楊逢時，蘇毅，李國斌，胡亮

（昆明理工大學化工學院，云南 昆明 650500）

錳鐵冶煉煙塵灰是電爐法高溫還原生產(chǎn)錳鐵合金時產(chǎn)生的煙塵經(jīng)收塵得到的工業(yè)粉狀廢渣，主要含有鐵、錳、鋅、鉀等元素，是一種很好的二次資源。但由于其含Mn、Zn量較低，使其回收利用較為困難，目前工業(yè)上主要是將該煙塵灰與細粒錳精礦混合燒結[1]，返回生產(chǎn)系統(tǒng)循環(huán)利用，但該法煙塵損失大，且在返回利用時會影響錳鐵合金冶煉的正常爐況。

本試驗通過水浸提取煙塵灰中的鉀元素，同時富集原料中的錳鋅元素，然后再通過在還原劑[2-5]存在的條件下酸浸分離出 Mn、Zn，以期達到同時回收Mn、Zn元素的目的，可為錳鐵冶煉煙塵灰的綜合利用提供一條有效的途徑，實現(xiàn)二次資源的綜合利用，達到節(jié)能減排的目的。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

實驗所用原料錳渣為廣西某公司錳鐵冶煉煙塵灰，其主要成分如表1所示，實驗中其他試劑均為分析純。

表1 原料的主要成分質(zhì)量分數(shù) 單位：%

該煙塵灰的主要成分有錳、鉀、鋅等，對于含量較高的鉀，采用水浸出的方法對其進行預處理，以提取鉀元素。取1kg錳廢渣加入2L水，室溫攪拌1h，使可溶性鉀鹽溶于水，過濾后用1500mL水分3次洗滌濾渣，干燥并研磨，留待后續(xù)酸浸實驗使用。

1.2 實驗方法

在 500mL三口燒瓶中加入質(zhì)量分數(shù)為 10%～35%的硫酸溶液，在室溫～90℃水浴鍋控溫、不斷攪拌的條件下加入處理后的錳渣 60g，加入還原劑FeSO4?7H2O，使高價態(tài)的錳還原成 Mn2+，反應時間1～6h。反應結束后用氨水調(diào)pH值至4～5，繼續(xù)攪拌半小時，使Fe3+以沉淀形式水解析出，過濾收集淺棕色濾液，留待后續(xù)實驗處理。用150mL水分3次洗滌濾餅，將濾渣干燥恒重后，稱重并研磨，分析其錳、鋅含量，從而得到錳和鋅的浸出率。主要反應方程式如式（1）。

1.3 分析方法

1.3.1 錳的分析

按GB/T 1506—2002《錳礦石錳含量的測定電位滴定法和硫酸亞鐵銨滴定法》的硫酸亞鐵銨方法進行分析。

1.3.2 鋅的分析

按GB/T 14353.3—1993方法進行分析。

2 結果與討論

2.1 原料水浸出處理

對水浸出處理后的錳渣原料進行分析，其主要成分如表2所示。經(jīng)水浸出煙塵灰，原料中鉀含量由17.26%降至5.93%，同時錳含量由20.37%提高至30.23%，鋅含量由8.95%升至12.68%，從而達到了浸取鉀元素、富集錳鋅元素的目的。

2.2 硫酸濃度對浸出率的影響

表2 處理后錳渣的主要成分質(zhì)量分數(shù) 單位：%

圖1為 H2SO4質(zhì)量分數(shù)對 Mn、Zn浸出率的影響。實驗條件：處理后的錳渣60g，液固比（mL/g）為5∶1，攪拌速率300r/min，反應溫度90℃，反應時間4h，F(xiàn)eSO4·7H2O用量55g。由圖1可以看出，錳和鋅的浸出率受硫酸濃度的影響較大，隨著硫酸質(zhì)量分數(shù)的提高，呈現(xiàn)“～”型的變化趨勢。當硫酸質(zhì)量分數(shù)在20%時，錳浸出率達到94.41%，鋅的浸出率為82.71%，均達到最高值。當硫酸質(zhì)量分數(shù)＞20%，硫酸逐漸過量，反應終點調(diào)pH值至4～5，所加濃氨水也增加，成本增加，且導致過濾時有白色晶體析出，過濾困難。因此，本實驗選擇H2SO4質(zhì)量分數(shù)20%為本實驗最佳工藝。

