付志剛，張梅，呂娜，王威燕，劉文英，楊運(yùn)泉

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鋼鐵冶金燒結(jié)除塵灰中鉛的浸取回收和一氧化鉛的制備

付志剛，張梅，呂娜，王威燕，劉文英，楊運(yùn)泉

(湘潭大學(xué)化工學(xué)院，湖南湘潭，411105)

研究一種以鋼鐵冶金燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰為原料，濕法浸取回收其中的氯化鉛并利用其制取一氧化鉛的工藝技術(shù)。采用HCl?NaCl混合溶液將燒結(jié)灰中的鉛以PbCl42?形式絡(luò)合浸取回收。利用所回收的氯化鉛制備一氧化鉛。實(shí)驗(yàn)考察浸取工藝中多種因素對(duì)浸取效率的影響，研究浸取母液的循環(huán)使用效果和一氧化鉛制備過(guò)程的轉(zhuǎn)化條件。研究結(jié)果表明：在溫度為85~90 ℃，氯化鈉質(zhì)量濃度為250 g/L，工業(yè)鹽酸用量為25 mL/(100 g)，富鉛燒結(jié)灰(尾泥)與HCl?NaCl混合溶液的固液比為1.0:3.0 g/mL，浸取時(shí)間為30 min的條件下，在浸取過(guò)程中鉛的浸取率在99.50%以上；冷析母液循環(huán)使用2次，鉛的總回收率達(dá)95.08%；碳酸鈉的加入量為其理論量的0.90~1.00倍，鉛的沉淀率為99.90%，轉(zhuǎn)化得到的沉淀在650 ℃煅燒5 h，得到的一氧化鉛產(chǎn)品純度為99.50%，達(dá)到HG/T 2325—2004標(biāo)準(zhǔn)中工業(yè)一級(jí)品的指標(biāo)要求。

燒結(jié)除塵灰；HCl?NaCl混合溶液；絡(luò)合浸出；氯化鉛；一氧化鉛；回收

鉛的用途非常廣泛，其產(chǎn)量在有色金屬中僅低于鋁、銅、鋅的產(chǎn)量，居第4位[1]。目前，鉛的生產(chǎn)原料主要是含鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于50%的方鉛礦[2]。然而，按照2003年時(shí)世界鉛礦資源的儲(chǔ)采比，全球鉛儲(chǔ)量和儲(chǔ)量基礎(chǔ)靜態(tài)保證年限分別僅為21 a和43 a[3]。隨著鉛礦資源的不斷消耗，低品位多金屬礦石含鉛廢物的綜合回收利用得到廣泛關(guān)注[4]，含鉛固體廢棄物的再資源化已成為鉛工業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略不可缺少的重要組成部分[5]。燒結(jié)灰是鋼鐵冶金鐵礦石燒結(jié)過(guò)程中通過(guò)燒結(jié)機(jī)頭煙氣電除塵器收集到的粉塵[6]。我國(guó)每年燒結(jié)灰高達(dá)2 000萬(wàn)t左右。國(guó)內(nèi)現(xiàn)階段主要是通過(guò)將其作為鐵礦粉重新直接配入煉鐵爐料來(lái)實(shí)現(xiàn)綜合利用。但該法會(huì)使其中所含的鉛和銅等重金屬元素隨鐵礦石進(jìn)入煉鐵高爐，造成其在高爐內(nèi)不斷富集，從而嚴(yán)重影響高爐的正常生產(chǎn)[7]，而直接外排或堆積又會(huì)造成嚴(yán)重的水體和土壤重金屬污染。因此，開(kāi)發(fā)高效、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的燒結(jié)灰綜合處理新技術(shù)已成為國(guó)內(nèi)大中型鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)的重要課題[8]。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)和推廣應(yīng)用的從燒結(jié)灰中提取和回收鉛的工藝方法主要是火法和濕法兩大類。火法回收主要采用傳統(tǒng)的燒結(jié)焙燒?鼓風(fēng)爐熔煉方法處理含鉛煙灰[9]，熔煉溫度高，能耗大，伴隨鉛蒸汽和SO2，環(huán)境污染嚴(yán)重。濕法煉鉛的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)污染，可從根本上消除鉛中毒，對(duì)原料的適應(yīng)性強(qiáng)，規(guī)模可大可小。濕法回收工藝主要有氯鹽法、堿法、醋酸銨法及碳酸鹽轉(zhuǎn)化劑酸浸法等[10?12]。在濕法工藝中，燒結(jié)灰中的含鉛物質(zhì)先通過(guò)酸浸轉(zhuǎn)化為鉛離子或絡(luò)合離子，再通過(guò)溶液電解或者沉淀即可得到單質(zhì)鉛及其鉛的化合物。在濕法提鉛的過(guò)程中，化學(xué)性質(zhì)與鉛相似的部分其他金屬元素(如銅、鋅等)可以一并得到回收利用[13?14]。本文作者以某鋼鐵企業(yè)的燒結(jié)灰為原料，在分析其理化特性的基礎(chǔ)上，采用HCl?NaCl浸取體系將燒結(jié)灰中的鉛以氯化鉛的形式浸取出來(lái)，并將浸取得到的氯化鉛制備成一氧化鉛產(chǎn)品。實(shí)驗(yàn)主要考察影響氯化鉛浸取效率的多種因素，研究浸取母液循環(huán)使用的效果，探討利用氯化鉛制備一氧化鉛的反應(yīng)轉(zhuǎn)化條件。采用“氯化提鉛”的方法對(duì)燒結(jié)灰中鉛進(jìn)行浸取回收，既可徹底消除燒結(jié)灰直接循環(huán)回用時(shí)的多種不利影響，又可使這些有價(jià)元素得到回收和綜合利用?；厥者^(guò)程具有工藝流程簡(jiǎn)單、鉛富集過(guò)程產(chǎn)生的廢水和鉛浸提過(guò)程所用的浸取劑能實(shí)現(xiàn)閉路循環(huán)回用、浸提尾渣可作為高爐爐料在鋼鐵冶金企業(yè)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)再利用的特點(diǎn)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

