張煥然，藍(lán)碧波，伍贈(zèng)玲，衷水平，劉建華，張 鵬

（1．紫金礦冶設(shè)計(jì)研究院，福建 上杭 364200；2．江西理工大學(xué) 冶金與化學(xué)工程學(xué)院，江西 贛州 341000）

1 試驗(yàn)原理

氨浸出時(shí)，電鍍污泥中的銅、鎳等元素與氨形成穩(wěn)定的配合離子進(jìn)入溶液，鈣、鎂、鐵等雜質(zhì)離子不能或很少被浸出而留在渣中，從而可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)金屬的選擇性浸出。氨性體系浸出電鍍污泥過程中的主要反應(yīng)為

氨與銅、鎳配合離子的穩(wěn)定常數(shù)見表1［13］。

表1 銅氨、鎳氨配合離子的穩(wěn)定常數(shù)lgβi（T＝298K）

由表1看出：銅（鎳）氨配合離子穩(wěn)定常數(shù)均較大，說明這2種金屬與氨的配合離子在氨性體系中可以穩(wěn)定存在；各金屬配合離子穩(wěn)定常數(shù)隨配位數(shù)增大而增大，說明提高NH3濃度有利于形成穩(wěn)定性更高的配合離子，即有利于提高銅、鎳浸出率。由于氨浸過程中雜質(zhì)離子不被浸出，因此浸出劑消耗較少，浸出液后續(xù)凈化，銅、鎳提取工藝較簡單。

2 試驗(yàn)原料及試劑

試驗(yàn)所用電鍍污泥取自某電鍍處理廠，為混合電鍍污泥，外觀呈墨綠色，泥狀，化學(xué)成分見表2。

表2 電鍍污泥化學(xué)成分 %

試驗(yàn)所用化學(xué)試劑主要有25%濃氨水、碳酸氫銨，均為化學(xué)純；水為自制蒸餾水。

3 試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法

為降低氨的揮發(fā)損失和對環(huán)境的污染，浸出試驗(yàn)在半封閉體系中進(jìn)行，對揮發(fā)的少量氨加以回收。試驗(yàn)時(shí)，先把電鍍污泥、浸出劑、水按一定比例放入平底燒瓶中，待水浴溫度達(dá)到預(yù)設(shè)溫度后將燒瓶放入，調(diào)節(jié)磁力攪拌速度，開始計(jì)時(shí)。浸出結(jié)束后，對料漿過濾，記錄浸出液體積及浸出渣質(zhì)量，分析浸出液及浸出渣中金屬含量，計(jì)算金屬浸出率。金屬浸出率按渣計(jì)，計(jì)算公式為

式中：ηMe為金屬浸出率，%；m2為渣的質(zhì)量，g；w渣為渣中金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；m1為原料質(zhì)量，g；w原為原料中金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。

4 試驗(yàn)結(jié)果及討論

4．1 總氨濃度對銅、鎳浸出率的影響

氨銨物質(zhì)的量比為1∶1，液固體積質(zhì)量比為4∶1，浸出溫度為65℃，浸出時(shí)間為4h，總氨濃度對銅、鎳浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示?？梢钥闯觯弘S體系中總氨濃度升高，銅、鎳浸出率均增大，且總氨濃度對鎳浸出的影響較對銅浸出的影響更明顯；總氨濃度由5mol／L升高至9 mol／L，鎳浸出率由61．5%提高至80%，銅浸出率由79%提高至90%；總氨濃度大于9mol／L后，銅、鎳浸出率提高幅度均變小?？紤]到生產(chǎn)成本及浸出液的后續(xù)處理等問題，總氨濃度以控制在9mol／L為宜。

圖1 總氨濃度對銅、鎳浸出率的影響

4．2 氨銨物質(zhì)的量比對銅、鎳浸出率的影響

在總氨濃度為9mol／L、液固體積質(zhì)量比為4∶1、浸出溫度為65℃、浸出時(shí)間為4h條件下，氨銨物質(zhì)的量比對電鍍污泥中銅、鎳浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 氨銨物質(zhì)的量比對銅、鎳浸出率的影響

由圖2看出，鎳浸出率受氨銨物質(zhì)的量比影響較大，隨氨銨物質(zhì)的量比增大，鎳浸出率提高。適當(dāng)提高銨鹽比例有利于鎳的浸出，這是由于銨根離子與氫氧化鎳中的氫氧根離子發(fā)生反應(yīng)，有利于鎳氨配合離子與水的生成，同時(shí)可有效抑制鎳氨配合離子的水解沉淀，因而提高鎳浸出率。氨銨物質(zhì)的量比增大至1∶2后，鎳浸出率有下降趨勢，這是因?yàn)榭偘睗舛纫欢ㄇ闆r下，銨鹽比例過大會(huì)使游離氨濃度降低，不利于配合離子的生成。氨銨物質(zhì)的量比對銅的浸出影響不大，相反，銨鹽比例過大，浸出過程中碳酸根離子會(huì)大量分解，使銨鹽利用率降低。綜合考慮，確定氨銨物質(zhì)的量比以1∶2為宜。

