馬福寶， 陳 晨， 雷占昌

（青海省核工業(yè)檢測(cè)試驗(yàn)中心，青海 西寧 810003）

濕法煉鋅工藝產(chǎn)鋅約占世界鋅總產(chǎn)量的80%以上［1-4］。 凈化渣是濕法煉鋅工藝中凈化工序產(chǎn)生的一種多金屬固體尾渣，主要含鋅及其他金屬元素［5-6］，是一種重要的二次資源。 我國(guó)鋅資源不豐富，開采和提取難度大，大型礦和富礦少［7-8］，若能實(shí)現(xiàn)凈化渣中鋅的高效提取，不僅有助于緩解我國(guó)鋅礦資源壓力，而且可實(shí)現(xiàn)濕法煉鋅凈化渣的資源化利用。

目前，工業(yè)生產(chǎn)中多采用選擇性浸出-揮發(fā)窯法或β-萘酚除鈷法處理凈化渣［9］。 也有學(xué)者開展了堿性甘氨酸溶液浸出法［10］、硫代硫酸鈉浸出法［11］、氨-硫酸銨混合體系浸出法［12］、酸浸法［13-14］、酸洗-硫化鈉轉(zhuǎn)化法［15］、過硫酸銨氧化沉淀法［16］等研究，但這些方法存在浸出選擇性差、鋅提取率較低等問題。 本文采用堿浸方式處理凈化渣，重點(diǎn)研究了堿濃度、浸出時(shí)間、浸出溫度、堿渣比等工藝參數(shù)對(duì)凈化渣中鋅浸出率的影響，旨在實(shí)現(xiàn)凈化渣中鋅的選擇性高效提取。

1 試 驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)用凈化渣的組成成分如表1 所示。 凈化渣中主要成分為鋅，含量為35.41%；此外還含有鈷及少量硅、鉀、鈉、鐵、鈣、銅等。 凈化渣物相分析結(jié)果表明，凈化渣為無定形物相，為不規(guī)則形狀顆粒。

表1 國(guó)內(nèi)某濕法煉鋅廠凈化渣元素組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）／%

1.2 試驗(yàn)方法

凈化渣浸出實(shí)驗(yàn)在均相反應(yīng)器中進(jìn)行。 配置不同濃度的氫氧化鈉溶液；根據(jù)反應(yīng)條件，將一定質(zhì)量的凈化渣和一定體積的氫氧化鈉溶液置于含四氟內(nèi)膽的水熱反應(yīng)釜中，蓋緊蓋子后，將釜安裝在均相反應(yīng)器中的固定支架上，打開反應(yīng)器的旋轉(zhuǎn)按鈕；當(dāng)均相反應(yīng)器溫度顯示值達(dá)到程序設(shè)定值后，隨即開始記錄反應(yīng)時(shí)間；反應(yīng)一段時(shí)間后，停止旋轉(zhuǎn)，從支架上取下反應(yīng)釜；反應(yīng)液冷卻0.5 h 后，用布氏漏斗進(jìn)行過濾，用塑料量筒量取濾液體積。 凈化渣浸出濾液中的鋅含量采用電感耦合等離子發(fā)射光譜儀（Thermo iCAP6300）進(jìn)行分析，并計(jì)算鋅浸出率。

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 堿（NaOH）濃度對(duì)鋅浸出率的影響

在浸出溫度90 ℃、浸出時(shí)間2 h、堿渣比20 L／kg條件下，研究了堿濃度對(duì)鋅浸出效果的影響，結(jié)果如圖1 所示。 當(dāng)堿濃度低于300 g／L 時(shí)，隨著堿濃度增大，凈化渣中鋅浸出率明顯升高；堿濃度300 g／L，鋅浸出率為92.3%；堿濃度300 ～480 g／L 時(shí)，鋅浸出率在92.3%～95.7%范圍內(nèi)。

