從濕法煉鋅渣中回收鋅和銦試驗研究

劉一寧，劉文德，彭 瑛，劉建華，肖 利

（1．鉛鋅聯合冶金湖南省重點實驗室，湖南 株洲 412004；2．株洲冶煉集團股份有限公司，湖南 株洲 412004；3．湖南工業大學 冶金工程學院，湖南 株洲 412007）

銦大都伴生在鋅、鉛、錫等有色金屬礦物中，因此，銦主要從冶煉渣中提取［1-4］。云南省文山州馬關鐵閃鋅礦經高溫焙燒后，焙砂中鐵質量分數為18%～25%，鋅質量分數為45%～54%，銦質量分數為300～500g／t。焙砂中鐵酸鋅較多，可溶性鋅較少［5］，采用常規工藝回收鋅時，鋅回收率較低。研究了采用反酸浸出法從鋅焙砂中浸出鋅，然后對鋅浸出渣進行揮發和浸出，再用溶劑萃取法回收銦。

1 試驗材料

試驗所用鋅焙砂為鐵閃鋅礦在2種焙燒制度下焙燒得到的鋅焙砂（焙砂A與焙砂B），化學成分見表1，其中鐵質量分數均較高。焙砂中，w（Cu）∶w（Cd）≈10∶1，比常見高鐵鋅焙砂（w（Cu）∶w（Cd）≈1∶3）的高。

表1 鋅焙砂化學成分 %

2 試驗結果與討論

2．1 常規中浸

常規中浸是先將焙砂中大部分的鋅溶解，而反酸中浸是使Fe2O3等不參與反應，直接進入渣中［6-7］。

鋅焙砂浸出所用浸出劑為廢電解液的循環液，其硫酸質量濃度約為180g／L。加適量雙氧水作氧化劑（添加量根據亞鐵離子濃度計算）。液固體積質量比為4∶1，攪拌，控制浸出終點體系pH為5．0～5．2。浸出后加入一定量絮凝劑使渣相充分凝結，靜置10min后過濾，分析濾液中鋅、鐵質量濃度，計算鋅、鐵浸出率。試驗結果見表2。可以看出：鋅浸出率較低，在63%～68%之間；而渣率較高，達60%～79%。這是因為焙砂中鐵質量分數較高，常規中浸時，鐵易生成氫氧化鐵膠體，使過濾較為困難，濾渣中水和鋅含量偏高，致使鋅回收率較低［8］。

表2 鋅焙砂常規中浸試驗結果

2．2 反酸中浸

根據焙砂特點，選擇反酸中浸工藝浸出鋅。一定溫度下，邊加酸邊加焙砂，同時控制體系pH，浸出后再攪拌1h。

2．2．1 浸出溫度對鋅浸出率的影響

向攪拌器中加入焙砂A，同時加入浸出劑，控制液固體積質量比為4∶1，體系pH＝3，浸出時間為2h。溫度對鋅浸出率的影響試驗結果如圖1所示。可以看出，隨溫度升高，鋅浸出率提高，但升溫至80℃以后，鋅浸出率變化不大。

圖1 浸出溫度對鋅浸出率影響

2．2．2 體系pH對鋅浸出率的影響

在80℃下對焙砂A進行反酸浸出，控制液固體積質量比為4∶1，浸出時間為2h。考察體系pH對鋅浸出率的影響，試驗結果如圖2所示。

圖2 體系pH對鋅浸出率影響

從圖2看出，體系pH對鋅浸出率影響較大，隨pH增大，鋅浸出率降低。

2．2．3 浸出時間對鋅浸出率的影響

對焙砂A進行不同時間反酸浸出，控制體系pH＝3，浸出時間在0．25～3．25h之間，浸出后再攪拌1h。總浸出時間對鋅浸出率的影響試驗結果如圖3所示。可以看出：總浸出時間為1．5h時，鋅浸出率接近80%；繼續延長浸出時間到3 h，鋅浸出率僅稍有提高。

圖3 浸出時間對鋅浸出率的影響

2．2．4 反酸中浸優化條件試驗

根據上述試驗結果，控制中浸溫度為80℃左右，焙砂粒度為-200目，體系pH大于3．0，浸出終點pH為4．8～5．1，浸出1h后再攪拌浸出1h（總浸出時間為2h）。試驗結果見表3。可以看出：控制體系pH可使Fe2O3不參與反應，因而不會形成膠體；鋅浸出率可達80%左右，與常規中浸相比有較大幅度提高；浸出渣中鋅質量分數降低至19%～21%，且渣液分離效果好，礦漿壓濾速度快。

表3 鋅焙砂反酸中浸綜合試驗結果

2．3 濾液凈化

焙砂A反酸中浸液分析結果見表4。其中，銅、鎘、鈷會影響后續的鋅電積，必須去除［9］。試驗采用3段凈化工藝：第1段除銅，第2段除鎘，第3段高溫除鈷。凈化后的溶液送電積鋅。

試驗條件及結果見表5。

表4 焙砂A反酸中浸液成分 g／L

表5 3段凈化試驗條件及結果

2．4 中浸渣揮發和二次中浸

將鋅浸出渣在韋氏爐里于一氧化碳氣氛中加熱至1 100～1 250℃，揮發出鋅、鉛、銦、鍺、銅、鎘等有價金屬。揮發出的有價金屬隨煙氣一起進入氧化室被氧化成金屬氧化物并收集在收塵器中。鐵富集在爐渣中。試驗結果見表6。

表6 中浸渣揮發試驗結果

2．5 銦的萃取與反萃取

對煙塵進行反酸浸出和壓濾，然后以P204為萃取劑，煤油為稀釋劑，萃取分離銦。P204對銦有較高的萃取性能，而對鐵的萃取率很低，可實現二者的分離［10］。常溫常壓下，用P204從二次濾液中萃取銦，以6mol／L HCl溶液反萃取銦，含銦反萃取液用鋅片置換得到海綿銦［11］，海綿銦壓團熔鑄得98%以上的粗銦。

銦萃余液組成見表7。萃余液中，硫酸、鋅離子質量濃度較高，需加以回收；夾帶的P204質量濃度也較高，采用空氣脫油塔去除。脫除P204試驗結果見表8。

表7 銦萃余液成分 g／L

表8 空氣脫油塔脫除P204試驗結果

從表8看出，除油后，萃余液中P204質量濃度在7mg／L以下。銦萃余液只占整個上清液的5%，上清液中P204質量濃度在0．35g／L以下，不影響鋅電解生產［7］。

3 試驗工藝流程

試驗采用的工藝流程如圖4所示。

圖4 從高鐵鋅焙砂中綜合回收鋅、銦工藝流程

4 結論

1）對高鐵鋅焙砂采用反酸中浸，3段上清液凈化，韋氏爐揮發、萃余液置換銦工藝可回收鋅、銦，鋅、銦總回收率分別達92%和86%。該工藝在技術上是可行的，可形成閉路循環，對環境無污染。

2）反酸中浸適宜條件：中浸溫度為80℃左右，始終保持體系pH＞3．0，浸出終點pH為4．8～5．1，總浸出時間為2h。

3）采用3段凈化工藝，在不同溫度下可去除上清液中的Cu、Co、Cd、Ni等雜質。

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