鉛鉍合金渣中鉛的乙酸浸出優(yōu)選試驗(yàn)

韋響，何啟賢，莫江敏

（廣西現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 河池 547000)

鉛鉍合金是鉛陽(yáng)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(chǎn)品，鉛鉍合金渣是鉛鉍合金在火法精煉過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物[1]。其物質(zhì)組成復(fù)雜，金屬元素含量高。除鉛品位高達(dá)70%以上，銻、鉍等元素含量也較高，具有重要的回收利用價(jià)值[2-4]。目前，鉛鉍合金渣主要返作鼓風(fēng)爐粗鉛熔煉原料進(jìn)行處理。因渣料自身的燒結(jié)性能不佳，以及重新熔煉時(shí)金屬元素的循環(huán)堆積。造成了渣料處理能耗高、成本高，處理困難等缺點(diǎn)，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(huì)造成環(huán)境污染。通過(guò)濕法工藝研究，找出一條不產(chǎn)生或極少產(chǎn)生廢水、廢氣、廢渣，處理工藝成熟，環(huán)保問(wèn)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(shí)間與浸出溫度單因素試驗(yàn)條件對(duì)鉛浸出率的影響，得到了優(yōu)化的鉛浸出工藝參數(shù)。該工藝有著簡(jiǎn)單、高效、環(huán)保、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

1 試驗(yàn)物料

試驗(yàn)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(diǎn)低[15-16]。物料用破碎機(jī)處理后，再經(jīng)制樣機(jī)充分磨細(xì)，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(duì)渣樣進(jìn)行XRD分析，結(jié)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(zhì)鉍（Bi）。

圖1 渣樣的XRD圖譜

2 試驗(yàn)原理

氧化鉛在酸性條件下能與乙酸發(fā)生反應(yīng)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(yīng)。鉛鉍合金渣在乙酸浸出過(guò)程中，鉛元素生成Pb2+進(jìn)入浸出液，從而實(shí)現(xiàn)鉛的浸出，亦與其他雜質(zhì)元素相分離。

3 試驗(yàn)方法

采用渣樣+乙酸溶液的優(yōu)選試驗(yàn)浸出工藝設(shè)計(jì)，按乙酸濃度、液固比、浸出時(shí)間、浸出溫度的順序依次進(jìn)行單因素考察，確定鉛元素浸出各個(gè)工藝因素的最優(yōu)參數(shù)[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(shè)定溫度的水浴鍋中持續(xù)攪拌，進(jìn)行加熱-乙酸溶液浸出工藝對(duì)比試驗(yàn)。到達(dá)規(guī)定浸出時(shí)間后，進(jìn)行過(guò)濾洗滌，測(cè)定浸出液與原渣樣中鉛的元素質(zhì)量，計(jì)算鉛的浸出率，鉛浸出率的計(jì)算公式如下：

式中：η為浸出質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，M浸出液、M渣分別為浸出液中鉛質(zhì)量和原料渣中鉛質(zhì)量。

4 試驗(yàn)結(jié)果

4.1 乙酸濃度對(duì)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(yīng)生成乙酸鉛，生成的乙酸鉛在乙酸溶液弱酸性條件下能穩(wěn)定存在。試驗(yàn)條件：固定攪拌速度為240r/min，液固比5：1，浸出時(shí)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(duì)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(guān)鍵點(diǎn)，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(shí)，鉛鉍合金渣中鉛的浸出率在90.80～90.83%范圍內(nèi)波動(dòng)，數(shù)值變化很小，基本達(dá)到穩(wěn)定。這是由于原料中的氧化鉛與乙酸反應(yīng)生成乙酸鉛，鉛元素轉(zhuǎn)移到溶液中。乙酸濃度為200g/L時(shí)，已有足夠的乙酸與原料中的氧化鉛反應(yīng)，如再大幅增加乙酸濃度，只會(huì)造成浸出劑乙酸用量的增加，對(duì)提高浸出率意義不大。所以浸出工藝最優(yōu)的乙酸濃度應(yīng)選200g/L。

