有色金屬定向分離與純化技術的研究

王俊英 王志剛 王錦程

（唐山鶴興廢料綜合利用科技有限公司，河北 唐山 063000）

一、試驗部分

（一）試驗原料

布袋灰取自廣東肇慶某金屬公司,化學成分(%):Zn24.25、Cu11.69、Sn3.26、Pb9.85、As8.93、Ni0.21、Fe0.20、O23.8、Al0.08、S5.55、Cl0.92、Na3.64、Ca0.16、Ti0.01、Mg0.56、Bi0.31、Se0.01、Sb0.34。

（二）試驗原理

因布袋灰中含有較高的有毒金屬砷,如果直接對布袋灰進行酸浸提鋅,砷也被浸出,造成后續除砷步驟復雜,所以本工藝路線選擇先除砷,再提取鋅、銅等其他有價金屬。砷與碳酸鈉在高溫焙燒下可形成極易溶于水的砷酸鈉,可以用水洗除去砷,再對水洗除砷渣中的有價金屬進行提取,工藝流程見圖1。

（三）試驗方法

焙燒試驗:取50g 布袋灰放入陶瓷缽中,加入一定質量的碳酸鈉攪拌混勻,放入馬弗爐中,當馬弗爐達到設定溫度時開始計時,焙燒一定時間后,取出焙砂。

水洗試驗:將焙砂放入1L 三口燒瓶中,加入一定體積水,在設定溫度下,攪拌一定時間后,采用真空抽濾分離,得到水洗液(砷酸鈉)和水洗渣。

浸出試驗:將水洗渣放入1L三口燒瓶中,加入一定體積水和濃硫酸,在設定溫度下,攪拌浸出一定時間后,采用真空抽濾分離濾液和濾渣,記錄濾液(浸出液)體積和烘干后的濾渣(浸出渣)質量。分析浸出液和浸出渣中鋅、銅等質量分數,元素浸出率以渣計。

二、試驗結果與分析

（一）除砷試驗

1.碳酸鈉用量對除砷率的影響。在各裝有50g 布袋灰的5 個陶瓷缽中,分別加入10、15、20、25、30g 的碳酸鈉攪拌混勻,放入馬弗爐中,當馬弗爐達到設定溫度550℃時開始計時,焙燒1h 后取出焙砂,將焙砂放入1L 的三口燒瓶中,加入一定體積的水,80℃攪拌1h 后采用真空抽濾分離。圖2 為碳酸鈉用量對除砷率的影響。從圖2 可見,砷除去率隨碳酸鈉用量的增多而升高,當用量為25g 時,水洗渣中的砷僅為2.5%,除砷率達97.5%,繼續增加碳酸鈉用量,砷的除去率略微下降,這是由于碳酸鈉用量過多,導致焙砂軟化點明顯降低。當焙砂軟化并粘窯時,物料中砷的氧化將無法進行,所以每50g 布袋灰中加入25g 碳酸鈉。

2.焙燒溫度對除砷率的影響。試驗條件:布袋灰50g、碳酸鈉25g、分別在不同溫度焙燒1h,再按2.1.1 節方法進行水洗,圖3 為不同焙燒溫度下砷的除去率,可以看出,隨著焙燒溫度的升高,砷的除去率也相應增加,當焙燒溫度為600℃時,水洗渣中砷僅為1.1%,除砷率達98.9%,但是繼續升高溫度至650℃時,砷的除去率幾乎沒有增加,為節約能耗,選擇焙燒溫度為600℃。

3.焙燒時間對除砷率的影響。試驗條件:布袋灰50g、碳酸鈉25g、分別在600℃焙燒不同時間,再按2.1.1 節方法進行水洗,圖4 為不同焙燒時間下砷的除去率,可以看出,隨著焙燒時間的增加,砷的除去率也相應升高,當焙燒時間為2h 時,水洗渣中的砷僅為0.15%,除砷率可達99.85%,但是繼續增加焙燒時間,砷的除去率幾乎沒有增加,為節約能耗,選擇焙燒時間為2h,此時鋅、銅的損失率僅為0.5%。

（二）有價金屬硫酸浸出試驗結果

采用最優焙燒條件下得到的除砷水洗渣為原料,加入一定體積的硫酸,在一定的溫度下攪拌浸出,分別考察硫酸濃度、浸出溫度和時間對鋅、銅浸出率的影響。

1.硫酸濃度。固定調漿:液固比8∶1(體積質量比,mL/g,下同)、浸出溫度70℃、浸出時間1h,試驗結果如圖5 所示。可以看出,鋅浸出率受硫酸濃度的影響較大,鋅、銅的浸出率隨硫酸濃度的增大而提高;硫酸濃度為1.23mol/L 時,鋅、銅浸出率分別提高至92.34%和90.78%;再繼續增大硫酸濃度,鋅、銅浸出率變化不明顯。綜合考慮,硫酸濃度選擇1.23mol/L。

2.浸出溫度。在硫酸濃度1.23mol/L、液固比8∶1、浸出時間1h的條件下,浸出溫度試驗結果：鋅、銅浸出率均隨溫度的升高而升高,溫度超過90℃后,金屬浸出率變化不大,適宜的浸出溫度選擇90℃。

3.浸出時間對鋅、銅浸出的影響。在硫酸濃度為1.23mol/L、浸出溫度90℃、液固比8∶1 的條件下,不同浸出時間時的結果如圖7 所示。可以看出,鋅、銅浸出率均隨時間的增加而升高,浸出時間增加至1.5h時,鋅浸出率達98.53%,銅浸出率達97.65%,繼續延長浸出時間,金屬浸出率變化不大,適宜的浸出時間為1.5h。

（三）有價金屬綜合回收

浸出液中的鋅、銅可采用加入過量氫氧化鈉的方法得到分離,浸出渣中的鉛、錫可加入碳進行還原熔煉得到鉛錫合金。

三、結論

1.布袋灰中碳酸鈉焙燒法除砷的最佳工藝條件為:25g 碳酸鈉/50g布袋灰、焙燒溫度600℃、焙燒時間2h,在此條件下得到的焙砂經水洗后,水洗渣中的砷僅為0.15%,除砷率達99.85%,鋅、銅的損失率僅為0.5%。2.除砷水洗渣的最佳浸出條件為:硫酸濃度1.23mol/L、浸出溫度90℃、浸出時間1.5h,在此條件下鋅浸出率達98.53%,銅浸出率達97.65%。