用NH3-(NH4)2CO3-H2O體系從高爐瓦斯灰中浸出鋅試驗研究

馬愛元，孫成余，羅永光，鄭雪梅，李 松

(1.六盤水師范學院 化學與材料工程學院，貴州 六盤水 553004；2.昆明理工大學 冶金與能源工程學院，云南 昆明 650093；3.云南馳宏鋅鍺股份有限公司，云南 曲靖 655000)

隨著鋼鐵工業、鉛鋅等有色金屬冶煉工業的迅速發展，堿性成分高、成分復雜的含鋅二次資源大量堆存，未得到有效回收處理[1-4]。含鋅二次資源中的鋅主要以氧化鋅、硅酸鋅、鋅鐵尖晶石和硫化鋅等形式存在，也含有堿性脈石成分，氟氯含量較高。用酸浸出鋅，浸出液中Ca、Mg、F、Cl等雜質含量高，且酸耗高，對設備腐蝕性大，大量硫酸鐵及硅酸溶解進入浸出液易形成硅膠，后續凈化除雜過程較為復雜[5-8]。采用堿法工藝處理鋅二次資源，一定程度上可避免鐵的大量浸出，減輕浸出劑對設備的腐蝕，適合處理含堿性脈石多的礦物；但所需氫氧化鈉濃度較高，消耗量較酸法明顯更多，浸出溫度較高；另外，在強堿條件下，鋅酸鈉電解只能得到海綿鋅粉而得不到陰極鋅板。

1 試驗部分

1.1 試驗原料

試驗所用高爐瓦斯灰來自某鋼鐵冶煉企業，主要化學成分見表1，固體顆粒物相XRD分析結果如圖1所示。

表1 高爐瓦斯灰的主要化學成分 %

高爐瓦斯灰中：鋅主要以ZnO形式存在，鐵主要以FeO、Fe2O3、Fe3O4形式存在；堿性脈石成分含量較高，主要以SiO2、MgSO4、 CaMgSiO4形式存在。

圖1 高爐瓦斯灰的XRD分析結果

高爐瓦斯灰激光粒度分布結果如圖2所示。可以看出：瓦斯灰顆粒粒度分布較寬，分布區間為3～460 μm；其中D50=49.72 μm，D98=347.22 μm，平均D=72.763 μm。

圖2 高爐瓦斯灰樣品的粒度分布曲線

1.2 試驗原理與方法

試驗原理：在NH3-(NH4)2CO3-H2O體系中，高爐瓦斯灰中的Zn物相與浸出劑發生配位反應并轉入溶液，而C、Fe、Si、Ca、Al、Pb、Mg等不反應留在渣中。反應式如下：

浸出試驗在1 000 mL玻璃反應容器中進行。反應裝置連接有攪拌器。為避免氨揮發，浸出劑均現配現用。試驗前，將瓦斯灰置于105 ℃干燥箱中干燥4 h，冷卻至室溫，取20 g與浸出劑一起置于反應容器內混合攪拌浸出；反應結束后過濾分離，以EDTA滴定法測定濾液中鋅質量濃度，計算鋅浸出率。

2 試驗結果與分析

2.1 浸出時間對鋅浸出率的影響

圖3 浸出時間對鋅浸出率的影響

由圖3看出，鋅浸出率隨浸出進行逐漸提高；反應30 min后，鋅浸出率變化不大，趨于穩定，為76.71%。綜合考慮，確定適宜的浸出時間為30 min。

2.2 總氨濃度對鋅浸出率的影響

圖4 總氨濃度對鋅浸出率的影響

2.3 [NH3]/[NH3]T對鋅浸出率的影響

室溫，浸出時間30 min，總氨濃度5 mol/L，攪拌速度300 r/min，液固體積質量比4 mL/g，[NH3]/[NH3]T對鋅浸出率的影響試驗結果如圖5所示。

圖5 [NH3]/[NH3]T對鋅浸出率的影響

2.4 攪拌速度對鋅浸出率的影響

圖6 攪拌速度對鋅浸出率的影響

2.5 液固體積質量比對鋅浸出率的影響

圖7 液固體積質量比對鋅浸出率的影響

2.6 浸出溫度對鋅浸出率的影響

圖8 浸出溫度對鋅浸出率的影響

由圖8看出：浸出溫度在25～65 ℃范圍內對鋅的浸出效果影響不顯著；溫度低于45 ℃時，鋅浸出率隨浸出溫度升高略有提高，因為升溫可以加速溶劑分子的擴散運動，從而強化鋅、氨之間的配合反應；溫度高于45 ℃后，體系中氨的揮發加劇，導致總氨濃度下降，鋅浸出率下降。綜合考慮，浸出在室溫(25 ℃)條件下進行即可。

25 ℃條件下所得浸出液中含Zn、Pb、Fe、Ca、Si，浸出率分別為76.1%、0.27%、0.01%、6.79%、 0.12%。可以看出，NH3-(NH4)2CO3-H2O體系可選擇性浸出Zn，其他雜質元素的浸出率很低，基本不進入浸出液而留在渣中。

3 結論