劉一楠 孫 瑞

（1.中國華電香港有限公司印尼PE公司；2.福州大學(xué)紫金地質(zhì)與礦業(yè)學(xué)院）

冶金塵泥是鋼鐵冶煉產(chǎn)生的固體廢料之一，主要包括高爐瓦斯灰泥、煉金塵泥等。由于我國對冶金塵泥的處理技術(shù)不夠先進，其隨意排放造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染和資源浪費［1-3］。冶金塵泥的產(chǎn)量很大，且其中含有鐵、鋅、鎂等有價成分，回收利用冶金塵泥，對環(huán)境保護和資源利用具有重要意義［4-5］。目前，常用的冶金塵泥處理方法有金屬化球團技術(shù)、冷壓球團技術(shù)、火法技術(shù)及濕法技術(shù)等［6-7］。

福建某冶煉廠冶金廢料中的鋅主要以氧化鋅的形式存在，由于鋅顆粒細(xì)小、分散，且多被鐵礦物和硅酸鹽礦物包裹，其回收利用水平較低。在鋅的浸出中，常見的浸出劑有氨水、硫酸銨、碳酸銨、氯化銨等［8-9］，由于單一浸出劑對原料中鋅的浸出效果有限，故采用氨水與氯化銨組合使用的強化浸出工藝對該含鋅冶金塵泥進行了試驗研究，試驗獲得了良好的浸出指標(biāo)，為類似冶金塵泥的高效回收提供了經(jīng)驗借鑒。

1 原料性質(zhì)

某冶金塵泥取自帶式壓濾機的傳送帶以及重力除塵裝置放灰口，將取得的冶金塵泥在烘箱內(nèi)烘干，混勻縮分后制成試驗原料待用。

1.1 原料多元素分析

原料化學(xué)多元素分析結(jié)果見表1。

由表1可知，原料中的鋅品位為8.40%，為主要回收金屬元素；鐵和鎂在冶金塵泥中多以鐵橄欖石存在，目前回收利用價值不高。

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1.2 鋅物相分析

原料鋅物相分析結(jié)果見表2。

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由表2 可知，原料中的鋅主要以氧化鋅、硫化鋅形式存在，其中氧化鋅占94.79%，多以類紅鋅礦形式賦存；此外，硫化鋅占2.60%，其余為被鐵礦物和硅酸鹽礦物包裹的鋅。

2 試驗原理與方法

2.1 試驗原理

試驗采用濕法技術(shù)對含鋅冶金塵泥進行試驗研究。濕法技術(shù)是通過浸出將塵泥中的有害元素分離出來，然后通過電積方法將鋅從浸出液中富集回收［10］。通過對不同藥劑、總氨用量、液固比、溫度、浸出時間、攪拌速度單一變量對比試驗，探究各種影響因素對鋅離子浸出的影響。為了避免Fe、Al、Ca等雜質(zhì)溶入到濾液中，擬采用氯化銨法直接從氧化鋅礦提取電鋅的工藝。該工藝采用氯化銨—氨水溶液作浸出劑，氧化鋅礦中的鋅以鋅氨配合物形式進入浸出液，在浸出鋅的同時將雜質(zhì)等除去。氨法浸出鋅基本原理為

由上述方程式可知，氨與鋅形成配合物進入溶液，而鐵、鋁等其他元素均不溶解，從而實現(xiàn)鋅的分離［11-12］。同時，為了探索不同堿性浸出劑對原料的浸出效果，分別用氨水、硫酸銨、碳酸銨、氯化銨等單一藥劑對試樣進行浸出，根據(jù)試驗結(jié)果，再分別進行組合搭配，在一定條件下對試樣進行強化浸出試驗并計算鋅浸出率，以此來確定試樣浸出的最優(yōu)條件。

2.2 試驗方法

每次試驗稱取50 g冶金塵泥，加入一定濃度的浸出劑，在500 mL 的錐形瓶中進行浸出試驗。在磁力攪拌器上保持恒定的反應(yīng)溫度及攪拌速度，控制溫度誤差為±1 ℃，浸出結(jié)束后進行過濾、烘干、取樣并化驗。