實(shí)驗(yàn)原料來(lái)自國(guó)內(nèi)某鋼鐵企業(yè)。對(duì)原料進(jìn)行烘干、磨碎、混合均勻等預(yù)處理后其粒度小于0.20 mm。燒結(jié)灰中主要元素的化學(xué)分析結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù))見(jiàn)表1。

表1 燒結(jié)灰的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))

從表1可知：原始態(tài)燒結(jié)灰中鉛的質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏低，若采用直接回收則成本太高，因此，需要將燒結(jié)灰中的鉛先富集后再回收利用。燒結(jié)灰的X衍射物相分析結(jié)果如圖1所示。

圖1 燒結(jié)灰的XRD圖

由圖1可知：燒結(jié)灰中的鉛主要以PbO和PbOHCl形式存在。由于PbO和PbOHCl不溶于水，且不具有磁性，因此，可以先采用水洗的方式將燒結(jié)灰中的鉀、鈉、鈣、鎂等堿金屬雜質(zhì)元素去除，然后采用磁選的方法將其中的大部分磁鐵礦回收，此時(shí)，燒結(jié)灰中的鉛即得到富集。

1.2 主要儀器及試劑

主要儀器：DJ-六聯(lián)同步電動(dòng)攪拌機(jī)(江蘇大地自動(dòng)儀器廠制造)；電熱鼓風(fēng)干燥箱(101-2AB，天津市泰斯特儀器有限公司制造)；馬弗爐(SX-8-10，天津市泰斯特儀器有限公司制造)；X線衍射物相分析儀(D／max2500_18KW，日本理學(xué)，Cu靶輻射(波長(zhǎng)=15.418 nm)，管壓為40 mV，管流為250 mA)；原子吸收光譜分析儀(DY16-ZEEnit700，北京中西化玻儀器有限公司制造)；離心機(jī)(L500，長(zhǎng)沙湘儀離心機(jī)儀器有限公司制造)。