4．3 液固體積質(zhì)量比對銅、鎳浸出率的影響

在總氨濃度為9mol／L、氨銨物質(zhì)的量比為1∶2、浸出溫度為65℃、浸出時(shí)間為4h條件下，液固體積質(zhì)量比對銅、鎳浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 液固體積質(zhì)量比對銅、鎳浸出率的影響

由圖3看出：浸出體系的液固體積質(zhì)量比增大可顯著提高銅、鎳浸出率；液固體積質(zhì)量比由2∶1增大至4∶1，銅、鎳浸出率分別由85%、67．5%提高至95．36%、85．25%。這是由于隨液固體積質(zhì)量比增大，料漿黏度降低，有利于體系中物質(zhì)擴(kuò)散；但繼續(xù)增大液固體積質(zhì)量比，銅、鎳浸出率提高幅度變小，且浸出液中銅、鎳濃度降低，后續(xù)溶液處理量增大，生產(chǎn)成本增加。因此，適宜的液固體積質(zhì)量確定為4∶1。

4．4 溫度對銅、鎳浸出率的影響

在總氨濃度為9mol／L、氨銨物質(zhì)的量比為1∶2、液固體積質(zhì)量比為4∶1、浸出時(shí)間為4h條件下，溫度對銅、鎳浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 溫度對銅、鎳浸出率的影響

由圖4看出，溫度對銅、鎳浸出率影響較大：溫度由60℃升高到65℃，銅浸出率由91．11%提高至95．36%，繼續(xù)升高溫度，銅浸出率變化不明顯；溫度由60℃升高至70℃，鎳浸出率提高至87．35%，繼續(xù)升高溫度，鎳浸出率反而下降。這可能是由于溫度過高，使得碳酸根大量分解，氨揮發(fā)損失增大所致。銅氨配合離子較鎳氨配合離子更穩(wěn)定，所以體系中鎳氨配合離子先發(fā)生水解，表現(xiàn)出鎳浸出率下降。綜合考慮，確定適宜的浸出溫度為70℃。

4．5 浸出時(shí)間對銅、鎳浸出率的影響

在總氨濃度為9mol／L、氨銨物質(zhì)的量比為1∶2、液固體積質(zhì)量比為4∶1、浸出溫度70℃條件下，浸出時(shí)間對銅、鎳浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 浸出時(shí)間對銅、鎳浸出率的影響

由圖5看出：隨浸出時(shí)間延長，銅、鎳浸出率均逐步提高，浸出時(shí)間由2h延長至5h，銅、鎳浸出率分別由 91．5%、75．4% 提高至 96．2%、87．9%，延長浸出時(shí)間對提高鎳浸出率有利，但對提高銅浸出率作用不明顯；當(dāng)浸出時(shí)間超過4h后，銅、鎳浸出率均變化不大，而氨揮發(fā)損失增大，浸出效率降低。因此，從金屬浸出率及生產(chǎn)實(shí)際考慮，控制浸出時(shí)間以4h為宜。

4．6 優(yōu)化條件下的驗(yàn)證試驗(yàn)

取電鍍污泥100g，在總氨濃度為9mol／L、氨銨物質(zhì)的量比為1∶2、液固體積質(zhì)量比為4∶1、浸出溫度為70℃、浸出時(shí)間為4h條件下進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，結(jié)果見表3?？梢钥闯?，優(yōu)化條件下，污泥中銅、鎳浸出率分別為95．02%、88．4%，與單因素試驗(yàn)結(jié)果相符，表明優(yōu)化條件可靠，試驗(yàn)重現(xiàn)性較好。

表3 優(yōu)化條件下的驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果

5 結(jié)論

2）試驗(yàn)確定的浸出最優(yōu)工藝條件為：總氨濃度9mol／L，氨銨物質(zhì)的量比1∶2，液固體積質(zhì)量比4∶1，浸出溫度70℃，浸出時(shí)間4h。最優(yōu)條件下，銅浸出率達(dá)95．02%，鎳浸出率達(dá)88．4%，銅、鎳浸出率均較高。

3）浸出液中的銅、鎳可以用Lix984萃取分離，萃余液調(diào)氨后返回浸出工序，實(shí)現(xiàn)氨性廢水零排放。

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