呂 昂，王邦偉，許志杰，閆曉丹

（云錫文山鋅銦冶煉有限公司，云南 文山 663700）

銦是一種稀有金屬，在地殼中分布量散、含量低，無(wú)法形成含量較高的集中礦藏，主要是稀散分布于各種鋅等礦脈中，在選礦中作為鋅和其他一些金屬中作為雜質(zhì)存在。目前銦被廣泛用于ITO靶材、電子半導(dǎo)體和航空航天等重要領(lǐng)域，在美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家，銦很早被列為重要戰(zhàn)略準(zhǔn)備資源。隨著銦用途的不斷擴(kuò)大及銦資源的減少，對(duì)含銦較低的物料進(jìn)行綜合回收利用，具有重大和深遠(yuǎn)的意義[1]。

在濕法煉鋅過(guò)程中，酸的平衡和調(diào)節(jié)非常重要，不同的生產(chǎn)廠家，根據(jù)其物料和生產(chǎn)工藝情況，采用不同的中和劑進(jìn)行酸度調(diào)節(jié)和控制。如南方有色冶煉公司、蒙自礦冶等大部分濕法冶煉廠通常采用氧化鋅礦對(duì)多余的酸段進(jìn)行中和調(diào)節(jié)，其優(yōu)點(diǎn)是避免產(chǎn)出其他多余的廢渣，缺點(diǎn)是反應(yīng)效率低，產(chǎn)出的渣量大，設(shè)備投資較大。采用石灰石或石灰乳中和酸，其反應(yīng)速度快，設(shè)備投資較少，渣的沉降和過(guò)濾性極好，缺點(diǎn)是產(chǎn)出副產(chǎn)石膏需要進(jìn)一步處置。濕法冶煉中，大部分原生銦的原料主要來(lái)源于濕法煉鋅系統(tǒng)，少量來(lái)自火法冶煉鋅浮渣，極少部分來(lái)自鋼鐵冶煉的煙塵灰中。濕法煉鋅中，銦主要是通過(guò)中和沉淀的方式從含銦溶液中進(jìn)行富集。濕法煉鋅系統(tǒng)中的溶液在采用石灰石或石灰乳中和控制或調(diào)解酸度時(shí)，少量的銦隨之進(jìn)入石膏渣中，這部分渣含銦較低，多作為石膏渣的雜質(zhì)成分，不作為銦的資源進(jìn)行綜合回收利用。廢渣中提取銦的濕法冶金工藝主要包括：原料制備—浸出—萃取—反萃—置換—熔鑄精煉。不同的浸出工藝條件對(duì)銦浸出率的影響較大，銦提取回收率主要取決于銦浸出率，研究物料高效浸出銦的技術(shù)，提高銦浸出率，是冶煉廢渣中提取銦的關(guān)鍵和難點(diǎn)，本文中針對(duì)一種濕法冶煉副產(chǎn)的低銦石膏渣進(jìn)行銦的浸出工藝研究實(shí)驗(yàn)。重點(diǎn)對(duì)物料預(yù)處理和銦浸出的反應(yīng)條件，即酸的種類(lèi)（以硫酸體系為例）、溫度、液固比、時(shí)間、初始酸度、添加劑（氧化劑）進(jìn)行綜合實(shí)驗(yàn)研究，分析總結(jié)適用于特定含銦物料的高效銦浸出工藝。

低銦石膏渣中的銦主要以氧化銦，氫氧化銦等形式存在，采用常規(guī)酸浸的方法，可以有效的浸出石膏渣中的銦，主要發(fā)生如下反應(yīng)[1](以硫酸浸出為例)：

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

低銦石膏渣主要成分：Zn 1.45%、In 0.41%、Fe 0.38%。

1.2 實(shí)驗(yàn)研究過(guò)程

（1）溫度對(duì)浸出率影響。取400g硫酸鈣，反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)2h，液固比2:1，始酸200g/L，在25℃、40℃、55℃、70℃、80℃、95℃下反應(yīng)，考察不同反應(yīng)溫度對(duì)銦浸出率的影響，結(jié)果如圖1所示：

圖1 不同反應(yīng)溫度對(duì)浸出率影響

從圖1可看出，隨著反應(yīng)溫度升高，銦浸出率明顯提高，在反應(yīng)溫度到達(dá)70℃時(shí)，銦浸出率達(dá)到72%以上，溫度繼續(xù)升高，銦浸出率繼續(xù)升高，但升高趨勢(shì)變緩，反應(yīng)所需熱量升高，能耗較大，無(wú)實(shí)際意義，認(rèn)為70℃為最佳反應(yīng)溫度。

（2）液固比對(duì)銦浸出率影響。取400g硫酸鈣，反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)2h，反應(yīng)溫度70℃，始酸200g/L，在1:1、2:1、2.5:1、3:1、4:1液固比下反應(yīng)，考察不同液固比對(duì)銦浸出率的影響，結(jié)果如圖2所示：

圖2 不同液固比對(duì)銦浸出率的影響

從圖2可得，隨著液固比提高，銦浸出率明顯升高，當(dāng)液固比到達(dá)3:1時(shí)，銦浸出率達(dá)到71%以上，繼續(xù)升高液固比，銦浸出率提升并不明顯，且反應(yīng)容器增大、水耗升高，并無(wú)實(shí)際意義，認(rèn)為3:1為最佳液固比。

