歐亞暉
(郴州市金貴銀業(yè)股份有限公司,湖南 郴州 423038)
金屬鎘是稀貴有色金屬,是Ni-Cd充電電池的重要原材料,本身無(wú)毒,但其化合物毒性很大,屬?lài)?guó)家“三廢”排放標(biāo)準(zhǔn)中嚴(yán)格控制的第一類(lèi)有害物質(zhì)[1]。鎘的主要礦物為硫鎘礦,伴生于銅、鉛、鋅礦石中。鎘在浮選時(shí)大部分進(jìn)入精礦,在冶煉、焙燒時(shí)富集于煙塵或爐渣中。據(jù)統(tǒng)計(jì),世界上每年由冶煉廠(chǎng)和鎘加工處理廠(chǎng)釋放到大氣中的鎘大約1 000 t,約占排入大氣中總鎘量的45%。隨著鎘和其伴生金屬需求量的快速增加,鎘煙塵污染越來(lái)越嚴(yán)重。另一方面,鎘的蓄積性很強(qiáng),因此對(duì)鎘進(jìn)行回收、控制其排放就具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)意義[2]。鎘的提取主要包括從礦渣中濕法提鎘和從富含鎘煙塵中提鎘。鎘在鉛精礦中的含量較低,但經(jīng)過(guò)系統(tǒng)循環(huán)富集后,煙灰中的鎘高達(dá)10%以上。系統(tǒng)中的鎘只能富集到一定程度,再高的話(huà),揮發(fā)損失嚴(yán)重。含鎘化合物的煙霧或煙塵逸入空間,會(huì)污染環(huán)境。因此,將鉛系統(tǒng)內(nèi)的鎘開(kāi)路并加以回收是很有必要的[3]。
隨著資源的逐漸枯竭,利潤(rùn)空間的日益減少,工礦企業(yè)應(yīng)該盡量回收伴生的有色金屬,提高資源的利用率,這是重有色金屬冶煉行業(yè)面臨的共性問(wèn)題。為了能夠很好的解決面臨的共性問(wèn)題,需開(kāi)發(fā)研究相關(guān)的重有色金屬冶煉過(guò)程中一些重金屬的回收技術(shù)問(wèn)題。某公司采用水浸-鋅塊置換的方法從煉鉛底吹爐煙灰中回收鎘[4],該方法浸出率及回收率都較高,但成本高。劉遠(yuǎn)等[5]在鋅冶煉含鎘煙塵制備高純鎘粉的新工藝中,采用硫酸浸出鋅冶煉含鎘煙塵,得到含鎘硫酸浸出液,在硫酸鎘浸出液中加入雙氧水和FeCl3溶液,用NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值后過(guò)濾,將濾液加入NaOH溶液中得到Cd(OH)2粉體,采用氫氣還原得到鎘粉。該工藝雖能得到純度較高的鎘粉,但操作復(fù)雜不易生產(chǎn)推廣應(yīng)用。
本研究采用水浸-硫化鈉置換的方法對(duì)鉛冶煉底吹爐煙灰中的鎘進(jìn)行回收,得到純度較高的硫化鎘。該法操作簡(jiǎn)單,成本低,對(duì)煙塵中鎘的回收具有很好的參考價(jià)值。
試驗(yàn)原料底吹爐煙灰取自郴州某冶煉廠(chǎng),其主要化學(xué)成分見(jiàn)表1。試驗(yàn)主要試劑有:硫化鈉(分析純),濃硫酸(分析純)。
表1 底吹爐煙灰主要化學(xué)成分 %
試驗(yàn)研究是為鉛冶煉底吹爐煙灰中鎘的回收提供一種新方法,以達(dá)到簡(jiǎn)單快速回收煙灰中鎘的目的。通過(guò)試驗(yàn),討論研究液固比、浸出時(shí)間、浸出溫度對(duì)鎘鐵浸出率的影響,探索出最佳工藝條件。
每次稱(chēng)取100 g煙灰粉末裝入燒杯中,按照預(yù)定的液固比量取一定體積的水放入燒杯,升溫,開(kāi)啟攪拌器至規(guī)定時(shí)間后,漿料抽濾分離,濾渣烘干稱(chēng)重。對(duì)浸出液及浸出渣進(jìn)行化驗(yàn)分析。根據(jù)原料及浸出液中的鎘含量計(jì)算浸出率。然后,往浸出液中加硫化鈉置換,至一定條件后,抽濾分離,濾渣烘干稱(chēng)重后進(jìn)行化驗(yàn)分析。根據(jù)浸出液及置換渣中的鎘含量計(jì)算回收率。
從表1中可以看出,底吹爐煙灰中的Pb、Cd具有回收價(jià)值,本試驗(yàn)主要對(duì)其中的鎘的回收進(jìn)行相關(guān)研究。煙灰中Pb主要以PbO和PbSO4的形式存在,它們都不溶于水;鎘的存在形式有CdSO4,CdS及CdO。CdSO4易溶于水,CdS微溶于水,CdO不溶于水。由物相分析及條件試驗(yàn)可知,鎘主要以CdSO4的形式存在于煙灰中,因此采用如圖1所示的工藝流程對(duì)煙灰中的鎘進(jìn)行回收。
圖1 底吹爐煙灰綜合回收工藝流程圖
1.浸出工序:熱水浸出,控制液固比3∶1,盡可能使鎘進(jìn)入溶液,同時(shí)As、Sb不被浸出,浸出時(shí)間2 h。
2.置換工序:室溫下,用硫化鈉置換,控制終點(diǎn)pH為8~9,時(shí)間30min左右,使鎘以硫化鎘沉淀形式回收。
3.1.1 酸度對(duì)鎘浸出率的影響
