馬愛元,孫成余,羅永光,鄭雪梅,李 松
(1.六盤水師范學(xué)院 化學(xué)與材料工程學(xué)院,貴州 六盤水 553004;2.昆明理工大學(xué) 冶金與能源工程學(xué)院,云南 昆明 650093;3.云南馳宏鋅鍺股份有限公司,云南 曲靖 655000)
隨著鋼鐵工業(yè)、鉛鋅等有色金屬冶煉工業(yè)的迅速發(fā)展,堿性成分高、成分復(fù)雜的含鋅二次資源大量堆存,未得到有效回收處理[1-4]。含鋅二次資源中的鋅主要以氧化鋅、硅酸鋅、鋅鐵尖晶石和硫化鋅等形式存在,也含有堿性脈石成分,氟氯含量較高。用酸浸出鋅,浸出液中Ca、Mg、F、Cl等雜質(zhì)含量高,且酸耗高,對設(shè)備腐蝕性大,大量硫酸鐵及硅酸溶解進(jìn)入浸出液易形成硅膠,后續(xù)凈化除雜過程較為復(fù)雜[5-8]。采用堿法工藝處理鋅二次資源,一定程度上可避免鐵的大量浸出,減輕浸出劑對設(shè)備的腐蝕,適合處理含堿性脈石多的礦物;但所需氫氧化鈉濃度較高,消耗量較酸法明顯更多,浸出溫度較高;另外,在強(qiáng)堿條件下,鋅酸鈉電解只能得到海綿鋅粉而得不到陰極鋅板。
試驗所用高爐瓦斯灰來自某鋼鐵冶煉企業(yè),主要化學(xué)成分見表1,固體顆粒物相XRD分析結(jié)果如圖1所示。
表1 高爐瓦斯灰的主要化學(xué)成分 %
高爐瓦斯灰中:鋅主要以ZnO形式存在,鐵主要以FeO、Fe2O3、Fe3O4形式存在;堿性脈石成分含量較高,主要以SiO2、MgSO4、 CaMgSiO4形式存在。
圖1 高爐瓦斯灰的XRD分析結(jié)果
高爐瓦斯灰激光粒度分布結(jié)果如圖2所示。可以看出:瓦斯灰顆粒粒度分布較寬,分布區(qū)間為3~460 μm;其中D50=49.72 μm,D98=347.22 μm,平均D=72.763 μm。
圖2 高爐瓦斯灰樣品的粒度分布曲線
試驗原理:在NH3-(NH4)2CO3-H2O體系中,高爐瓦斯灰中的Zn物相與浸出劑發(fā)生配位反應(yīng)并轉(zhuǎn)入溶液,而C、Fe、Si、Ca、Al、Pb、Mg等不反應(yīng)留在渣中。反應(yīng)式如下:
浸出試驗在1 000 mL玻璃反應(yīng)容器中進(jìn)行。反應(yīng)裝置連接有攪拌器。為避免氨揮發(fā),浸出劑均現(xiàn)配現(xiàn)用。試驗前,將瓦斯灰置于105 ℃干燥箱中干燥4 h,冷卻至室溫,取20 g與浸出劑一起置于反應(yīng)容器內(nèi)混合攪拌浸出;反應(yīng)結(jié)束后過濾分離,以EDTA滴定法測定濾液中鋅質(zhì)量濃度,計算鋅浸出率。
圖3 浸出時間對鋅浸出率的影響
由圖3看出,鋅浸出率隨浸出進(jìn)行逐漸提高;反應(yīng)30 min后,鋅浸出率變化不大,趨于穩(wěn)定,為76.71%。綜合考慮,確定適宜的浸出時間為30 min。
圖4 總氨濃度對鋅浸出率的影響
室溫,浸出時間30 min,總氨濃度5 mol/L,攪拌速度300 r/min,液固體積質(zhì)量比4 mL/g,[NH3]/[NH3]T對鋅浸出率的影響試驗結(jié)果如圖5所示。
圖5 [NH3]/[NH3]T對鋅浸出率的影響
圖6 攪拌速度對鋅浸出率的影響
圖7 液固體積質(zhì)量比對鋅浸出率的影響
圖8 浸出溫度對鋅浸出率的影響
由圖8看出:浸出溫度在25~65 ℃范圍內(nèi)對鋅的浸出效果影響不顯著;溫度低于45 ℃時,鋅浸出率隨浸出溫度升高略有提高,因為升溫可以加速溶劑分子的擴(kuò)散運(yùn)動,從而強(qiáng)化鋅、氨之間的配合反應(yīng);溫度高于45 ℃后,體系中氨的揮發(fā)加劇,導(dǎo)致總氨濃度下降,鋅浸出率下降。綜合考慮,浸出在室溫(25 ℃)條件下進(jìn)行即可。
25 ℃條件下所得浸出液中含Zn、Pb、Fe、Ca、Si,浸出率分別為76.1%、0.27%、0.01%、6.79%、 0.12%。可以看出,NH3-(NH4)2CO3-H2O體系可選擇性浸出Zn,其他雜質(zhì)元素的浸出率很低,基本不進(jìn)入浸出液而留在渣中。