（3）反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)對(duì)銦浸出率的影響。取400g硫酸鈣，液固比2:1，反應(yīng)溫度70℃，始酸200g/L，分別反映0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h、3h，考察不同反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)對(duì)銦浸出率的影響，結(jié)果如圖3所示：

圖3 不同反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)對(duì)銦浸出率的影響

從圖3可看出，隨著反應(yīng)時(shí)間變長(zhǎng)，銦浸出率明顯升高，當(dāng)反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)到達(dá)2h，銦浸出率在70%以上，繼續(xù)增加反應(yīng)時(shí)間，銦浸出率變化不大，認(rèn)為反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)2h為最佳反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)。

（4）始酸對(duì)銦浸出率的影響。取400g硫酸鈣，液固比2:1，反應(yīng)溫度70℃，反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)2h，在100g/L、150g/L、200g/L、300g/L、400g/L、500g/L始酸下反應(yīng)，考察不同始酸對(duì)銦浸出率的影響，結(jié)果如圖4所示：

圖4 不同始酸對(duì)銦浸出率的影響

從圖4可看出，隨著始酸升高，銦浸出率顯著升高，當(dāng)始酸在300g/L時(shí)，銦浸出率在78%以上，繼續(xù)升高始酸，銦浸出率變化不大，認(rèn)為始酸300g/L為最佳反應(yīng)初始酸度。

從上述直接酸浸浸出結(jié)果來(lái)看，對(duì)影響銦浸出的關(guān)鍵因素分別進(jìn)行單因素浸出實(shí)驗(yàn)，研究不同浸出條件下銦的浸出效果。結(jié)果表明，反應(yīng)溫度、液固比、反應(yīng)時(shí)間和初始酸度是影響銦浸出效果的關(guān)鍵因素，這與大部分金屬元素的浸出類(lèi)似。但通過(guò)加強(qiáng)這些浸出條件發(fā)現(xiàn)，銦的浸出率較低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求。

從石膏渣中銦的化學(xué)形態(tài)分析，理論上銦形成的化合物很容易與硫酸發(fā)生反應(yīng)從而被浸出進(jìn)入溶液中，但事實(shí)上并不是如此。大部分銦與酸反應(yīng)后被浸出，剩余的銦則很難被浸出，即便對(duì)浸出條件進(jìn)行強(qiáng)化效果也不理想。組織銦被浸出的因素可能有以下原因，一是，銦的化合物在與酸反應(yīng)的過(guò)程中形成一種更穩(wěn)定的化合物留在渣中；二，渣中銦的化合物是一種很穩(wěn)定且難于與硫酸發(fā)生反應(yīng)；三，某種難于與酸發(fā)生反應(yīng)的化合物在銦的化合物外形成包裹，阻止了銦化合物與硫酸發(fā)生反應(yīng)。低銦石膏渣的主要成分是二水硫酸鈣，其晶核在生成和長(zhǎng)大的過(guò)程中，部分銦的化合物二水硫酸鈣晶體包裹。二水硫酸鈣在與硫酸并不發(fā)生反應(yīng)，其包裹的銦化合物無(wú)法與酸接觸，也就不能被浸出。二水硫酸鈣晶體的強(qiáng)度很低，通過(guò)研磨或破碎等方式，很容易將包裹層晶體破壞。以下實(shí)驗(yàn)也充分驗(yàn)證了這個(gè)觀點(diǎn)。

（5）不同研磨粒度對(duì)銦浸出率影響：。取400g硫酸鈣研磨至-200目20%，-200目35%，-200目50%,-200目70%,-200目80%,-200目90%，-200目100%，液固比3:1，反應(yīng)溫度70℃，反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)2h，300g/L始酸下反應(yīng)，考察不同研磨粒度對(duì)銦浸出率的影響，結(jié)果如圖5所示：

圖5 不同研磨粒度對(duì)銦浸出率的影響

從圖5可看出，研磨粒度越細(xì)，能明顯改善銦浸出效果，在研磨粒度到達(dá)-200目80%以后，浸出率變化不大，認(rèn)為研磨粒度到達(dá)-200目80%為最佳研磨粒度。

（6）綜合驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。根據(jù)單因素條件實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從含銦硫酸鈣渣中浸出銦的最佳工藝條件為：溫度70℃、液固比3:1、反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)2h、初始酸度300g/L，研磨粒度-200目80%，在此工藝條件下，展開(kāi)了5組綜合驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表1所示：

表1 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)記錄表

實(shí)驗(yàn)證明，結(jié)果重現(xiàn)性較好，銦浸出率均高于92%，能夠有效回收污酸石膏渣夾帶走銦，滿足生產(chǎn)需求。

2 結(jié)論

本文針對(duì)含銦污酸石膏銦浸出率進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，得出以下結(jié)論：①銦浸出最佳技術(shù)參數(shù)為：反應(yīng)溫度70℃、液固比3:1、反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)2h，始酸300g/L。②研磨粒度越細(xì)，能明顯提高銦浸出率，研磨粒度-200目80%為最佳值。