將原料底吹爐煙灰置于干燥箱中去除水分后,取100 g煙灰,加水300 mL,在60℃溫度下,進(jìn)行不同酸度條件下鎘的浸出試驗(yàn),浸出時(shí)間為2 h。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。
從表2可看出,直接水浸與酸浸的結(jié)果相差不大,其原因是因?yàn)闊熁抑械逆k大部分以CdSO4形式存在,只有少量的鎘以CdS和CdO的形式存在。而且,由化驗(yàn)結(jié)果可知,采用水直接浸出的情況下,煙灰中的As和Sb基本不被浸出,可以省去凈化工序。Pb在酸浸或水浸條件下都不被浸出,留在浸出渣中,返回底吹爐。綜合考慮操作成本及環(huán)保要求,采用不加酸直接水浸。
表2 酸度條件試驗(yàn)結(jié)果
3.1.2 液固比對(duì)鎘浸出率的影響
將原料底吹爐煙灰置于干燥箱中去除水分后,取100 g煙灰,加不同量的水,在同60℃溫度下,浸出2 h,進(jìn)行不同液固比條件下鎘的浸出實(shí)驗(yàn)。液固比對(duì)鎘浸出率的影響如圖2所示。
從圖2可以看出,液固比為1∶1及2∶1時(shí),Cd的浸出率低,浸渣過(guò)濾困難,液固比為3∶1以上時(shí),Cd的浸出率變化不大,即隨著液固比的增加,鎘的浸出率增加不大,出于對(duì)后續(xù)置換工序的考慮,選用液固比3∶1。
圖2 液固比對(duì)鎘浸出率的影響
3.1.3 溫度對(duì)鎘浸出率的影響
將原料底吹爐煙灰置于干燥箱中去除水分后,取100 g煙灰,加3倍量的水,在不同溫度下,進(jìn)行鎘的浸出試驗(yàn),浸出時(shí)間為2 h。溫度對(duì)鎘浸出率的影響如圖3所示。
從圖3可以看出,試驗(yàn)溫度較低時(shí),Cd的浸出率低,當(dāng)溫度升至60℃時(shí),鎘的浸出率較高,當(dāng)溫度繼續(xù)升高時(shí),Cd的浸出率變化不大。因此,選用反應(yīng)溫度為60℃。
圖3 溫度對(duì)鎘浸出率的影響
3.1.4 時(shí)間對(duì)鎘浸出率的影響
將原料底吹爐煙灰置于干燥箱中去除水分后,取100 g煙灰,加3倍量的水,在60℃溫度下,反應(yīng)不同時(shí)間,考察浸出時(shí)間對(duì)鎘浸出率的影響。浸出時(shí)間對(duì)鎘浸出率的影響如圖4所示。
圖4 浸出時(shí)間對(duì)鎘浸出率的影響
從圖4可以看出,浸出時(shí)間較短時(shí),Cd不能充分被浸出,浸出率低,當(dāng)浸出時(shí)間達(dá)到120 min時(shí),鎘的浸出率較高,當(dāng)浸出時(shí)間繼續(xù)增加時(shí),Cd的浸出率變化不大。因此,選用浸出時(shí)間為120 min。
從以上試驗(yàn)結(jié)果可以看出,最佳的工藝流程條件為:液固比3∶1,溫度60℃下,浸出2 h,鎘的浸出率可達(dá)90%以上。將所有水浸浸出液收集,用于后續(xù)置換工序。
取浸出液500 mL,向浸出液中加硫化鈉,可觀(guān)察到溶液中產(chǎn)生橙黃色沉淀,此時(shí)發(fā)生反應(yīng):
當(dāng)溶液pH為8~9時(shí),停止加硫化鈉,繼續(xù)攪拌30 min后將溶液抽濾。將濾渣干燥后進(jìn)行分析。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。
表3 置換試驗(yàn)結(jié)果
由表3可知,大部分的鎘能夠由硫化鈉置換出來(lái),試驗(yàn)證明由硫化鈉置換回收鎘是可行的。
將原料底吹爐煙灰置于干燥箱中去除水分后,各取100 g煙灰,液固比3∶1,60℃條件下,浸出120 min后冷卻至室溫,抽濾,將濾渣收集返底吹爐煉鉛。向浸出液中加硫化鈉至溶液的pH為8~9后停止加硫化鈉,約30 min后,抽濾。濾渣即CdS置于干燥箱中干燥后分析。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。
從表4可以看出,在最佳試驗(yàn)參數(shù)條件下進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn),浸出試驗(yàn)結(jié)果較為穩(wěn)定,鎘的浸出率及回收率達(dá)都在90%以上。
表4 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果
經(jīng)過(guò)對(duì)底吹爐煙灰進(jìn)行水浸-置換工藝的實(shí)驗(yàn)室小規(guī)模試驗(yàn)研究,可得出以下結(jié)論:水浸-硫化鈉置換工藝切實(shí)可行,流程簡(jiǎn)單,鎘浸出率高,其中鉛基本無(wú)損失,全部富集于浸出渣中,置換產(chǎn)出的硫化鎘中鎘的含量可控制在60%以上。