圖1 H2SO4質(zhì)量分數(shù)對Mn、Zn浸出率的影響

2.3 反應時間對浸出率的影響

圖2為反應時間對Mn、Zn浸出率的影響。實驗條件：處理后的錳渣60g，液固比（mL/g）為5∶1，硫酸質(zhì)量分數(shù)20%，攪拌速率300r/min，反應溫度90℃，F(xiàn)eSO4·7H2O用量55g。由圖2可以看出，隨著反應時間的增加，錳浸出率呈現(xiàn)W型波動，鋅浸出率呈現(xiàn)先增后減的趨勢。當反應時間在4h時，錳和鋅的浸出率均達到最高值。因此，本實驗選擇反應時間4h為本實驗最佳工藝。

2.4 反應溫度對浸出率的影響

圖2 反應時間對Mn、Zn浸出率的影響

圖3為反應溫度對Mn、Zn浸出率的影響。實驗條件：處理后的錳渣60g，液固比（mL/g）為5∶1，硫酸質(zhì)量分數(shù) 20%，攪拌速率 300r/min，反應時間4h，F(xiàn)eSO4·7H2O用量55g。由圖3可以看出，隨著反應溫度的提高，錳鋅浸出率呈現(xiàn)明顯的增加趨勢。當反應在室溫（25℃）進行時，此時沒有采用水浴鍋控溫，由于反應自身放熱，體系溫度實際為45～50℃，導致錳鋅浸出率趨勢異常偏高。當溫度為90℃時，錳鋅浸出率最高。因此，本實驗選擇反應溫度90℃為本實驗最佳工藝。

圖3 反應溫度對Mn、Zn浸出率的影響

2.5 液固比對浸出率的影響

圖4為液固比對Mn、Zn浸出率的影響。實驗條件：處理后的錳渣60g，硫酸質(zhì)量分數(shù)20%，攪拌速率 300r/min，反應溫度 90℃，反應時間 4h，F(xiàn)eSO4?7H2O用量55g。由圖4可以看出，隨著液固比的增加，錳鋅浸出率均呈現(xiàn)明顯的先增后減趨勢。當液固比為4∶1時，鋅浸出率達到88.87%；當液固比為5∶1時，錳浸出率提高至94.41%，鋅浸出率下降至82.71%?？紤]到錳渣處理主要是錳的回收利用，因此，本實驗選擇液固比5∶1為本實驗最佳工藝。

2.6 FeSO4·7H2O加入量對浸出率的影響

圖4 液固比對Mn、Zn浸出率的影響

圖5為FeSO4?7H2O加入量對Mn、Zn浸出率的影響。實驗條件：處理后的錳渣 60g，液固比（mL/g）5∶1，硫酸質(zhì)量分數(shù) 20%，攪拌速率300r/min，反應溫度90℃，反應時間4h。由圖5可以看出，當不加 FeSO4?7H2O 時，鋅的浸出率達92.87%，而因原料中高價錳未被還原成Mn2+，致使錳的浸出率僅為67.95%。隨著FeSO4·7H2O加入量的增加，錳浸出率呈現(xiàn)波動上升的趨勢。當FeSO4?7H2O 加入量為 75g時，錳浸出率提高至96.76%，鋅浸出率達到84.88%。因此，本實驗選擇FeSO4·7H2O加入量75g為本實驗最佳工藝。

圖5 FeSO4?7H2O加入量對Mn、Zn浸出率的影響

2.7 攪拌速率對浸出率的影響

圖6為攪拌速率對Mn、Zn浸出率的影響。實驗條件：處理后的錳渣60g，液固比（mL/g）5∶1，硫酸質(zhì)量分數(shù)20%，反應溫度90℃，反應時間4h，F(xiàn)eSO4?7H2O用量75g。由圖6可以看出，攪拌速率對錳鋅浸出率影響不是很大，當攪拌速率在300r/min時，錳浸出率最大。因此，本實驗選擇攪拌速率300r/min為本實驗最佳工藝。

3 結 論

圖6 攪拌速率對Mn、Zn浸出率的影響

（1）以錳鐵冶煉煙塵灰為原料，硫酸亞鐵為還原劑，采用硫酸浸出，反應結束后，調(diào)pH值至4～5脫鐵，錳浸出率為96.76%，鋅浸出率為84.88%。

（2）硫酸浸出錳鐵煙塵灰最佳工藝條件為：H2SO4質(zhì)量分數(shù)為20%，反應時間為4h，反應溫度為90℃，液固比為5∶1，還原劑FeSO4·7H2O加入量為75g，攪拌速率為300r/min。

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