主要原材料和試劑：鹽酸、氯化鈉、碳酸鈉以及其他試劑，均為分析純，市面購(gòu)得；燒結(jié)灰，取自某鋼鐵企業(yè)。

2 工藝流程、原理及實(shí)驗(yàn)方法

2.1 工藝流程

實(shí)驗(yàn)所用工藝流程如圖2所示。

圖2 工藝流程示意圖

2.2 實(shí)驗(yàn)原理

2.2.1 浸鉛原理

在加熱條件下，燒結(jié)灰中的PbO，PbCl2和PbOHCl在鹽酸和氯化鈉混合溶液中，分別發(fā)生以下浸取反應(yīng)：

PbO+2HCl=PbCl2+H2O

PbOHCl+HCl=PbCl2+H2O

PbCl2+2NaCl=Na2PbCl4

將浸取懸浮液液趁熱過(guò)濾，所得固體回用于燒結(jié)，所得濾液經(jīng)冷卻析出，得到氯化鉛晶體沉淀[15]。沉淀物經(jīng)洗滌、干燥即得氯化鉛晶體中間產(chǎn)品，結(jié)晶母液循環(huán)利用。濾液冷卻析出反應(yīng)如下：

Na2PbCl4= PbCl2↓+2NaCl

2.2.2 轉(zhuǎn)化原理

將浸取回收得到的氯化鉛加熱溶解于氯化鈉溶液后，趁熱向溶液中加入Na2CO3，發(fā)生下列沉淀反應(yīng)：

PbCl2+Na3CO3=PbCO3↓+2NaCl

將沉淀混合物過(guò)濾，得到PbCO3固體，經(jīng)洗滌、干燥，在一定溫度下加熱分解，得到PbO產(chǎn)物[16]。過(guò)濾所得母液回用于燒結(jié)灰浸取提鉛過(guò)程。PbCO3的熱分解反應(yīng)如下：

PbCO3=PbO+CO2↑

2.3 實(shí)驗(yàn)操作方法

2.3.1 鉛的富集

稱取于120 ℃干燥的燒結(jié)灰1 kg，加入1 L水和1.0 g十六烷基三甲基溴化銨(分散劑)，在轉(zhuǎn)速200 r/min下攪拌60 min，對(duì)燒結(jié)灰進(jìn)行水洗以脫除其中的鉀、鈉、鈣、鎂等堿金屬離子，過(guò)濾。在得到的濾餅中加入水與燒結(jié)灰的質(zhì)量比為(6~8):1的工業(yè)水，在磁場(chǎng)強(qiáng)度為1 600 T攪拌下，磁選30 min，選出精鐵礦。得到的尾漿經(jīng)沉淀和過(guò)濾，得到鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9%~12%，全鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)為23.6%的富鉛尾泥240 g(干基計(jì))。

2.3.2 鉛的浸取

每次取富鉛尾泥100 g(干基計(jì))，按一定固液比和濃度加入配制好的鹽酸?氯化鈉溶液混合，在設(shè)定的溫度下攪拌反應(yīng)至預(yù)定時(shí)間，趁熱過(guò)濾，濾液經(jīng)室溫冷卻、結(jié)晶、過(guò)濾，得到氯化鉛晶體。檢測(cè)濾渣、母液中鉛含量和產(chǎn)品中氯化鉛晶體含量及純度，計(jì)算鉛的浸出回收率，確定最佳浸出條件。

2.3.3 PbO的轉(zhuǎn)化

稱取實(shí)驗(yàn)得到的氯化鉛晶體10.00 g，加入至質(zhì)量濃度為260 g/L的足量氯化鈉溶液中，在溫度為85 ℃，攪拌轉(zhuǎn)速為150 r/min的條件下，加熱溶解30min，濾去不溶物。在氯化鉛溶液中加入飽和碳酸鈉溶液至沉淀完全，使其中的鉛以碳酸鉛沉淀形態(tài)析出，過(guò)濾，濾餅用足夠的清水洗滌。將得到的濾餅在80~120 ℃條件下烘干，再將得到的碳酸鉛在一定溫度下加熱分解到預(yù)定時(shí)間，得到產(chǎn)物。檢測(cè)產(chǎn)物的含量和純度，確定最佳分解溫度和焙燒時(shí)間。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 鉛的浸取單因素實(shí)驗(yàn)

影響鉛浸提效率(回收率)的因素很多。通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)法，以鉛的浸出率(回收率)為考核指標(biāo)，分析研究各因素對(duì)鉛浸出率的影響，進(jìn)而確定鉛浸提的最佳工藝條件。

