從燒結電除塵灰中氯化浸出鉛

高 巖，溫耀儒，陳士強，李鵬舉，徐紅輝，耿翠翠

(1.河南省冶金研究所有限責任公司，河南 鄭州 450053；2.河南省科學院碳減排與利用工程技術研究中心，河南 鄭州 450053;3.江西理工大學 材料冶金化學學部，江西 贛州 341000)

鋼鐵冶煉燒結電除塵灰中含有鉛、銅、鉀、鈉及鋅等元素，是重要的二次資源[1-3]。目前，從燒結電除塵灰中回收鐵、鉀、鉛、鋅已有一些研究[4-6]。常用方法有濕法、火法、火法+濕法。濕法主要有氯化浸出法[7-8]、強堿浸出法[9-10]、有機酸配合浸出法[11]、有機胺浸出法[12-13]和無機氨浸出法[14-15]。強堿浸出法浸出效果較好，但濾渣黏度大，不易于過濾，同時堿的價格較高；有機酸配合浸出法和有機胺浸出法的選擇性較好，但浸出速率低，浸出劑成本較高，浸出后液中的有機碳不好處理；無機氨浸出法成本低，但浸出率和浸出速率限制了其應用；氯化浸出法主要是通過氯離子與鉛形成配陰離子而將鉛轉入溶液，然后從溶液中回收鉛；但常用的鹽酸體系會導致其他金屬離子也被大量浸出。因此，如何控制鹽酸用量，減少其他金屬離子的浸出是研究熱點[16-17]。試驗研究了采用氯化銨-鹽酸體系從燒結電除塵灰中浸出鉛，通過加入氯鹽實現低酸條件下的選擇性浸出。

1 試驗部分

1.1 試驗原料

燒結電除塵灰：取自某鋼鐵廠，化學組成見表1，物相組成如圖1所示。可以看出：鉛以PbO形式存在，鐵主要以Fe3O4、Fe2O3、FeO(OH)形式存在，其他雜質主要有K2O、SiO2、Na2O等。

表1 燒結電除塵灰的化學組成 %

圖1 燒結電除塵灰的XRD圖譜

試驗試劑：鹽酸、氯化銨、氯化鎂、氯化鈣、氫氧化鈉等，均為分析純。

1.2 試驗原理與方法

鹽酸體系中，適量氯化銨的加入對H+活度增大有明顯的促進作用；而H+活度對金屬氧化物的反應有重要影響：所以體系中加入氯化銨可以在不增大酸濃度條件下提高H+活度，進而促進反應進行。

(1)

(2)

(3)

(4)

用化學滴定法測定溶液中鐵和鉛濃度，用D8 Advance X型射線衍射儀分析物相組成。

2 試驗結果與討論

2.1 氯化銨濃度對鉛浸出率的影響

燒結電除塵灰質量50 g，鹽酸濃度1.5 mol/L，浸出時間30 min，浸出溫度70 ℃，固液質量體積比1 g/4 mL，勻速攪拌，氯化銨濃度對鉛浸出率的影響試驗結果如圖2所示。

圖2 氯化銨濃度對鉛浸出率的影響

由圖2看出：隨體系中氯化銨濃度增大，鉛浸出率明顯提高；氯化銨濃度增大至2 mol/L時，鉛浸出率達最大，為98.6%。這是因為氯化銨的加入引入了大量的氯離子：一方面，氯離子的引入可以使氯化鉛在高溫下發生配合反應形成四氯化鉛配陰離子進入溶液；另一方面，氯鹽的加入可以顯著增大鹽酸中氫離子的活度，可實現低酸濃度下金屬的高效浸出[18]。綜合考慮，確定氯化銨濃度以2 mol/L為宜。

2.2 鹽酸濃度對鉛浸出率的影響

燒結電除塵灰質量50 g，浸出時間30 min，氯化銨濃度2 mol/L，浸出溫度70 ℃，固液質量體積比1 g/4 mL，勻速攪拌，鹽酸濃度對鉛浸出率的影響試驗結果如圖3所示。

圖3 鹽酸濃度對鉛浸出率的影響

由圖3看出：隨鹽酸濃度增大，參與反應的氫離子增加，氧化鐵和氧化鉛反應程度增加，鉛浸出率提高；鹽酸濃度為1.5 mol/L時，鉛浸出率提高至98%，之后趨于穩定。綜合考慮，確定鹽酸濃度以1.5 mol/L為宜。

2.3 浸出時間對鉛浸出率的影響

燒結電除塵灰質量50 g，氯化銨濃度2 mol/L,鹽酸濃度1.5 mol/L，浸出溫度70 ℃，固液質量體積比1 g/4 mL，勻速攪拌，浸出時間對鉛浸出率的影響試驗結果如圖4所示。

圖4 浸出時間對鉛浸出率的影響

由圖4看出：浸出速度較快，浸出10 min，鉛浸出率即達90%，這是由于氧化鉛與酸反應活化能較低，反應和傳質較快；浸出30 min后，部分氧化鉛相被其他穩定相包裹，浸出率穩定在98%左右，繼續延長反應時間無意義。因此，確定適宜的浸出時間為30 min。

2.4 浸出溫度對鉛浸出率的影響

燒結電除塵灰質量50 g，氯化銨濃度2 mol/L,鹽酸濃度1.5 mol/L，浸出時間30 min，固液質量體積比1 g/4 mL，勻速攪拌，溫度對鉛浸出率的影響試驗結果如圖5所示。

圖5 浸出溫度對鉛浸出率的影響

由圖5看出：溫度對鉛浸出率影響較大，隨溫度升高，鉛浸出率提高，這是由于較高溫度有利于鉛配陰離子的生成，易于溶出；溫度為70 ℃時，鉛浸出率達98%左右并趨于穩定。因此，確定浸出溫度以70 ℃為宜。

2.5 固液質量體積比對鉛浸出率的影響

燒結電除塵灰質量50 g，氯化銨濃度2 mol/L，鹽酸濃度1.5 mol/L，浸出時間30 min，浸出溫度70 ℃，固液質量體積比對鉛浸出率的影響試驗結果如圖6所示。

圖6 固液質量體積比對鉛浸出率的影響

由圖6看出：固液質量體積比對鉛浸出率影響顯著，因為液體體積增大，液固相反應面積增加，可強化傳質效果；固液質量體積比為1 g/4 mL時，鉛浸出率達98%，液體體積繼續增大，鉛浸出率變化不大。因此，確定固液質量體積比以1 g/4 mL為宜。

3 結論

用鹽酸+氯化銨體系從燒結電除塵灰中浸出鉛是可行的，適宜條件下，鉛浸出率可達98.6%。NH4Cl的加入可提高體系中H+活度，有利于浸出反應進行。