沉淀轉(zhuǎn)化法回收酸浸渣中鉛的酸溶工藝研究

張福元，卓?jī)€進(jìn)，張玉明，彭國(guó)敏

（河南中原黃金冶煉廠有限責(zé)任公司，河南省黃金資源綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南三門(mén)峽 472000）

目前，在中國(guó)金精礦濕法冶金的提金工藝過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量含鉛酸浸渣，鉛品位一般為1%～3%，一定程度上會(huì)影響金、銀浸出率［1］，并易造成鉛環(huán)境污染。文獻(xiàn)［2-3］對(duì)鉛鋅冶煉渣綜合回收有價(jià)金屬做了相關(guān)報(bào)道。筆者曾針對(duì)黃金冶煉酸浸渣進(jìn)行了回收工藝研究［4］，采用一種沉淀轉(zhuǎn)化法對(duì)酸浸渣中的鉛進(jìn)行綜合回收［5］，可有效回收低品位的金屬鉛，增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益且避免環(huán)境污染。在之前研究的基礎(chǔ)上，筆者針對(duì)轉(zhuǎn)化渣，對(duì)酸溶浸出工藝?yán)^續(xù)研究，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步考察浸出液固質(zhì)量比、浸出液pH和浸出時(shí)間等主要因素對(duì)鉛浸出率的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料

以金精礦焙燒-酸浸除雜后的酸浸渣與碳酸氫銨反應(yīng)生成的沉淀轉(zhuǎn)化渣為原料，其主要組成：w（Au）＝3.838×10-5、w（Ag）＝1.32×10-4、w（Cu）＝0.28%、w（Pb）＝2.06%、w（Fe）＝33.17%、w（Zn）＝0.07%。

1.2 試劑和儀器

試劑：硝酸，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%～68%，分析純，洛陽(yáng)昊華化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)。

儀器：D2004型電動(dòng)攪拌機(jī)（轉(zhuǎn)速為40～180r/min，功率為40 W）、DHG-9245A型烘箱（控溫范圍為0～300℃，功率為3100 W）、真空抽濾機(jī)（自制、真空度為-0.1～0 MPa）

1.3 正交實(shí)驗(yàn)

在沉淀轉(zhuǎn)化渣酸溶浸出過(guò)程中，影響鉛浸出率的主要因素有浸出液固質(zhì)量比（A）、浸出時(shí)間（B）和浸出液pH（C），選擇上述因素設(shè)計(jì)3因素4水平正交實(shí)驗(yàn)，以考察各因素對(duì)鉛浸出率的影響，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素水平表

實(shí)驗(yàn)方法：稱(chēng)取150 g烘干的沉淀轉(zhuǎn)化渣試樣，量取一定體積的水，放入1000 mL燒杯中，滴加適量硝酸，維持礦漿濃度及pH。常溫、常壓下，電動(dòng)攪拌機(jī)持續(xù)均勻攪拌，按正交實(shí)驗(yàn)L16（43）的條件進(jìn)行轉(zhuǎn)化渣的酸溶浸出。

2 結(jié)果與討論

2.1 L16（43） 酸溶浸鉛實(shí)驗(yàn)

表2為依據(jù)表1中正交條件進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。

表2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表2可見(jiàn)，各因素對(duì)鉛進(jìn)出率影響大小順序依次為：C＞B＞A；浸出液 pH 極差值最大，為 11.156，對(duì)鉛浸出率影響最大，其他因素則大致在相同水平，對(duì)鉛浸出率影響均較小。最優(yōu)水平為A2B4C1，即浸出液固質(zhì)量比為 2∶1、浸出液 pH=0.5、浸出時(shí)間為2 h時(shí)，最有利于鉛的浸出。各因素的F檢驗(yàn)如表3所示。

表3 因素F檢驗(yàn)結(jié)果（α=0.10）

由表3可知，只有浸出液pH對(duì)鉛的浸出具有顯著性影響，其他因素比值都較小，故選擇實(shí)驗(yàn)條件時(shí)應(yīng)該綜合考慮各因素的作用，采用較高的浸出液酸度可提高鉛的浸出率。