3.1.1 氯化鈉質(zhì)量濃度對(duì)鉛浸出率的影響

在富鉛尾泥為100.0 g，鹽酸用量為20.0 mL，固液比為1.0:2.0，浸取時(shí)間為30 min，浸取溫度為80 ℃時(shí)，氯化鈉質(zhì)量濃度對(duì)燒結(jié)灰中鉛浸出率的影響如圖3所示。

圖3 氯化鈉質(zhì)量濃度對(duì)鉛浸出率的影響

從圖3可知：隨著浸取體系中氯化鈉質(zhì)量濃度的增加，鉛的浸出率明顯增加；當(dāng)氯化鈉的質(zhì)量濃度為50 g/L時(shí)，鉛的浸出率只有17%左右；當(dāng)氯化鈉質(zhì)量濃度增加到250 g/L時(shí)，鉛的浸出率增加到94%以上；再增加氯化鈉的質(zhì)量濃度，鉛的浸出率增加不大。這是由于隨著氯化鈉質(zhì)量濃度增大，溶液中的氯離子量增加，有利于氯化鉛的絡(luò)合浸出，但當(dāng)氯化鈉質(zhì)量濃度超過(guò)250 g/L時(shí)，溶液中氯化鈉基本達(dá)到飽和狀態(tài)而無(wú)法提供更多的氯離子。因此，選擇浸取體系中氯化鈉的質(zhì)量濃度為250 g/L。

3.1.2 鹽酸用量對(duì)鉛浸出率的影響

在富鉛尾泥為100.0 g，浸取體系中氯化鈉的質(zhì)量濃度為250 g/L，固液比為1.0:2.0，浸取時(shí)間為30 min，浸取溫度為80 ℃時(shí)，鹽酸用量對(duì)燒結(jié)灰中鉛浸出率的影響如圖4所示。

圖4 鹽酸用量對(duì)鉛浸出率的影響

由圖4可知：燒結(jié)灰中鉛的浸出率隨著鹽酸用量的增加而提高；當(dāng)鹽酸的用量為5.0 mL時(shí)，鉛的浸出率只有78%左右；當(dāng)鹽酸的用量增加到30.0 mL時(shí)，鉛的浸出率達(dá)到95%以上。這是因?yàn)辂}酸用量越大，越有利于PbO和PbOHCl反應(yīng)完全，并且提供更多氯離子，但鹽酸的用量過(guò)大，浸出液中雜質(zhì)鐵離子就越多。經(jīng)綜合考慮，選擇浸取體系中鹽酸的最佳用量為25.0 L/(100.0 g)富鉛尾泥。

3.1.3 浸取時(shí)間對(duì)鉛浸出率的影響

在富鉛尾泥質(zhì)量為100.0 g，浸取體系中氯化鈉質(zhì)量濃度為250 g/L，固液比為1.0:2.0，鹽酸用量為20 mL/(100.0 g)，浸取溫度為80 ℃時(shí)，浸取時(shí)間對(duì)燒結(jié)灰中鉛浸出率的影響如圖5所示。

圖5 反應(yīng)時(shí)間對(duì)鉛浸出率的影響

從圖5可知：剛開(kāi)始時(shí)，隨著浸取時(shí)間延長(zhǎng)，燒結(jié)灰中鉛的浸出率增加；當(dāng)浸取30~40 min時(shí)，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，鉛的浸出率隨時(shí)間增加而變化幅度不大；當(dāng)浸取時(shí)間超過(guò)40 min時(shí)，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，鉛的浸出率略有下降。這是由于持續(xù)加熱使浸取體系中水分蒸發(fā)，導(dǎo)致氯化鈉和氯化鉛隨之同時(shí)結(jié)晶析出，造成鉛的浸出率下降。經(jīng)綜合考慮，為提高燒結(jié)灰的工業(yè)處理能力，選擇最佳的浸出時(shí)間為30 min。

3.1.4 反應(yīng)溫度對(duì)鉛浸出率的影響

當(dāng)富鉛尾泥為100.0 g，浸取體系中氯化鈉質(zhì)量濃度為250 g/L，固液比為1.0:2.0，鹽酸用量為20.0 mL，浸取時(shí)間為30 min時(shí)，浸取溫度對(duì)燒結(jié)灰中鉛浸出率的影響如圖6所示。

