鉛鉍合金渣中鉛的乙酸浸出優選試驗

韋響，何啟賢，莫江敏

（廣西現代職業技術學院，廣西 河池 547000)

鉛鉍合金是鉛陽極泥提銀灰吹氧化鉍渣和粗鉛火法精煉除鉍鈣鎂渣熔煉得到的產品，鉛鉍合金渣是鉛鉍合金在火法精煉過程中產生的副產物[1]。其物質組成復雜，金屬元素含量高。除鉛品位高達70%以上，銻、鉍等元素含量也較高，具有重要的回收利用價值[2-4]。目前，鉛鉍合金渣主要返作鼓風爐粗鉛熔煉原料進行處理。因渣料自身的燒結性能不佳，以及重新熔煉時金屬元素的循環堆積。造成了渣料處理能耗高、成本高，處理困難等缺點，未能被合理使用，大部分做堆棄處理[5-10]。不僅占用大量土地，而且還會造成環境污染。通過濕法工藝研究，找出一條不產生或極少產生廢水、廢氣、廢渣，處理工藝成熟，環保問題得以解決的新工藝是合適必要的[11-14]。本文采用乙酸浸出鉛鉍合金渣中的鉛，回收渣中鉛元素，考察了乙酸濃度、液固比、浸出時間與浸出溫度單因素試驗條件對鉛浸出率的影響，得到了優化的鉛浸出工藝參數。該工藝有著簡單、高效、環保、成本低等優點。

1 試驗物料

試驗物料為廣西河池某鉛冶煉公司的鉛鉍合金渣，渣料呈淡黃色，形狀為粒狀或塊狀，密度大，熔點低[15-16]。物料用破碎機處理后，再經制樣機充分磨細，粒度為-149μm。鉛鉍合金渣中主要金屬元素成分如表1-1所示。

對渣樣進行XRD分析，結果如圖1所示。由圖1可知，樣品中主要含有以下物相：氧化鉛（PbO，斜方晶系）、氧化鉛（PbO，四方晶系）、氧化鉍（Bi2O3）、氧化銻（Sb2O3）、氧化鉛（Pb5O8）、單質鉍（Bi）。

圖1 渣樣的XRD圖譜

2 試驗原理

氧化鉛在酸性條件下能與乙酸發生反應生成乙酸鉛，而其他金屬離子在弱酸性的乙酸溶液中很少反應。鉛鉍合金渣在乙酸浸出過程中，鉛元素生成Pb2+進入浸出液，從而實現鉛的浸出，亦與其他雜質元素相分離。

3 試驗方法

采用渣樣+乙酸溶液的優選試驗浸出工藝設計，按乙酸濃度、液固比、浸出時間、浸出溫度的順序依次進行單因素考察，確定鉛元素浸出各個工藝因素的最優參數[17]。將一定量的渣樣放入燒杯中，加入一定量的乙酸溶液，混合均勻后將燒杯移入設定溫度的水浴鍋中持續攪拌，進行加熱-乙酸溶液浸出工藝對比試驗。到達規定浸出時間后，進行過濾洗滌，測定浸出液與原渣樣中鉛的元素質量，計算鉛的浸出率，鉛浸出率的計算公式如下：

式中：η為浸出質量百分數，M浸出液、M渣分別為浸出液中鉛質量和原料渣中鉛質量。

4 試驗結果

4.1 乙酸濃度對浸出率的影響

原料中的鉛元素主要以氧化物形式存在，能與乙酸反應生成乙酸鉛，生成的乙酸鉛在乙酸溶液弱酸性條件下能穩定存在。試驗條件：固定攪拌速度為240r/min，液固比5：1，浸出時間60min，浸出溫度30℃，浸出劑中乙酸濃度分別為100g/L、150g/L、200g/L、250g/L、300g/L。乙酸濃度變化對鉛鉍合金渣中鉛浸出率的影響效果如圖2所示。