2.2 主要影響因素探討

2.2.1 浸出液固質(zhì)量比對(duì)鉛浸出率的影響

硝酸浸鉛過(guò)程是復(fù)雜的液-固多相催化反應(yīng)過(guò)程，浸出反應(yīng)速率與物質(zhì)擴(kuò)散速度有關(guān)，而浸出液固質(zhì)量比的大小直接影響礦漿黏度的大小，進(jìn)而間接影響各種離子的擴(kuò)散傳質(zhì)過(guò)程。圖1為浸出液固質(zhì)量比對(duì)鉛浸出率的影響。由圖1可知，隨著液固質(zhì)量比的增加，鉛浸出率逐漸增高，當(dāng)液固質(zhì)量比為2.0時(shí)鉛浸出率最大。這是因?yàn)橐汗藤|(zhì)量比較大時(shí)礦漿黏度較小，各種反應(yīng)離子的擴(kuò)散速度較快，從而加快了反應(yīng)的速率。當(dāng)液固質(zhì)量比繼續(xù)增加時(shí)，鉛浸出率逐漸減小，最后趨于平緩，這可能是因?yàn)殡S著液固質(zhì)量比增大，溶液中各種反應(yīng)離子間相接觸的機(jī)會(huì)減少，從而造成鉛浸出率的減小。此外，液固比較大時(shí)，勢(shì)必會(huì)增加反應(yīng)容器的體積，增加設(shè)備投資及生產(chǎn)成本。綜合考慮，實(shí)驗(yàn)選擇適宜的液固質(zhì)量比為2∶1。

圖1 浸出液固質(zhì)量比對(duì)鉛浸出率的影響

2.2.2 浸出時(shí)間對(duì)鉛浸出率的影響

圖2為浸出時(shí)間對(duì)鉛浸出率的影響。由圖2可知，在 0.5～1.0 h 時(shí)，鉛浸出率的波動(dòng)較小，基本維持不變，這可能是因?yàn)橄跛峤鰧儆诳焖俜磻?yīng)，大部鉛已被浸出，而部分難溶性鉛在復(fù)雜的結(jié)構(gòu)中難以在較短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)反應(yīng)平衡。超過(guò)1.0h后，隨著浸出時(shí)間的延長(zhǎng)，鉛浸出率逐漸提高。考慮生產(chǎn)周期，浸出時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，因此選擇適宜的浸出時(shí)間為2.0 h。

圖2 浸出時(shí)間對(duì)鉛浸出率的影響

2.2.3 浸出液pH對(duì)鉛浸出率的影響

圖3為浸出液pH對(duì)鉛浸出率的影響，由圖3可知，隨著浸出液pH的增加，鉛的浸出率呈減小趨勢(shì)，當(dāng)pH=0.5時(shí)鉛的浸出率最大。在各種主要影響因素中，浸出液pH對(duì)鉛浸出率影響起到顯著的決定性作用。這是因?yàn)橄跛峤U過(guò)程是發(fā)生在液-固界面的反應(yīng)，其中反應(yīng)界面上浸取劑的濃度差是決定反應(yīng)速率的主要因素，故隨著溶液pH的逐漸增大，參加反應(yīng)的硝酸濃度逐漸減小，浸出反應(yīng)速率隨之減小，進(jìn)而造成鉛浸出率減小；隨著溶液酸度逐漸增大，參加反應(yīng)的硝酸濃度也增大，擴(kuò)散速度增加，與原料反應(yīng)進(jìn)行的程度也越加充分，難溶的部分鉛也更加容易溶解，從而使鉛的浸出率增大。綜合考慮，實(shí)驗(yàn)選擇適宜的浸出液pH為0.5。

圖3 浸出液pH對(duì)鉛浸出率的影響

2.2.4 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

在液固質(zhì)量比為2∶1、浸出液pH=0.5、浸出時(shí)間為2 h的條件下做驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，3次實(shí)驗(yàn)鉛浸出率結(jié)果分別為82.78%、83.54%、82.68%，平均浸出率可達(dá)到83%。

3 小結(jié)

沉淀轉(zhuǎn)化法回收酸浸渣中鉛的酸溶工藝中，影響鉛浸出率的主要影響因素為浸出液pH，其次為液固質(zhì)量比和浸出時(shí)間，在最佳工藝條件下，即浸出液固質(zhì)量比為2∶1、浸出液pH=0.5，浸出時(shí)間為2 h時(shí)，鉛浸出率可達(dá)83%。剩余的金屬鉛主要以其他溶度積較小的鉛鹽形式存在，難以轉(zhuǎn)化溶解。

［1］薛光，任文生.我國(guó)金精礦焙燒-氰化浸出工藝的發(fā)展［J］.中國(guó)有色金屬，2007，36（3）：44-49.

［2］張傳寶，顏文斌，徐輝，等.難處理鉛鋅礦酸浸渣回收硫酸鉛的工藝研究［J］.應(yīng)用化工，2012，41（7）：1187-1192.

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［4］彭國(guó)敏，俎小鳳，張福元.酸浸渣綜合回收浸鉛工藝研究［J］.無(wú)機(jī)鹽工業(yè)，2012，44（1）：52-54.

［5］張福元，俎小鳳，彭國(guó)敏.沉淀轉(zhuǎn)化法綜合回收酸浸渣中鉛的工藝研究［J］.無(wú)機(jī)鹽工業(yè)，2013，45（1） ：40-41，59.