3 浸出條件試驗

3.1 浸出劑選擇試驗

冶金塵泥中的鋅主要以ZnO 的形式賦存，ZnO 既可溶于酸性溶液也可溶于堿性溶液。當(dāng)用酸性溶液浸出鋅時，塵泥中的Fe、Al等元素也會溶于酸性浸出液，很難將鋅回收；但Fe、Al、C 等元素幾乎不溶于堿液，因此采用堿性浸出劑對塵泥進行處理［13］。

3.1.1 單一藥劑浸出種類及濃度試驗

氨水、硫酸銨、碳酸銨、氯化銨作為堿性浸出藥劑，常用于浸出Cu、Ni、Zn 等金屬。由于部分金屬可在氨液中形成穩(wěn)定的可溶性氨配離子，使它們較易轉(zhuǎn)入氨浸出液［14-15］。在室溫條件下將氨水、硫酸銨、碳酸銨、氯化銨分別配置成濃度為2，3，4，5，6，7，8 mol/L 的浸出液，然后按液固比4∶1 取200 mL 浸出液與50 g試樣混合，在400 r/min的轉(zhuǎn)速下攪拌2 h，試驗結(jié)束后測量鋅的浸出率（圖1）。

由圖1 可見，與硫酸銨和碳酸銨相比，氨水和氯化銨對鋅的浸出效果較好；當(dāng)氨水作為浸出劑時，隨著氨水濃度的提高，鋅浸出率先升高后逐漸平穩(wěn)；當(dāng)氨水濃度為6 mol/L 時，鋅浸出率達(dá)到最高值，此時鋅浸出率為52.16%；當(dāng)氯化銨作浸出劑濃度為5 mol/L時，鋅浸出率達(dá)到最高，此時鋅浸出率為43.75%。

3.1.2 組合浸出劑種類與濃度配比試驗

為對比組合浸出劑與單一浸出劑的效果，使用硫酸銨、碳酸銨、氯化銨與氨水按一定比例搭配作為浸出劑進行試驗。根據(jù)單一浸出劑試驗的結(jié)果，暫定總的銨根離子濃度為6 mol/L。在室溫條件下，保持總銨根離子濃度不變，分別配置氨水與硫酸銨、氨水與碳酸銨、氨水與氯化銨濃度比分別為3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3 的浸出液，然后按液固比4∶1 量取200 mL 溶液與50 g 試樣混合，在400 r/min 的轉(zhuǎn)速下攪拌2 h，試驗結(jié)束后計算鋅的浸出率，結(jié)果見圖2。

由圖2可見，當(dāng)總的銨根離子濃度以及其他試驗條件都相同時，組合浸出劑的效果優(yōu)于單一浸出劑的效果；當(dāng)氨水與硫酸銨濃度比從2∶1 降低到1∶1時，鋅浸出率下降；之后隨著氨水與硫酸銨的濃度比繼續(xù)降低，鋅浸出率開始增加并在1∶2時達(dá)到最大值69.8%。隨著氨水與碳酸銨濃度比的降低，鋅浸出率呈下降趨勢，并在1∶1處達(dá)到最低值60.7%；繼續(xù)降低氨水與碳酸銨濃度的比值，鋅浸出率逐漸升高。隨著氨水與氯化銨濃度比值的降低，鋅浸出率增加；濃度比在1∶1 時達(dá)到最大值74.7%，隨后浸出率開始降低。綜合考慮，使用氨水+氯化銨效果較好，確定濃度比為1∶1。

3.2 總銨根離子濃度試驗

在室溫條件下，配制氨水與氯化銨濃度比為1∶1，總銨根離子濃度分別為2，3，4，5，6，7，8 mol/L 的浸出液，然后按液固比4∶1 分別量取200 mL 浸出液和50 g試樣，混合后在400 r/min轉(zhuǎn)速下攪拌2 h，試驗結(jié)束后計算鋅浸出率，結(jié)果見圖3。

由圖3 可見，總銨根離子濃度從2 mol/L 增加到4 mol/L時，鋅浸出率上升；當(dāng)銨根離子濃度進一步增加到6 mol/L 時，鋅浸出率明顯升高；當(dāng)銨根離子濃度達(dá)到6 mol/L 后浸出率逐漸平穩(wěn)，此時鋅浸出率為75.3%；故確定總銨根離子濃度為6 mol/L。