由圖2可以看出，乙酸濃度200g/L為關鍵點，隨著乙酸濃度從100g/L增大至200g/L，鉛鉍合金渣中鉛的浸出率也由79.54%上升至90.83%，乙酸濃度從200g/L增大至300g/L時，鉛鉍合金渣中鉛的浸出率在90.80～90.83%范圍內波動，數值變化很小，基本達到穩定。這是由于原料中的氧化鉛與乙酸反應生成乙酸鉛，鉛元素轉移到溶液中。乙酸濃度為200g/L時，已有足夠的乙酸與原料中的氧化鉛反應，如再大幅增加乙酸濃度，只會造成浸出劑乙酸用量的增加，對提高浸出率意義不大。所以浸出工藝最優的乙酸濃度應選200g/L。

4.2 液固比對浸出率的影響

本研究中所涉及的液固比是指浸出劑的體積（ml）與鉛鉍合金渣物料的質量（g）比，其中浸出劑的體積是指乙酸和溶液中去離子水混合體積之和。試驗條件：固定攪拌速度為240r/min，乙酸濃度為200g/L，浸出時間60min，浸出溫度30℃，液固比分別為5：1、6：1、7：1、8：1，液固比變化對鉛鉍合金渣中鉛浸出率的影響效果如圖3所示。

圖3 液固比對浸出率的影響

圖4 浸出時間對浸出率的影響

由圖3可以看出，液固比對浸出率影響不大，它們的浸出率在90.85～91.19%范圍內波動，浸出率基本上接近。液固比小于6：1時，液固比不斷增大，浸出率也從90.85%上升至91.19%。液固比大于6：1后，浸出率不再隨液固比的增大而上升，液固比6：1為關鍵點。液固比的增大，浸出劑使用量增大，單個原料顆粒分配到的浸出劑增多，有利于浸出外擴散和界面反應，可加快反應速度，但液固比過大，乙酸的用量大、利用率低、工藝成本高。液固比過小，溶液的粘度過大，難于攪拌和過濾。綜合考量各方面因素，本實驗的最優液固比選擇6：1。

4.3 浸出時間對浸出率的影響

試驗條件：固定攪拌速度為240r/min，乙酸濃度為200g/L，液固比為6：1，反應溫度30℃，浸出時間分別為60min、90min、120min、150min。浸出時間變化對鉛鉍合金渣中鉛浸出率的影響效果如圖4所示。

由圖4可以看出，當浸出時間為120min時為關鍵點，浸出率達到最高峰91.56%，當浸出時間在120min以內，原料的浸出率隨著浸出時間的增加，從91.22%上升91.56%；當反應時間超過120min后，反應時間繼續延長對原料浸出率的上升影響并不明顯。這表明反應已經到達平衡，原料中可以被浸出溶解進入溶液的鉛元素已基本反應完全。因而，可以選擇最佳的浸出反應時間為120min。

4.4 浸出溫度對浸出率的影響

對于浸出過程，通常通過提高反應溫度來實施強化浸出。實驗條件：固定攪拌速度為240r/min，乙酸濃度為200g/L，液固比為6：1，浸出時間120min，浸出溫度分別為30℃、40℃、50℃、60℃。浸出溫度變化對鉛鉍合金渣中鉛浸出率的影響效果如圖3-4所示。

圖5 浸出溫度對浸出率的影響

由圖5可以看出，浸出溫度對浸出率影響是比較大的，當浸出溫度為50℃時為關鍵點，浸出率達到93.79%。當溫度小于50℃時，浸出率隨著溫度的升高而顯著上升，自91.56%上升至93.79%。當溫度大于50℃后，溫度的升高對浸出率的上升影響并不明顯。一般情況下，隨著反應溫度升高，反應速率也會隨之增大。隨著溫度升高，反應物分子的能量不斷增大，活化分子數目也會顯著增加，反應速率隨之增大。其次溫度升高后，分子運動速率加快，分子間碰撞機會增多，也會促使反應速率增大。反應溫度越高，溶液的揮發越大，同時也會對設備和環境造成影響，會給設備的維護保養和生產操作帶來困難。綜上所述，選擇浸出的最佳溫度為50℃。

5 結論

1）相對于鉛鉍合金渣的傳統火法處理工藝，采用乙酸濕法浸出，具有工藝及設備簡單，金屬浸出率高，處理成本低，清潔環保等優點。

2）優選試驗的最優工藝條件為：乙酸濃度為200g/L，液固比為6：1，浸出時間120min，浸出溫度50℃，鉛的浸出率為93.79%，鉛浸出效果好。