圖1 堿濃度對(duì)鋅浸出率的影響

結(jié)果表明，堿浸可以有效提取鋅冶煉凈化渣中的鋅，因?yàn)殇\在堿性環(huán)境中形成配合物但氫氧化鈉溶液的黏度一般隨濃度升高而增大，而黏度增大會(huì)影響浸出后的過濾分離效率，導(dǎo)致浸出后渣中的附液量增多，不利于工業(yè)生產(chǎn)。綜合考慮，適宜的堿濃度為300 g／L。

2.2 浸出時(shí)間對(duì)鋅浸出率的影響

堿濃度300 g／L、浸出溫度90 ℃、堿渣比20 L／kg，浸出時(shí)間對(duì)鋅浸出效果的影響如圖2 所示。 隨著反應(yīng)的進(jìn)行，鋅浸出率呈逐漸升高趨勢(shì)。 鋅的浸出主要發(fā)生在反應(yīng)的前40 min 內(nèi)，浸出40 min 時(shí)，凈化渣中鋅浸出率達(dá)95.3%。 因此，選擇浸出時(shí)間40 min。 凈化渣浸出時(shí)間相對(duì)較短，工業(yè)生產(chǎn)中所需的反應(yīng)停留時(shí)間較短，所需浸出裝置的體積較小，設(shè)備成本相對(duì)較低。

圖2 浸出時(shí)間對(duì)鋅浸出率的影響

2.3 浸出溫度對(duì)鋅浸出率的影響

堿濃度300 g／L、浸出時(shí)間40 min、堿渣比20 L／kg，浸出溫度對(duì)鋅浸出效果的影響如圖3 所示。 在60 ～120 ℃范圍內(nèi)，溫度升高，鋅浸出率總體上呈逐漸增大的變化趨勢(shì)。 在60～90 ℃范圍內(nèi)，溫度升高可以顯著提升鋅浸出率；之后繼續(xù)升高溫度，鋅浸出率緩慢增大。 溫度達(dá)110 ℃后，鋅浸出率基本維持恒定。 此外，升高溫度可以降低堿溶液黏度，高溫有利于浸出液和浸出渣的分離。 綜合考慮，選擇浸出溫度110 ℃。

圖3 浸出溫度對(duì)鋅浸出率的影響

2.4 堿渣比對(duì)鋅浸出率的影響

堿濃度300 g／L、浸出時(shí)間40 min、浸出溫度110 ℃，堿渣比對(duì)鋅浸出效果的影響如圖4 所示。 堿渣比8 ～12 L／kg 范圍內(nèi)，堿量增大， 鋅浸出率顯著升高。 堿渣比超過12 L／kg 時(shí)，堿渣比增大對(duì)鋅浸出率提高的效果不明顯。 堿渣比增大，意味著處理效率降低，單位時(shí)間內(nèi)處理單位質(zhì)量的凈化渣需要的反應(yīng)器體積也越大，設(shè)備成本增加。 因此，選擇浸出堿渣比12 L／kg。

圖4 堿渣比對(duì)鋅浸出率的影響

2.5 優(yōu)化條件試驗(yàn)

通過單因素實(shí)驗(yàn)，確定適宜的堿浸條件為：堿濃度300 g／L、浸出時(shí)間40 min、浸出溫度110 ℃、堿渣比12 L／kg，在此條件下進(jìn)行凈化渣堿浸驗(yàn)證試驗(yàn)，鋅浸出率達(dá)95.8%。 結(jié)果表明，通過堿浸處理，可以實(shí)現(xiàn)凈化渣中鋅的高效提取。

3 結(jié) 論

1） 增大堿濃度、延長(zhǎng)浸出時(shí)間、升高浸出溫度以及增大堿渣比均有利于凈化渣中鋅的浸出。

2） 適宜的堿浸條件為：堿濃度300 g／L、浸出時(shí)間40 min、浸出溫度110 ℃、堿渣比12 L／kg，此時(shí)凈化渣中鋅浸出率達(dá)95.8%。

3） 堿浸法處理凈化渣時(shí)鋅的浸出率高，為凈化渣中鋅的進(jìn)一步回收利用奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。