某含鋅粉塵在氨浸體系中的浸出行為研究

楊永斌　蘇歡歡　李　騫　徐　斌　姜　濤

（中南大學資源加工與生物工程學院，湖南長沙410083）

在常見有色金屬中，鋅的循環利用情況較樂觀。目前，世界上30%的鋅來源于二次鋅資源。鋅冶煉廠的含鋅粉塵屬于常見二次鋅資源，通常成分相當復雜，主要成分為鋅氧化物ZnO（有的還含有Zn2O），還不同程度含有鐵、銦、砷、銻、錫、銀、鉛、鎘、鉍等金屬。作為一種二次鋅資源，氨配合法制備活性氧化鋅是目前開發利用其中鋅的常用方法[1-10]。

受含有的多種金屬雜質的影響，含鋅粉塵的浸出特性不同于純氧化鋅，但這種影響卻未見報道。為高效開發利用此類含鋅粉塵資源，以福建龍巖某含鋅粉塵為對象，對其氨浸特性與純氧化鋅的氨浸特性進行了比較。

1　試驗材料及試劑

1.1　試驗原料

試驗用原料為龍巖某煉鋅廠的含鋅粉塵，其主要化學成分分析結果見表1，鋅物相分析結果見表2。

從表1、表2可以看出，試驗用原料含鋅50.83%，主要以氧化鋅形式存在，Cd、Mn、Fe、Ca、Pb等雜質含量較高，這些雜質將可能給氨法浸鋅帶來不利影響（氧化鋅在NH3-NH4HCO3-H2O體系中溶解的同時，也會有部分雜質被溶解）。

1.2　試驗藥劑

試驗用純氧化鋅、碳酸氫銨、氨水、雙氧水、碘化鉀均為分析純試劑。

2　試驗設備、原理及方法

2.1　試驗設備

主要試驗設備有HH-S1S型恒溫水浴鍋、EURO-ST-DS-25型電動調速攪拌器、FA2004型分析天平、ZF-6050型真空干燥箱、PHS-3C型pH計、PS-6型ICP-AES等。

2.2　試驗原理及方法

浸出過程的主反應為

稱取20 g原料置于三口燒瓶中，然后倒入配置好的氨水和碳酸氫銨溶液，在恒溫水浴鍋中升溫至設定溫度，浸出一定時間后分離浸出液和浸渣，測定浸出液中鋅等金屬離子的濃度并計算浸出率。

3　試驗結果與討論

3.1　浸出時間對氧化鋅浸出率的影響

浸出時間對氧化鋅浸出率影響試驗固定NH3與CO32-的濃度比為4∶1，原料浸出試驗的總氨濃度為11 mol/L（對于純氧化鋅的浸出來說，此總氨濃度下的浸出率太高，不利于其浸出率特征的顯現，因此確定純氧化鋅浸出的總氨濃度為9 mol/L，下同），液固比為6∶1，浸出溫度為25℃，攪拌速率為450 r/min，試驗結果見圖1。

從圖1可以看出，浸出時間對鋅浸出率的影響很明顯。對于純氧化鋅而言，浸出時間增至20 min，浸出率呈上升趨勢，浸出平衡時間為20 min；對于含鋅粉塵而言，延長浸出時間，鋅浸出率也顯著提高，但達到浸出平衡需要60 min，且其浸出率低于純氧化鋅。

反應初期，氧化鋅含量大，浸出劑濃度高，因而反應速率大；隨著反應的進行，反應速率逐漸變小，浸出率增幅下降。浸出時間延長，氨揮發量上升，也容易引起雜質的溶解。因此，后續試驗固定純氧化鋅的浸出時間為20 min，含鋅粉塵的浸出時間為60 min。

造成含鋅粉塵浸出時間較長、達到浸出平衡時浸出率較低的原因是含鋅粉塵含較多不溶雜質，一些雜質在堿性條件下易形成沉淀。

3.2　浸出溫度對浸出率的影響

浸出溫度對氧化鋅浸出率影響試驗固定NH3與CO32-的濃度比為4∶1，原料浸出試驗的總氨濃度為11 mol/L，液固比為6∶1，純氧化鋅的浸出時間為20 min，含鋅粉塵的浸出時間為60 min，攪拌速率為450 r/min，試驗結果見圖2。