3.3 液固比試驗

室溫條件下，配制氨水與氯化銨濃度比為1∶1，總銨根離子濃度為6 mol/L 的浸出液，然后按液固比為2∶1，3∶1，4∶1，6∶1，8∶1 分別取50，150，200，300，400 mL的浸出液和50 g試樣混合，混合后在400 r/min的轉(zhuǎn)速下攪拌2 h計算鋅的浸出率，結(jié)果見圖4。

由圖4可見，當(dāng)液固比從2∶1增加到4∶1時，鋅浸出率明顯升高；繼續(xù)增加液固比到6∶1 的過程中，浸出率升高速度減緩；當(dāng)液固比達(dá)6∶1 后，鋅浸出率趨于穩(wěn)定；確定最佳液固比為6∶1，此時鋅浸出率為77.3%。

3.4 浸出溫度試驗

室溫條件下，配制氨水與氯化銨濃度比為1∶1，浸出液總氨銨根離子濃度為6 mol/L，然后按液固比為6∶1 量取300 mL 浸出液和50 g 試樣5 組，分別置于25，35，50，65，80 ℃水浴中，以400 r/min 的轉(zhuǎn)速攪拌2 h，試驗結(jié)束后計算鋅的浸出率，結(jié)果見圖5。

由圖5 可見，當(dāng)浸出溫度從25 ℃升高到50 ℃時，鋅浸出率升高，繼續(xù)升溫后鋅浸出率明顯升高；當(dāng)浸出溫度達(dá)65 ℃左右后，鋅浸出率趨于穩(wěn)定，繼續(xù)升溫后并無明顯升高；確定最佳浸出溫度為65 ℃，此時鋅浸出率為81.9%。

3.5 攪拌時間試驗

室溫條件下，配制氨水與氯化銨濃度比為1∶1，總銨根離子濃度為6 mol/L 的浸出液，然后按液固比為6:1量取300 mL浸出液和50 g試樣7組，置于65 ℃水浴中，以400 r/min 的轉(zhuǎn)速，分別攪拌0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0，3.5 h，試驗結(jié)束后計算鋅的浸出率，結(jié)果見圖6。

由圖6 可見，當(dāng)攪拌時間在0.5～2 h 時，鋅浸出率明顯升高；繼續(xù)攪拌，鋅浸出率增長變慢；當(dāng)攪拌時間達(dá)到2.5 h后，鋅浸出率趨于穩(wěn)定，繼續(xù)攪拌鋅浸出率并無明顯升高；確定最佳攪拌時間為2.5 h，此時鋅浸出率為82.35%。

3.6 攪拌速率試驗

室溫條件下，配制氨水與氯化銨濃度比為1∶1，總銨根離子濃度為6 mol/L 的浸出液，然后按液固比為6∶1 量取300 mL 浸出液和50 g 試樣6 組，置于65 ℃水浴中，分別以200，300，400，500，600，700 r/min 攪拌2.5 h，試驗結(jié)束后計算鋅的浸出率，結(jié)果見圖7。

由圖7可見，鋅浸出率隨攪拌速度的增大不斷增加；當(dāng)攪拌速度達(dá)500 r/min 后，鋅浸出率基本穩(wěn)定；故確定最佳攪拌轉(zhuǎn)速為500 r/min，此時鋅浸出率為86.91%。

4 結(jié) 論

（1）冶金塵泥中的鋅主要以紅鋅礦的形式存在，鋅品位為8.45%，具有較高的回收利用價值。

（2）由于原料中Fe、Al 等雜質(zhì)含量較高，為防止其他金屬雜質(zhì)溶入濾液中，采用組合浸出劑強化浸出原料中的鋅。浸出結(jié)果表明，組合浸出劑的使用，對原料中鋅的浸出效果較好。

（3）在氨水與氯化銨濃度比為1∶1、總氨濃度6 mol/L、液固比6∶1、溫度65 ℃、攪拌時間2.5 h、攪拌速度500 r/min 的最佳條件下，鋅的浸出率為86.91%。試驗結(jié)果較好，可為此類研究提供參考借鑒。