4.2 液固比對(duì)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(zhì)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(yàn)條件：固定攪拌速度為240r/min，乙酸濃度為200g/L，浸出時(shí)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(duì)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(duì)浸出率的影響

圖4 浸出時(shí)間對(duì)浸出率的影響

由圖3可以看出，液固比對(duì)浸出率影響不大，它們的浸出率在90.85～91.19%范圍內(nèi)波動(dòng)，浸出率基本上接近。液固比小于6：1時(shí)，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(guān)鍵點(diǎn)。液固比的增大，浸出劑使用量增大，單個(gè)原料顆粒分配到的浸出劑增多，有利于浸出外擴(kuò)散和界面反應(yīng)，可加快反應(yīng)速度，但液固比過(guò)大，乙酸的用量大、利用率低、工藝成本高。液固比過(guò)小，溶液的粘度過(guò)大，難于攪拌和過(guò)濾。綜合考量各方面因素，本實(shí)驗(yàn)的最優(yōu)液固比選擇6：1。

4.3 浸出時(shí)間對(duì)浸出率的影響

試驗(yàn)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(yīng)溫度30℃，浸出時(shí)間分別為60min、90min、120min、150min。浸出時(shí)間變化對(duì)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(dāng)浸出時(shí)間為120min時(shí)為關(guān)鍵點(diǎn)，浸出率達(dá)到最高峰91.56%，當(dāng)浸出時(shí)間在120min以內(nèi)，原料的浸出率隨著浸出時(shí)間的增加，從91.22%上升91.56%；當(dāng)反應(yīng)時(shí)間超過(guò)120min后，反應(yīng)時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)對(duì)原料浸出率的上升影響并不明顯。這表明反應(yīng)已經(jīng)到達(dá)平衡，原料中可以被浸出溶解進(jìn)入溶液的鉛元素已基本反應(yīng)完全。因而，可以選擇最佳的浸出反應(yīng)時(shí)間為120min。

4.4 浸出溫度對(duì)浸出率的影響

對(duì)于浸出過(guò)程，通常通過(guò)提高反應(yīng)溫度來(lái)實(shí)施強(qiáng)化浸出。實(shí)驗(yàn)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(shí)間120min，浸出溫度分別為30℃、40℃、50℃、60℃。浸出溫度變化對(duì)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(duì)浸出率的影響

由圖5可以看出，浸出溫度對(duì)浸出率影響是比較大的，當(dāng)浸出溫度為50℃時(shí)為關(guān)鍵點(diǎn)，浸出率達(dá)到93.79%。當(dāng)溫度小于50℃時(shí)，浸出率隨著溫度的升高而顯著上升，自91.56%上升至93.79%。當(dāng)溫度大于50℃后，溫度的升高對(duì)浸出率的上升影響并不明顯。一般情況下，隨著反應(yīng)溫度升高，反應(yīng)速率也會(huì)隨之增大。隨著溫度升高，反應(yīng)物分子的能量不斷增大，活化分子數(shù)目也會(huì)顯著增加，反應(yīng)速率隨之增大。其次溫度升高后，分子運(yùn)動(dòng)速率加快，分子間碰撞機(jī)會(huì)增多，也會(huì)促使反應(yīng)速率增大。反應(yīng)溫度越高，溶液的揮發(fā)越大，同時(shí)也會(huì)對(duì)設(shè)備和環(huán)境造成影響，會(huì)給設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)和生產(chǎn)操作帶來(lái)困難。綜上所述，選擇浸出的最佳溫度為50℃。

5 結(jié)論

1）相對(duì)于鉛鉍合金渣的傳統(tǒng)火法處理工藝，采用乙酸濕法浸出，具有工藝及設(shè)備簡(jiǎn)單，金屬浸出率高，處理成本低，清潔環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。

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