由圖2可知，總體來說，適當提高浸出溫度有利于浸出率的提高，這是因為溫度升高，分子運動加劇，更多的浸出劑分子與氧化鋅顆粒發生碰撞，并發生反應，使更多的鋅進入溶液，從而提高鋅的浸出率；浸出溫度對純氧化鋅浸出率的影響不很顯著，但對含鋅粉塵的影響明顯。

溫度過高會造成NH3和CO2揮發，使浸出液中氨濃度與碳酸根離子的濃度降低，也會降低鋅氨配合物的穩定性[11-12]，不利于浸出反應的進行。因此，確定后續試驗的浸出溫度為30℃。

3.3　液固比對鋅浸出率的影響

液固比對氧化鋅浸出率影響試驗固定NH3與CO32-的濃度比為4∶1，原料浸出試驗的總氨濃度為11 mol/L，純氧化鋅的浸出時間為20 min，含鋅粉塵的浸出時間為60 min，浸出溫度為30℃，攪拌速率為450 r/min，試驗結果見圖3。

由圖3可以看出，含鋅粉塵與純氧化鋅的浸出規律一致，液固比對鋅的浸出率影響十分顯著，隨著液固比的增大，浸出率開始快速提高，直到液固比為5∶1時達到浸出平衡。這是因為鋅氨配合離子在溶液中有一定的溶解度，液固比小會限制鋅的浸出。過大的液固比會導致浸出體系的體積增大，降低單位體積的浸出效率，且會加大蒸氨的難度。因此，確定后續試驗的液固比為5∶l。

3.4　攪拌速度對浸出率的影響

攪拌速率對氧化鋅浸出率影響試驗固定NH3與CO32-的濃度比為4∶1，原料浸出試驗的總氨濃度為11 mol/L，液固比為5∶l，純氧化鋅的浸出時間為20 min，含鋅粉塵的浸出時間為60 min，浸出溫度為30℃，試驗結果見圖4，最佳工藝條件下含鋅粉塵浸出液中主要雜質離子的濃度見表3。

從圖4可看出，攪拌速度對含鋅粉塵與純氧化鋅浸出率影響類似，攪拌速度從300 r/min提高至400 r/min，鋅浸出率均上升，繼續提高攪拌速度，鋅浸出率維持在高位。

浸出反應是在固液相交界面上進行的，在被溶解的固體表面上會形成一層薄的邊界層，該邊界層對固體的包圍會影響固體與溶劑的直接接觸，阻礙溶劑離子或分子從外部經邊界層向固體表面運動，也影響溶出的鋅離子向外部擴散。因此，加強攪拌可消減邊界層的厚度，促進物質交換，但這種邊界層不會完全消除，因而攪拌強度增大到一定程度后，對溶解速率的增大作用就不再明顯[13]，反而會加速氨的揮發。因此，適宜的攪拌速度為400 r/min，純氧化鋅的浸出率高達99.80%，含鋅粉塵的浸出率達95.10%。

從表3可看出，含鋅粉塵浸出液中鋅的濃度最大，是浸出液的主要成分，但是浸出液中含有較多的Cd、Pb、Mn、Fe雜質，這些雜質影響了含鋅粉塵中鋅的浸出，所以含鋅粉塵中鋅的浸出率要低于純氧化鋅的鋅浸出率。

4　結論

（1）福建龍巖某煉鋅廠的含鋅粉塵鋅含量為50.83%，主要以氧化鋅形式存在，Cd、Mn、Fe、Ca、Pb等雜質含量較高，影響了氧化鋅在NH3-NH4HCO3-H2O體系中的溶解。

（2）純氧化鋅在NH3-NH4HCO3-H2O浸出體系的NH3與CO32-濃度比為4∶1，總氨濃度為9 mol/L，液固比為5∶l，攪拌速度為400 r/min，浸出時間為20 min，浸出溫度為30℃情況下的鋅浸出率高達99.80%；含鋅粉塵在NH3-NH4HCO3-H2O浸出體系的NH3與CO32-濃度比為4∶1，總氨濃度為11 mol/L，液固比為5∶l，攪拌速度為400 r/min，浸出時間為60 min，浸出溫度為30℃情況下的鋅浸出率僅為95.10%。

（3）在浸出體系的鋅礦物量較低、總氨濃度更高、浸出時間更長的情況下，含鋅粉塵的鋅浸出率仍然較低，表明含鋅粉塵中的硫化鋅、鋅鐵尖晶石等難溶物和其他雜質影響了鋅的浸出。