鍍鋅灰的熱酸浸出和除鐵試驗研究

何小鳳，李運剛，陳 金

（河北聯(lián)合大學，河北 唐山 063009）

鍍鋅灰中含有鋅、氧化鋅、氯化鋅、氯化鐵和少量氯化銨等，可作為鋅的二次資源加以回收。目前，從鍍鋅灰中回收有價金屬一般采用濕法工藝［1］。從鍍鋅灰中浸出鋅有熱水浸出、中性浸出和熱酸浸出［2-3］。熱水浸出時，鍍鋅灰中的水溶物完全溶解，氯化鋅轉變成氫氧化鋅進入渣中，氯化鐵和少量的氯化銨進入溶液。中性浸出的終點pH約在5～6之間，溶液中游離酸、含鐵量相對較少。而熱酸浸出后，溶液中還含有大量游離酸，鐵進入溶液的量比較多，在上清液返回中性浸出之前需去除雜質鐵。試驗研究了鍍鋅灰的熱酸浸出及用黃鉀鐵礬法除鐵［3］。

1 試驗部分

1．1 試驗原料

試驗所用鍍鋅灰來自國內某鋼管熱鍍鋅廠，球磨篩分后粒度小于0．15mm，主要化學成分見表1。物相分析結果表明，Zn主要以ZnO、ZnCl2和金屬鋅形式存在。

試驗用水為去離子水，硫酸為分析純。

表1 鋅灰的化學成分 %

1．2 試驗方法

試驗在燒杯中進行，用電熱恒溫水浴鍋加熱。一定溫度下用水浸出，過濾后的濾渣在一定條件下進行中性浸出，中性浸出渣用熱酸浸出提高鋅回收率［4］。

2 試驗結果與討論

2．1 熱酸浸出鋅

2．1．1 浸出劑硫酸質量濃度對鋅浸出率的影響

試驗條件：浸出時間3h，液固體積質量比6∶1，浸出溫度90℃，用精密增力電動攪拌器攪拌。浸出劑始酸質量濃度對鋅浸出率的影響試驗結果如圖1所示。

圖1 硫酸質量濃度對鋅浸出率的影響

從圖1看出：隨硫酸質量濃度提高，鋅浸出率升高；硫酸質量濃度升高到150g／L時，鋅浸出率升高到98%；之后再提高硫酸質量濃度，鋅浸出率變化不大。隨硫酸質量濃度增大，化學反應速率加快，鋅浸出率也就相應提高。綜合考慮，選擇熱酸浸出時硫酸質量濃度為150g／L。

2．1．2 浸出時間對鋅浸出率的影響

試驗條件：硫酸質量濃度150g／L，浸出溫度90℃，液固體積質量比6∶1，原料質量50g。浸出時間對鋅浸出率的影響試驗結果如圖2所示。

圖2 浸出時間對鋅浸出率的影響

從圖2看出：隨浸出時間延長，鋅浸出率提高；浸出4h時，鋅浸出率達87．04%；之后繼續(xù)延長浸出時間，鋅浸出率變化不大。在保證鋅浸出率較高情況下，應盡可能縮短浸出時間，提高生產(chǎn)效率，所以，浸出時間選擇3h。

2．1．3 液固體積質量比對鋅浸出率的影響

硫酸質量濃度不變，增大液固體積質量比即增加酸用量。由化學反應［5］

可知，酸量增加有利于反應向右進行。但酸量增加到一定時，浸出率接近極限，再增加酸量，浸出率提高幅度不大；而且液固體積質量比太大，不利于后續(xù)浸出液的處理。

試驗條件：硫酸質量濃度150g／L，浸出溫度90℃，浸出時間3h，原料質量50g。液固體積質量比對鋅浸出率的影響試驗結果如圖3所示。

圖3 液固體積質量比對鋅浸出率的影響

可以看出：隨液固體積質量比增大，鋅浸出率提高；液固體積質量比為6∶1時，鋅浸出率為85．73%；繼續(xù)增大液固體積質量比，鋅浸出率提高幅度不大。綜合考慮，確定液固體積質量比以6∶1為宜。

2．1．4 浸出溫度對鋅浸出率的影響

從動力學角度考慮，升高溫度，化學反應速率常數(shù)增大，反應速率增大［6］。

試驗條件：浸出時間3h，硫酸質量濃度150 g／L，液固體積質量比6∶1，原料50g。浸出溫度對鋅浸出率的影響試驗結果如圖4所示。

圖4 浸出溫度對浸出率影響

從圖4看出：隨浸出溫度升高，鋅浸出率增大；當溫度升至90℃時，鋅浸出率達97．05%；再升高溫度，鋅浸出率變化不大。所以，熱酸浸出時溫度選擇90℃為最佳。

2．1．5 最佳條件下的綜合浸出

根據(jù)單因素試驗結果，在硫酸質量濃度150 g／L、浸出溫度90℃、浸出時間3h、液固體積質量比6∶1條件下，對400g原料重復進行3組試驗，結果表明，鋅浸出率分別為97．08%、96．59%和97．24%，平均97%，效果較好。

2．2 鋅浸出液黃鉀鐵礬法除鐵

浸出時，浸出劑酸度較高，鐵進入溶液較多，在返回中性浸出之前需預先除鐵。除鐵采用黃鉀鐵礬法，在pH＝1．5條件下進行。試驗考察溫度、反應時間、堿試劑種類、中和劑種類及酸度等對除鐵的影響。

2．2．1 反應溫度對除鐵的影響

對于pH＝1．5的含鐵溶液，控制沉鐵時間為3h，用氫氧化銨作沉淀劑，反應溫度對沉礬效果的影響試驗結果如圖5所示?？梢钥闯觯喝芤簻囟仍礁?，除鐵效果越好；溫度為90℃時，除鐵效果最好，鐵去除率達98．8%。

圖5 反應溫度對沉礬效果的影響

2．2．2 沉鐵時間對除鐵效果的影響

溶液pH＝1．5，反應溫度為90℃，用氫氧化銨作沉淀劑，沉鐵時間對除鐵效果的影響試驗結果如圖6所示。

圖6 沉鐵時間對除鐵效果的影響

由圖6看出：沉鐵時間越長，除鐵效果越好。但實際生產(chǎn)中，沉鐵時間延長會降低生產(chǎn)效率。綜合考慮，確定適宜的沉鐵時間為3h，鐵去除率達到98%。

3 結論

鍍鋅灰經(jīng)熱水浸出、熱酸浸出，鋅回收率大大提高；含鋅浸出液用黃鉀鐵礬法除鐵，適宜條件下，溶液中鐵質量濃度可以控制在很低的水平，溶液返回中性浸出時，不會對工藝過程產(chǎn)生不利影響。

［1］何小鳳，李運剛，陳金．熱鍍鋅渣鋅灰回收處理工藝評述［J］．中國有色冶金，2008（2）：55-58．

［2］王宏偉．鋅灰酸浸法回收硫酸鋅［J］．南都學壇：自然科學版，2000，20（3）：61-63．

［3］汪錫孝．試驗研究方法［M］．長沙：湖南科學技術出版社，1989：85-87．

［4］張榮良，李鳳蓮．從鋼鐵廠含鋅煙灰中濕法回收鋅的研究現(xiàn)狀及存在的問題［J］．濕法冶金，2014，33（3）：165-167．

［5］華一新．冶金過程動力學導論［M］．北京：冶金工業(yè)出版社，2004：188．

［6］梅光貴，王德潤，周敬元等．濕法煉鋅學［M］．長沙：中南大學出版社，2001：106-107．