有色金屬定向分離與純化技術(shù)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(yàn)部分

（一）試驗(yàn)原料

布袋灰取自廣東肇慶某金屬公司,化學(xué)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(yàn)原理

因布袋灰中含有較高的有毒金屬砷,如果直接對(duì)布袋灰進(jìn)行酸浸提鋅,砷也被浸出,造成后續(xù)除砷步驟復(fù)雜,所以本工藝路線選擇先除砷,再提取鋅、銅等其他有價(jià)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(duì)水洗除砷渣中的有價(jià)金屬進(jìn)行提取,工藝流程見圖1。

（三）試驗(yàn)方法

焙燒試驗(yàn):取50g 布袋灰放入陶瓷缽中,加入一定質(zhì)量的碳酸鈉攪拌混勻,放入馬弗爐中,當(dāng)馬弗爐達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)開始計(jì)時(shí),焙燒一定時(shí)間后,取出焙砂。

水洗試驗(yàn):將焙砂放入1L 三口燒瓶中,加入一定體積水,在設(shè)定溫度下,攪拌一定時(shí)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(yàn):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(shè)定溫度下,攪拌浸出一定時(shí)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(zhì)量。分析浸出液和浸出渣中鋅、銅等質(zhì)量分?jǐn)?shù),元素浸出率以渣計(jì)。

二、試驗(yàn)結(jié)果與分析

（一）除砷試驗(yàn)

1.碳酸鈉用量對(duì)除砷率的影響。在各裝有50g 布袋灰的5 個(gè)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(dāng)馬弗爐達(dá)到設(shè)定溫度550℃時(shí)開始計(jì)時(shí),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(duì)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(dāng)用量為25g 時(shí),水洗渣中的砷僅為2.5%,除砷率達(dá)97.5%,繼續(xù)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(dǎo)致焙砂軟化點(diǎn)明顯降低。當(dāng)焙砂軟化并粘窯時(shí),物料中砷的氧化將無法進(jìn)行,所以每50g 布袋灰中加入25g 碳酸鈉。

2.焙燒溫度對(duì)除砷率的影響。試驗(yàn)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(jié)方法進(jìn)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(yīng)增加,當(dāng)焙燒溫度為600℃時(shí),水洗渣中砷僅為1.1%,除砷率達(dá)98.9%,但是繼續(xù)升高溫度至650℃時(shí),砷的除去率幾乎沒有增加,為節(jié)約能耗,選擇焙燒溫度為600℃。

3.焙燒時(shí)間對(duì)除砷率的影響。試驗(yàn)條件:布袋灰50g、碳酸鈉25g、分別在600℃焙燒不同時(shí)間,再按2.1.1 節(jié)方法進(jìn)行水洗,圖4 為不同焙燒時(shí)間下砷的除去率,可以看出,隨著焙燒時(shí)間的增加,砷的除去率也相應(yīng)升高,當(dāng)焙燒時(shí)間為2h 時(shí),水洗渣中的砷僅為0.15%,除砷率可達(dá)99.85%,但是繼續(xù)增加焙燒時(shí)間,砷的除去率幾乎沒有增加,為節(jié)約能耗,選擇焙燒時(shí)間為2h,此時(shí)鋅、銅的損失率僅為0.5%。

（二）有價(jià)金屬硫酸浸出試驗(yàn)結(jié)果

采用最優(yōu)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(shí)間對(duì)鋅、銅浸出率的影響。

1.硫酸濃度。固定調(diào)漿:液固比8∶1(體積質(zhì)量比,mL/g,下同)、浸出溫度70℃、浸出時(shí)間1h,試驗(yàn)結(jié)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(shí),鋅、銅浸出率分別提高至92.34%和90.78%;再繼續(xù)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(shí)間1h的條件下,浸出溫度試驗(yàn)結(jié)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(shí)間對(duì)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(shí)間時(shí)的結(jié)果如圖7 所示。可以看出,鋅、銅浸出率均隨時(shí)間的增加而升高,浸出時(shí)間增加至1.5h時(shí),鋅浸出率達(dá)98.53%,銅浸出率達(dá)97.65%,繼續(xù)延長浸出時(shí)間,金屬浸出率變化不大,適宜的浸出時(shí)間為1.5h。

（三）有價(jià)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(jìn)行還原熔煉得到鉛錫合金。

三、結(jié)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(shí)間2h,在此條件下得到的焙砂經(jīng)水洗后,水洗渣中的砷僅為0.15%,除砷率達(dá)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(shí)間1.5h,在此條件下鋅浸出率達(dá)98.53%,銅浸出率達(dá)97.65%。