從圖6可知：隨著浸取溫度升高，燒結(jié)灰中鉛的浸出率先不斷增加后降低；在浸取溫度為50℃時(shí)，鉛的浸出率只有51%左右；在浸取溫度為90 ℃時(shí)，浸出率達(dá)到95%以上；此后，隨著浸取溫度上升，鉛的浸出率反而下降。這是由于浸取溫度較高時(shí)會(huì)導(dǎo)致浸取體系中水分蒸發(fā)嚴(yán)重，氯化鈉和氯化鉛隨之同時(shí)析出。因此，選擇最佳的浸出溫度為85~90 ℃。

圖6 溫度對(duì)鉛浸出率的影響

3.1.5 固液比對(duì)鉛浸出率的影響

在富鉛尾泥質(zhì)量為100.0 g，氯化鈉質(zhì)量濃度為250 g/L，浸取溫度為80 ℃，鹽酸用量為20.0 mL，浸取時(shí)間為30 min時(shí)，固液比對(duì)燒結(jié)灰中鉛浸出率的影響如圖7所示。

從圖7可以看出：隨著固液比減小，鉛的浸出率不斷增大，當(dāng)固液比為1.0:2.0 g/mL時(shí)，鉛的浸出率達(dá)94%以上；而當(dāng)固液比減小到1.0:2.5 g/mL時(shí)，鉛的浸出率達(dá)到98%以上，尾渣中幾乎不存在鉛。這是由于固液比越小，溶液中的氯離子的量就越多，越有利于氯化鉛的絡(luò)合浸出。根據(jù)浸取液需要趁熱過(guò)濾的實(shí)際情況，選用較小的固液比更有利于浸取液的固液分離，因此，選擇最佳的固液比為1.0:(2.5~3.0)。

圖7 固液比對(duì)鉛浸出率的影響

3.2 優(yōu)化工藝條件下的鉛浸取綜合驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定富鉛尾泥中鉛浸取的優(yōu)化工藝條件如下：浸出溫度為90 ℃，氯化鈉質(zhì)量濃度為250 g/L，鹽酸用量為25.0 mL/(100.0 g)，浸取固液比為1.0:3.0 g/mL，浸出時(shí)間為30 min。在此條件下，進(jìn)行2組鉛浸取的綜合驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表2所示。

從表2可知：在優(yōu)化的鉛浸取工藝條件下，富鉛尾泥中鉛的浸取回收率可達(dá)99.50%。這表明所采用的浸取工藝條件參數(shù)適合，浸取工藝穩(wěn)定、高效。

3.3 冷析結(jié)晶及其母液的循環(huán)使用

浸取液在不同溫度和時(shí)間下冷析出的氯化鉛總質(zhì)量是不同的。經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：在室溫下冷析1 h后，過(guò)濾所得氯化鉛的析出率為60%左右；繼續(xù)延長(zhǎng)時(shí)間，氯化鉛析出率不再增加。向冷析結(jié)晶后的母液中補(bǔ)加一定量的鹽酸后，將其再循環(huán)用于燒結(jié)灰中鉛的浸取，重復(fù)以上操作，結(jié)果如表3所示。

