從含銦硫酸鈣渣中浸出銦的最佳工藝條件探討

呂 昂，王邦偉，許志杰，閆曉丹

（云錫文山鋅銦冶煉有限公司，云南 文山 663700）

銦是一種稀有金屬，在地殼中分布量散、含量低，無法形成含量較高的集中礦藏，主要是稀散分布于各種鋅等礦脈中，在選礦中作為鋅和其他一些金屬中作為雜質存在。目前銦被廣泛用于ITO靶材、電子半導體和航空航天等重要領域，在美國、日本等發達國家，銦很早被列為重要戰略準備資源。隨著銦用途的不斷擴大及銦資源的減少，對含銦較低的物料進行綜合回收利用，具有重大和深遠的意義[1]。

在濕法煉鋅過程中，酸的平衡和調節非常重要，不同的生產廠家，根據其物料和生產工藝情況，采用不同的中和劑進行酸度調節和控制。如南方有色冶煉公司、蒙自礦冶等大部分濕法冶煉廠通常采用氧化鋅礦對多余的酸段進行中和調節，其優點是避免產出其他多余的廢渣，缺點是反應效率低，產出的渣量大，設備投資較大。采用石灰石或石灰乳中和酸，其反應速度快，設備投資較少，渣的沉降和過濾性極好，缺點是產出副產石膏需要進一步處置。濕法冶煉中，大部分原生銦的原料主要來源于濕法煉鋅系統，少量來自火法冶煉鋅浮渣，極少部分來自鋼鐵冶煉的煙塵灰中。濕法煉鋅中，銦主要是通過中和沉淀的方式從含銦溶液中進行富集。濕法煉鋅系統中的溶液在采用石灰石或石灰乳中和控制或調解酸度時，少量的銦隨之進入石膏渣中，這部分渣含銦較低，多作為石膏渣的雜質成分，不作為銦的資源進行綜合回收利用。廢渣中提取銦的濕法冶金工藝主要包括：原料制備—浸出—萃取—反萃—置換—熔鑄精煉。不同的浸出工藝條件對銦浸出率的影響較大，銦提取回收率主要取決于銦浸出率，研究物料高效浸出銦的技術，提高銦浸出率，是冶煉廢渣中提取銦的關鍵和難點，本文中針對一種濕法冶煉副產的低銦石膏渣進行銦的浸出工藝研究實驗。重點對物料預處理和銦浸出的反應條件，即酸的種類（以硫酸體系為例）、溫度、液固比、時間、初始酸度、添加劑（氧化劑）進行綜合實驗研究，分析總結適用于特定含銦物料的高效銦浸出工藝。

低銦石膏渣中的銦主要以氧化銦，氫氧化銦等形式存在，采用常規酸浸的方法，可以有效的浸出石膏渣中的銦，主要發生如下反應[1](以硫酸浸出為例)：

1 實驗部分

1.1 實驗原料

低銦石膏渣主要成分：Zn 1.45%、In 0.41%、Fe 0.38%。

1.2 實驗研究過程

（1）溫度對浸出率影響。取400g硫酸鈣，反應時長2h，液固比2:1，始酸200g/L，在25℃、40℃、55℃、70℃、80℃、95℃下反應，考察不同反應溫度對銦浸出率的影響，結果如圖1所示：

圖1 不同反應溫度對浸出率影響

從圖1可看出，隨著反應溫度升高，銦浸出率明顯提高，在反應溫度到達70℃時，銦浸出率達到72%以上，溫度繼續升高，銦浸出率繼續升高，但升高趨勢變緩，反應所需熱量升高，能耗較大，無實際意義，認為70℃為最佳反應溫度。

（2）液固比對銦浸出率影響。取400g硫酸鈣，反應時長2h，反應溫度70℃，始酸200g/L，在1:1、2:1、2.5:1、3:1、4:1液固比下反應，考察不同液固比對銦浸出率的影響，結果如圖2所示：

圖2 不同液固比對銦浸出率的影響

從圖2可得，隨著液固比提高，銦浸出率明顯升高，當液固比到達3:1時，銦浸出率達到71%以上，繼續升高液固比，銦浸出率提升并不明顯，且反應容器增大、水耗升高，并無實際意義，認為3:1為最佳液固比。

