yīng)，同時開始計時，反應(yīng)一定時間后取下燒杯，用循環(huán)式多用真空泵抽濾機抽濾，并測定浸出液中的鋅含量，通過計算得到浸出率。

2 結(jié)果與討論

2.1 反應(yīng)溫度對鋅浸出率的影響

在硫酸濃度為1.5mol/L，液固比為10:1，反應(yīng)時間為2h的條件下，考察不同溫度（30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃）對樣品中鋅浸出率的影響，其結(jié)果見圖2。

圖2 反應(yīng)溫度對鋅浸出率的影響

從圖2可以看出，溫度對樣品中鋅的浸出率有著顯著的影響。在80℃時，鋅浸出率最大為89.7%，當(dāng)反應(yīng)溫度低于80℃時，鋅浸出率隨著溫度的不斷上升而增加，這主要是因為當(dāng)溫度升高時，分子運動速度加快，化學(xué)反應(yīng)速率也會提高，從而使浸出率增大。當(dāng)溫度高于80℃時，鋅浸出率有下降的趨勢。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是溫度過高加快了水分蒸發(fā)，對反應(yīng)不利。因此，選擇反應(yīng)溫度為80℃較為合適。

2.2 反應(yīng)時間對鋅浸出率的影響

在硫酸濃度為1.5mol/L，液固比為10:1，反應(yīng)溫度為80℃的條件下，考察不同時間（15min、30min、45min、60min、75min、90min、105min、120min）對樣品中鋅浸出率的影響，其結(jié)果見圖3。

圖3 反應(yīng)時間對鋅浸出率的影響

從圖3可以看出，隨著時間的延長，鋅浸出率逐漸增加。當(dāng)反應(yīng)時間為90min時，鋅浸出率達到89.5%，繼續(xù)延長反應(yīng)時間，鋅浸出率略有增加，但變化不大，考慮到反應(yīng)時間越長能耗也會越大，因此，選擇反應(yīng)時間為90min較為合適。

2.3 硫酸初始濃度對鋅浸出率的影響

在液固比為10:1，反應(yīng)溫度為80℃，反應(yīng)時間為90min的條件下，考察不同硫酸濃度（0.5mol/L、1.0mol/L、1.5mol/L、2.0mol/L、2.5mol/L）對樣品中鋅浸出率的影響，其結(jié)果見圖4。

圖4 硫酸初始濃度對鋅浸出率的影響

從圖4可以看出，鋅浸出率隨著硫酸初始濃度的增加而增加。硫酸初始濃度為2mol/L時，鋅浸出率達到最大為92.7%，繼續(xù)增加硫酸初始濃度，鋅浸出率幾乎不再發(fā)生變化，這主要是因為樣品中大部分鋅已經(jīng)以硫酸鋅的形式浸出，殘留少部分鋅以鐵酸鋅的形式存在，較難浸出。同時考慮到過高的硫酸濃度會提高生產(chǎn)成本以及腐蝕設(shè)備和容器，因此選擇硫酸初始濃度為2mol/L比較合適。

2.4 液固比對鋅浸出率的影響

在反應(yīng)溫度為80℃，反應(yīng)時間為90min，硫酸初始濃度為2mol/L的條件下，考察不同硫酸濃度（0.5mol/L、1.0mol/L、1.5mol/L、2.0mol/L、2.5mol/L）對樣品中鋅浸出率的影響，其結(jié)果見圖5。

圖5 液固比對鋅浸出率的影響

從圖5可以看出，隨著液固比的增加，鋅的浸出率也逐漸增加，在液固比為14:1時鋅浸出率達到最大為91.1%。液固比繼續(xù)增加時鋅的浸出率反而開始下降，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是由于溶液過多，攪拌過程中發(fā)生了渦流，導(dǎo)致樣品無法與溶液充分地接觸，從而影響鋅的浸出。并且當(dāng)液固比較大時，部分溶液沒有完全浸入恒溫水浴的水中，導(dǎo)致溶液下部溫度高于上部溫度，也可能會對鋅的浸出造成影響。因此，選擇液固比為14:1比較合適。

3 結(jié)論

（1）試驗樣品鋅尾渣中鋅含量為44.38%，主要以硫化鋅的形式存在。本研究通過酸浸處理某銀礦鋅尾渣提取鋅資源，對焙燒后的鋅尾渣采用硫酸作為浸出劑，在硫酸濃度2mol/L、液固比14:1、反應(yīng)溫度80℃，反應(yīng)時間90min的條件下，鋅的浸出率可達到91.1%。

（2）本試驗為銀礦鋅尾渣中鋅的回收提供了理論依據(jù)。