從表3可以看出：隨著母液循環(huán)次數(shù)增加，鉛的回收率不斷增大，但氯化鉛的純度逐漸降低，這是其他雜質(zhì)離子隨著循環(huán)次數(shù)的增加也將在母液中不斷富集所致；未循環(huán)時(shí)，由于大部分氯化鉛溶解在氯化鈉溶液中，氯化鉛的析出率只有60%左右；隨著循環(huán)次數(shù)增加，溶解在氯化鈉溶液中的大部分氯化鉛晶體被較完全地冷卻析出。但隨著循環(huán)次數(shù)增加，所析出的氯化鉛的純度不斷下降，這是其他雜質(zhì)離子隨著循環(huán)次數(shù)的增加也將在母液中不斷富集所致。循環(huán)3次后的母液中仍含有較高質(zhì)量濃度的氯化鉛。氯化鉛在氯化鈉溶液中的溶解度見(jiàn)表4。從表4可知[15]：當(dāng)母液稀釋到其中氯化鈉的質(zhì)量濃度為80~140 g/L時(shí)，母液中氯化鉛已經(jīng)大部分析出。因此，若將第次循環(huán)后的母液稀釋，所析出的氯化鉛計(jì)入第(?1)次(即前次)浸取過(guò)程鉛的回收量，通過(guò)計(jì)算得出，母液未循環(huán)時(shí)(第0次循環(huán))鉛的析出率可達(dá)90.65%，采用4次浸提后(初始1次，母液循環(huán)3次)，燒結(jié)灰中鉛的總回收率可達(dá)94.38%。由于母液采用3次循環(huán)后得到的氯化鉛純度急劇下降，所以，選擇母液循環(huán)次數(shù)為2次較適宜。此時(shí)，前3次浸提析出的氯化鉛主組分含量能夠達(dá)到Q/(HG)SJ 559—91標(biāo)準(zhǔn)中化學(xué)純(98.50%)要求，鉛的回收率可達(dá)到95.08%，晶體產(chǎn)品氯化鉛的平均純度為99.25%。

表2 鉛浸取綜合性試驗(yàn)結(jié)果

表3 母液循環(huán)試驗(yàn)結(jié)果

表4 氯化鉛在氯化鈉溶液中的溶解度[15]

3.4 碳酸鉛的制備試驗(yàn)

在實(shí)驗(yàn)條件下，將制得的氯化鉛按2.2節(jié)所述的反應(yīng)原理轉(zhuǎn)化為碳酸鉛，將碳酸鉛在650 ℃下煅燒 10 h，考察碳酸鈉的加入量(實(shí)驗(yàn)量/理論量)和碳酸鉛沉析率的關(guān)系以及對(duì)一氧化鉛產(chǎn)品質(zhì)量的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

從表5可見(jiàn)：碳酸鈉的加入量為理論量的0.9~1.0倍時(shí)為最佳，此時(shí)，碳酸鉛的沉析率達(dá)99.90%；隨著碳酸鈉的過(guò)量加入，產(chǎn)品質(zhì)量下降，這是碳酸鉛中夾帶有碳酸鈉所致。

表5 碳酸鈉的加入量與碳酸鉛沉析率及一氧化鉛產(chǎn)品純量的關(guān)系

3.5 一氧化鉛制備試驗(yàn)

將沉淀得到的碳酸鉛在100~120 ℃下烘干，然后在馬弗爐中煅燒便可得到產(chǎn)品一氧化鉛。影響一氧化鉛產(chǎn)品純度的因素除了制備過(guò)程中所得的碳酸鉛純度外，還有煅燒溫度和時(shí)間。根據(jù)朱新峰等[16]的研究結(jié)果，碳酸鉛只有在煅燒溫度達(dá)到500 ℃以上時(shí)才會(huì)生成穩(wěn)定的β-PbO，因此，本實(shí)驗(yàn)從550℃開(kāi)始考察不同溫度和時(shí)間下所得一氧化鉛質(zhì)量(純度)，結(jié)果如表6所示。

從表6可以看出：隨著煅燒溫度升高和時(shí)間延長(zhǎng)，產(chǎn)品質(zhì)量提高；在650℃煅燒5 h后，產(chǎn)品純度達(dá)99.50%，再延長(zhǎng)煅燒時(shí)間，產(chǎn)品純度提高不大。綜合考慮，煅燒的最佳條件是在650 ℃時(shí)煅燒5 h。

表6 煅燒溫度、時(shí)間與產(chǎn)物純度關(guān)系

4 經(jīng)濟(jì)效益簡(jiǎn)要分析

經(jīng)對(duì)產(chǎn)品原材料進(jìn)行市場(chǎng)詢價(jià)，生產(chǎn)1 t符合HG/T 2325—2004一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的氧化鉛所消耗的原料用量及成本估算，結(jié)果如表7所示。

氧化鉛按目前的市場(chǎng)價(jià)11 000元/t計(jì)，其原料消耗為5 795元/t，可見(jiàn)采用該工藝和技術(shù)路線濕法浸取回收鋼鐵冶金燒結(jié)機(jī)頭電除塵中的氯化鉛，并利用其生產(chǎn)一氧化鉛具有較好的經(jīng)濟(jì)效益，是鋼鐵冶金含鉛固廢資源化利用的有效途徑。

