沈麗娟，吳克明，高耀文

（武漢科技大學 冶金礦產(chǎn)資源高效利用與造塊湖北省重點實驗室，湖北 武漢 430081）

銦是分散元素之一，其基本以雜質形式分散在其他元素的礦物之中。由于與硫具有相當大的親和性，銦主要富集在硫化物中。閃鋅礦是銦的重要富集物。在有色金屬冶煉過程中，銦依其行為及走向不同，會在某些生產(chǎn)工序或副產(chǎn)品中得到相當程度的富集。從含銦的再生資源中回收銦逐漸成為銦的主要獲取途徑［1］。

某鋅冶煉廠在浸出鋅過程中產(chǎn)生大量鐵銦渣，渣中含有銦、鐵、鋅、銀等有價金屬，是重要的二次資源。試驗采用還原揮發(fā)法處理鐵銦渣，從中回收銦。

1 試驗部分

1.1 試驗原料

取自現(xiàn)場的鐵銦渣經(jīng)過烘干、破碎、混勻和縮分處理。鐵銦渣吸水，每次試驗前需干燥。鐵銦渣化學成分見表1。

表1 鐵銦渣多元素分析結果 %

1.2 試驗儀器與設備

試驗儀器有IRIS Advantage型全譜直讀等離子體發(fā)射光譜儀，101型電熱鼓風干燥箱，SXQ－20－16型氣氛保護箱式硅鉬棒爐，電子天平。

1.3 試驗方法

將干燥后的鐵銦渣100g與一定質量的焦炭（粒徑－1mm）在剛玉坩堝中混合均勻，放入氣氛保護箱式硅鉬棒爐中，在一定時間內加熱到一定溫度并停留一定時間，考察焦渣質量比、還原溫度、還原時間對銦揮發(fā)率的影響，確定最佳工藝條件。

2 試驗原理

鐵銦渣中的銦有3種存在形式［2］：In2（SO4）3·9H2O，殘留的含銦閃鋅礦和Fe（OH）3（水合針鐵礦和水合赤鐵礦）。In2（SO4）3·9H2O與鐵、鋅的七水硫酸鹽及五水硫酸銅共存。在1 000～1 200℃下對鋅浸出渣進行揮發(fā)窯處理時，在SO2分壓較高（0.1Pa）條件下，鋅、鐵、銅硫酸鹽分解，閃鋅礦分解、脫水，硫酸銦分解形成In2O3；脫水過程中，含銦的Fe（OH）3也會分解。

在高溫及強還原性氣氛中，In2O3可能發(fā)生的主要反應為［3－5］：

反應生成的InO還會進一步還原：

反應生成的金屬銦難于揮發(fā)，1 200℃時的蒸氣壓僅為106.66Pa，易被窯內產(chǎn)生的鋅蒸氣流帶入煙氣收塵系統(tǒng)［6］。In2O在高于800℃時顯著揮發(fā)［7］。

3 試驗結果與討論

3.1 焦渣質量比對銦揮發(fā)率的影響

鐵銦渣中加入一定量焦炭粉，保證鋅、鉛、銦等充分還原，銦和鋅呈金屬蒸氣進入氣相，與爐氣中的氧結合，生成In2O3和ZnO進入收塵系統(tǒng)；同時，焦炭粉也作為燃料維持過程的熱平衡，以及使爐料具有一定松散性［8］。焦渣質量比過高，剩余的焦炭隨渣排出，經(jīng)濟上不合算；焦渣質量比過低，爐料失去松散性，透氣性差，發(fā)生黏結，導致爐料反應不徹底，降低金屬回收率。在還原溫度為1 250℃、還原時間120min條件下，焦渣質量比對銦揮發(fā)率的影響試驗結果如圖1所示。

圖1 焦渣質量比對銦揮發(fā)率的影響

由圖1可知，銦揮發(fā)率隨焦渣質量比的增大呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。這主要是因為焦渣質量比過低，即含炭量低，爐內CO還原氣氛較差，鐵銦渣的還原反應不充分，此時提高焦渣質量比對銦的揮發(fā)有促進作用；隨焦渣質量比提高，鐵銦渣和部分焦炭在高溫下呈熔融狀態(tài)，透氣性變差，不利于各相間的擴散；焦渣質量比為0.5后，銦揮發(fā)率變化不大，但過高的焦渣質量比經(jīng)濟上不合算。綜合考慮，選擇焦渣質量比為0.5。

3.2 溫度對銦揮發(fā)率的影響

In2O3還原揮發(fā)物的主要成分是In和In2O蒸氣［9］。爐渣中銦的揮發(fā)程度取決于單質銦及其氧化物的蒸氣壓的大?。?/p>

根據(jù)文獻［10］，In元素揮發(fā)過程中起決定作用的是銦揮發(fā)物的有效總壓力：

于是，

銦揮發(fā)物的有效總壓力和溫度的關系如圖2所示。

圖2 溫度對銦揮發(fā)物有效總壓力的影響

由圖2可知，隨溫度升高，In揮發(fā)物的有效總壓力增大，升高溫度對In的揮發(fā)有利。在焦渣質量比為0.5、還原時間為90min條件下，溫度對銦揮發(fā)率的影響試驗結果如圖3所示。

圖3 溫度對銦揮發(fā)率的影響

由圖3可知：在還原溫度為1 000～1 250℃時，銦揮發(fā)率隨溫度升高而增大，在1 250℃時達最大為89.48%；繼續(xù)升高溫度，銦揮發(fā)率反而下降。這可能是因為溫度過高，鐵銦渣表面黏結，阻礙氣流擴散，減弱了還原氣體與鐵銦渣的接觸并使可帶走金屬銦的鋅蒸氣流的流動性變差，導致銦揮發(fā)率降低。

3.3 還原時間對銦揮發(fā)率的影響

在焦渣質量比為0.5、還原溫度為1 250℃條件下，還原時間對銦揮發(fā)率的影響試驗結果如圖4所示。

圖4 還原時間對銦揮發(fā)率的影響

由圖4可知，銦揮發(fā)率隨還原時間的延長呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，還原時間為90min時，銦揮發(fā)率達最大。還原時間越長，鐵銦渣與焦炭之間的反應越充分，鐵銦渣中各種揮發(fā)性金屬被還原的越徹底。

4 結論

采用還原揮發(fā)法可較好地回收鐵銦渣中的銦。該方法工藝簡單，環(huán)境污染小，銦回收率高?；厥浙煹淖罴压に嚄l件為：焦渣質量比0.5，還原溫度1 250℃，還原時間90min，此時銦回收率達89.48%。

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［3］王樹楷.銦冶金［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2006：59－60.

［4］吳文偉，賴水彬，廖森.還原揮發(fā)富集火法煉鉛銻渣中銦及其他有價金屬的熱力學分析［J］.有色金屬，2008，60（1）：67－70.

［5］陸樹林，蘇建華.頂吹煙化法在回收銦中的應用［J］.黃金科學技術，2010，18（4）：71－74.

［6］陳尚明.對提高我廠銦回收率的初步探討［J］.有色冶煉，1987，16（8）：44－48.

［7］周令治.稀散金屬冶金［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1988：65.

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［9］張銀堂，陳志飛，寧順明.In2O3還原揮發(fā)的熱力學計算［J］.中國有色金屬學報，2002，12（3）：592－594.

［10］Kellogg H H.Vaporization Chemistry in Extractive Metallurgy［J］.Trans Met Soc，AIME，1966，236（5）：602－615.