高 巖，溫耀儒，陳士強(qiáng)，李鵬舉，徐紅輝，耿翠翠

(1.河南省冶金研究所有限責(zé)任公司，河南 鄭州 450053；2.河南省科學(xué)院碳減排與利用工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450053;3.江西理工大學(xué) 材料冶金化學(xué)學(xué)部，江西 贛州 341000)

鋼鐵冶煉燒結(jié)電除塵灰中含有鉛、銅、鉀、鈉及鋅等元素，是重要的二次資源[1-3]。目前，從燒結(jié)電除塵灰中回收鐵、鉀、鉛、鋅已有一些研究[4-6]。常用方法有濕法、火法、火法+濕法。濕法主要有氯化浸出法[7-8]、強(qiáng)堿浸出法[9-10]、有機(jī)酸配合浸出法[11]、有機(jī)胺浸出法[12-13]和無機(jī)氨浸出法[14-15]。強(qiáng)堿浸出法浸出效果較好，但濾渣黏度大，不易于過濾，同時(shí)堿的價(jià)格較高；有機(jī)酸配合浸出法和有機(jī)胺浸出法的選擇性較好，但浸出速率低，浸出劑成本較高，浸出后液中的有機(jī)碳不好處理；無機(jī)氨浸出法成本低，但浸出率和浸出速率限制了其應(yīng)用；氯化浸出法主要是通過氯離子與鉛形成配陰離子而將鉛轉(zhuǎn)入溶液，然后從溶液中回收鉛；但常用的鹽酸體系會導(dǎo)致其他金屬離子也被大量浸出。因此，如何控制鹽酸用量，減少其他金屬離子的浸出是研究熱點(diǎn)[16-17]。試驗(yàn)研究了采用氯化銨-鹽酸體系從燒結(jié)電除塵灰中浸出鉛，通過加入氯鹽實(shí)現(xiàn)低酸條件下的選擇性浸出。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原料

燒結(jié)電除塵灰：取自某鋼鐵廠，化學(xué)組成見表1，物相組成如圖1所示。可以看出：鉛以PbO形式存在，鐵主要以Fe3O4、Fe2O3、FeO(OH)形式存在，其他雜質(zhì)主要有K2O、SiO2、Na2O等。

表1 燒結(jié)電除塵灰的化學(xué)組成 %

圖1 燒結(jié)電除塵灰的XRD圖譜

試驗(yàn)試劑：鹽酸、氯化銨、氯化鎂、氯化鈣、氫氧化鈉等，均為分析純。

1.2 試驗(yàn)原理與方法

鹽酸體系中，適量氯化銨的加入對H+活度增大有明顯的促進(jìn)作用；而H+活度對金屬氧化物的反應(yīng)有重要影響：所以體系中加入氯化銨可以在不增大酸濃度條件下提高H+活度，進(jìn)而促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行。

(1)

(2)

(3)

(4)

用化學(xué)滴定法測定溶液中鐵和鉛濃度，用D8 Advance X型射線衍射儀分析物相組成。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 氯化銨濃度對鉛浸出率的影響

燒結(jié)電除塵灰質(zhì)量50 g，鹽酸濃度1.5 mol/L，浸出時(shí)間30 min，浸出溫度70 ℃，固液質(zhì)量體積比1 g/4 mL，勻速攪拌，氯化銨濃度對鉛浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 氯化銨濃度對鉛浸出率的影響

由圖2看出：隨體系中氯化銨濃度增大，鉛浸出率明顯提高；氯化銨濃度增大至2 mol/L時(shí)，鉛浸出率達(dá)最大，為98.6%。這是因?yàn)槁然@的加入引入了大量的氯離子：一方面，氯離子的引入可以使氯化鉛在高溫下發(fā)生配合反應(yīng)形成四氯化鉛配陰離子進(jìn)入溶液；另一方面，氯鹽的加入可以顯著增大鹽酸中氫離子的活度，可實(shí)現(xiàn)低酸濃度下金屬的高效浸出[18]。綜合考慮，確定氯化銨濃度以2 mol/L為宜。

2.2 鹽酸濃度對鉛浸出率的影響

燒結(jié)電除塵灰質(zhì)量50 g，浸出時(shí)間30 min，氯化銨濃度2 mol/L，浸出溫度70 ℃，固液質(zhì)量體積比1 g/4 mL，勻速攪拌，鹽酸濃度對鉛浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 鹽酸濃度對鉛浸出率的影響

由圖3看出：隨鹽酸濃度增大，參與反應(yīng)的氫離子增加，氧化鐵和氧化鉛反應(yīng)程度增加，鉛浸出率提高；鹽酸濃度為1.5 mol/L時(shí)，鉛浸出率提高至98%，之后趨于穩(wěn)定。綜合考慮，確定鹽酸濃度以1.5 mol/L為宜。

2.3 浸出時(shí)間對鉛浸出率的影響

燒結(jié)電除塵灰質(zhì)量50 g，氯化銨濃度2 mol/L,鹽酸濃度1.5 mol/L，浸出溫度70 ℃，固液質(zhì)量體積比1 g/4 mL，勻速攪拌，浸出時(shí)間對鉛浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 浸出時(shí)間對鉛浸出率的影響

由圖4看出：浸出速度較快，浸出10 min，鉛浸出率即達(dá)90%，這是由于氧化鉛與酸反應(yīng)活化能較低，反應(yīng)和傳質(zhì)較快；浸出30 min后，部分氧化鉛相被其他穩(wěn)定相包裹，浸出率穩(wěn)定在98%左右，繼續(xù)延長反應(yīng)時(shí)間無意義。因此，確定適宜的浸出時(shí)間為30 min。

2.4 浸出溫度對鉛浸出率的影響

燒結(jié)電除塵灰質(zhì)量50 g，氯化銨濃度2 mol/L,鹽酸濃度1.5 mol/L，浸出時(shí)間30 min，固液質(zhì)量體積比1 g/4 mL，勻速攪拌，溫度對鉛浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 浸出溫度對鉛浸出率的影響

由圖5看出：溫度對鉛浸出率影響較大，隨溫度升高，鉛浸出率提高，這是由于較高溫度有利于鉛配陰離子的生成，易于溶出；溫度為70 ℃時(shí)，鉛浸出率達(dá)98%左右并趨于穩(wěn)定。因此，確定浸出溫度以70 ℃為宜。

2.5 固液質(zhì)量體積比對鉛浸出率的影響

燒結(jié)電除塵灰質(zhì)量50 g，氯化銨濃度2 mol/L，鹽酸濃度1.5 mol/L，浸出時(shí)間30 min，浸出溫度70 ℃，固液質(zhì)量體積比對鉛浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

圖6 固液質(zhì)量體積比對鉛浸出率的影響

由圖6看出：固液質(zhì)量體積比對鉛浸出率影響顯著，因?yàn)橐后w體積增大，液固相反應(yīng)面積增加，可強(qiáng)化傳質(zhì)效果；固液質(zhì)量體積比為1 g/4 mL時(shí)，鉛浸出率達(dá)98%，液體體積繼續(xù)增大，鉛浸出率變化不大。因此，確定固液質(zhì)量體積比以1 g/4 mL為宜。

3 結(jié)論

用鹽酸+氯化銨體系從燒結(jié)電除塵灰中浸出鉛是可行的，適宜條件下，鉛浸出率可達(dá)98.6%。NH4Cl的加入可提高體系中H+活度，有利于浸出反應(yīng)進(jìn)行。