表7 原材料消耗及成本

5 結(jié)論

1) 以含鉛鋼鐵冶金燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰為原料，采用HCl?NaCl混合溶液濕法浸取回收其中的氯化鉛并利用其熱分解制取一氧化鉛產(chǎn)品的工藝技術(shù)路線是可行的，濕法浸取工藝穩(wěn)定、高效。

2) 采用單因素實(shí)驗(yàn)法，確定了燒結(jié)灰中鉛的浸取優(yōu)化工藝條件如下：在浸取體系中，氯化鈉質(zhì)量濃度為250 g/L，工業(yè)鹽酸用量為25.0 mL/(100 g)，固液比為1:3 g/mL；浸出溫度為90 ℃，浸出時(shí)間為30 min。在此條件下，燒結(jié)灰中鉛的浸出率可以達(dá)到99.50%。

3) 對(duì)浸取液冷卻析晶后的母液循環(huán)使用2次，燒結(jié)灰中鉛的回收率可達(dá)到95.08%，制得的氯化鉛平均純度為99.25%。純度符合Q/(HG)SJ 559—91標(biāo)準(zhǔn)中化學(xué)純的要求(98.50%)。

4) 在氯化鉛沉淀過(guò)程中，當(dāng)碳酸鈉的加入量為理論量的0.9~1.0時(shí)，所得的碳酸鉛經(jīng)650 ℃煅燒5 h，產(chǎn)品一氧化鉛純度可達(dá)99.50%以上，達(dá)到了HG/T 2325—2004標(biāo)準(zhǔn)中工業(yè)一級(jí)品和指標(biāo)要求。

5) 采用氯化提鉛濕法浸取回收鋼鐵冶金燒結(jié)灰中的氯化鉛并利用其生產(chǎn)一氧化鉛，是一條較好的鋼鐵冶金含鉛固廢資源化利用的有效途徑。

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(編輯 陳燦華)

Recovery of lead in sintering electric dust from steel metallurgical and prepartion of lead oxide

FU Zhigang, ZHANG Mei, Lü Na, WANG Weiyan, LIU Wenying, YANG Yunquan

(School of Chemical Engineering, Xiangtan University, Xiangtan 411105, China)

The recovery of lead chloride from ferrous metallurgy sintering electric dust with wet leaching and the preparation of lead oxide were discussed by using HCl?NaCl mixture solution as leaching agent. A variety of factors which affect the efficiency of the leaching were investigated. The recycling effect of the leaching solution and the conversion conditions of PbCl2to PbO were probed. The results show that, under the optimum conditions for the leaching process with the leaching temperature range of 85?90 ℃, NaCl mass concentration of 250 g/L in the leaching system, the amount of industrial hydrochloric acid of 25 mL/(100 g) sintering electric dust, the solid-liquid mass ratio of the dust to HCl-NaCl solution of 1.0:3.0 g/mL and the leaching time of 30 min, the leaching efficiency of Pb from the dust is over 99.50%.With 2 cycles of the crystalled mother liquor, the total recovery of lead can reach 95.08%. In the conversion of PbCl2to PbO, the amount of sodium carbonate is 0.90 to 1.00 times of its theoretical amount, and the precipitate yield of lead is 99.90%. By calcining the precipitate at 650 ℃ for 5 h, the lead oxide product is obtained with purity of 99.50%, which meets the requirement of the first class index in the national standard HG/T 2325?2004.

sintering electric dust; HCl?NaCl mixture solution; leaching; lead chloride; lead oxide; recovery

10.11817/j.issn.1672-7207.2016.10.003

TQ131.1+3

A

1672?7207(2016)10?3302?07

2015?11?02；

2015?12?28

湖南省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(14JJ5027)；國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)(2010ZX07212-008)(Project(14JJ5027) supported by the Natural Science Foundation of Hunan Province; Project(2010ZX07212-008) supported by the Major National Science and Technology of Control and Management of Water Pollution)

楊運(yùn)泉，教授，博士生導(dǎo)師，從事冶金固廢資源化利用技術(shù)研究；E-mail: yangyunquan@xtu.edu.cn