（3）反應時長對銦浸出率的影響。取400g硫酸鈣，液固比2:1，反應溫度70℃，始酸200g/L，分別反映0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h、3h，考察不同反應時長對銦浸出率的影響，結果如圖3所示：

圖3 不同反應時長對銦浸出率的影響

從圖3可看出，隨著反應時間變長，銦浸出率明顯升高，當反應時長到達2h，銦浸出率在70%以上，繼續增加反應時間，銦浸出率變化不大，認為反應時長2h為最佳反應時長。

（4）始酸對銦浸出率的影響。取400g硫酸鈣，液固比2:1，反應溫度70℃，反應時長2h，在100g/L、150g/L、200g/L、300g/L、400g/L、500g/L始酸下反應，考察不同始酸對銦浸出率的影響，結果如圖4所示：

圖4 不同始酸對銦浸出率的影響

從圖4可看出，隨著始酸升高，銦浸出率顯著升高，當始酸在300g/L時，銦浸出率在78%以上，繼續升高始酸，銦浸出率變化不大，認為始酸300g/L為最佳反應初始酸度。

從上述直接酸浸浸出結果來看，對影響銦浸出的關鍵因素分別進行單因素浸出實驗，研究不同浸出條件下銦的浸出效果。結果表明，反應溫度、液固比、反應時間和初始酸度是影響銦浸出效果的關鍵因素，這與大部分金屬元素的浸出類似。但通過加強這些浸出條件發現，銦的浸出率較低，遠遠達不到要求。

從石膏渣中銦的化學形態分析，理論上銦形成的化合物很容易與硫酸發生反應從而被浸出進入溶液中，但事實上并不是如此。大部分銦與酸反應后被浸出，剩余的銦則很難被浸出，即便對浸出條件進行強化效果也不理想。組織銦被浸出的因素可能有以下原因，一是，銦的化合物在與酸反應的過程中形成一種更穩定的化合物留在渣中；二，渣中銦的化合物是一種很穩定且難于與硫酸發生反應；三，某種難于與酸發生反應的化合物在銦的化合物外形成包裹，阻止了銦化合物與硫酸發生反應。低銦石膏渣的主要成分是二水硫酸鈣，其晶核在生成和長大的過程中，部分銦的化合物二水硫酸鈣晶體包裹。二水硫酸鈣在與硫酸并不發生反應，其包裹的銦化合物無法與酸接觸，也就不能被浸出。二水硫酸鈣晶體的強度很低，通過研磨或破碎等方式，很容易將包裹層晶體破壞。以下實驗也充分驗證了這個觀點。

（5）不同研磨粒度對銦浸出率影響：。取400g硫酸鈣研磨至-200目20%，-200目35%，-200目50%,-200目70%,-200目80%,-200目90%，-200目100%，液固比3:1，反應溫度70℃，反應時長2h，300g/L始酸下反應，考察不同研磨粒度對銦浸出率的影響，結果如圖5所示：

圖5 不同研磨粒度對銦浸出率的影響

從圖5可看出，研磨粒度越細，能明顯改善銦浸出效果，在研磨粒度到達-200目80%以后，浸出率變化不大，認為研磨粒度到達-200目80%為最佳研磨粒度。

（6）綜合驗證實驗。根據單因素條件實驗結果，從含銦硫酸鈣渣中浸出銦的最佳工藝條件為：溫度70℃、液固比3:1、反應時長2h、初始酸度300g/L，研磨粒度-200目80%，在此工藝條件下，展開了5組綜合驗證性實驗，結果如表1所示：

表1 驗證實驗記錄表

實驗證明，結果重現性較好，銦浸出率均高于92%，能夠有效回收污酸石膏渣夾帶走銦，滿足生產需求。

2 結論

本文針對含銦污酸石膏銦浸出率進行實驗研究，得出以下結論：①銦浸出最佳技術參數為：反應溫度70℃、液固比3:1、反應時長2h，始酸300g/L。②研磨粒度越細，能明顯提高銦浸出率，研磨粒度-200目80%為最佳值。