從鉛冶煉底吹爐煙灰中回收鎘的試驗研究

2021-10-23 06:54:02歐亞暉

湖南有色金屬 2021年5期

歐亞暉

（郴州市金貴銀業股份有限公司，湖南郴州 423038）

金屬鎘是稀貴有色金屬，是Ni－Cd充電電池的重要原材料，本身無毒，但其化合物毒性很大，屬國家“三廢”排放標準中嚴格控制的第一類有害物質［1］。鎘的主要礦物為硫鎘礦，伴生于銅、鉛、鋅礦石中。鎘在浮選時大部分進入精礦，在冶煉、焙燒時富集于煙塵或爐渣中。據統計，世界上每年由冶煉廠和鎘加工處理廠釋放到大氣中的鎘大約1 000 t，約占排入大氣中總鎘量的45%。隨著鎘和其伴生金屬需求量的快速增加，鎘煙塵污染越來越嚴重。另一方面，鎘的蓄積性很強，因此對鎘進行回收、控制其排放就具有重要的現實意義和經濟意義［2］。鎘的提取主要包括從礦渣中濕法提鎘和從富含鎘煙塵中提鎘。鎘在鉛精礦中的含量較低，但經過系統循環富集后，煙灰中的鎘高達10%以上。系統中的鎘只能富集到一定程度，再高的話，揮發損失嚴重。含鎘化合物的煙霧或煙塵逸入空間，會污染環境。因此，將鉛系統內的鎘開路并加以回收是很有必要的［3］。

隨著資源的逐漸枯竭，利潤空間的日益減少，工礦企業應該盡量回收伴生的有色金屬，提高資源的利用率，這是重有色金屬冶煉行業面臨的共性問題。為了能夠很好的解決面臨的共性問題，需開發研究相關的重有色金屬冶煉過程中一些重金屬的回收技術問題。某公司采用水浸－鋅塊置換的方法從煉鉛底吹爐煙灰中回收鎘［4］，該方法浸出率及回收率都較高，但成本高。劉遠等［5］在鋅冶煉含鎘煙塵制備高純鎘粉的新工藝中，采用硫酸浸出鋅冶煉含鎘煙塵，得到含鎘硫酸浸出液，在硫酸鎘浸出液中加入雙氧水和FeCl3溶液，用NaOH溶液調節pH值后過濾，將濾液加入NaOH溶液中得到Cd（OH）2粉體，采用氫氣還原得到鎘粉。該工藝雖能得到純度較高的鎘粉，但操作復雜不易生產推廣應用。

本研究采用水浸－硫化鈉置換的方法對鉛冶煉底吹爐煙灰中的鎘進行回收，得到純度較高的硫化鎘。該法操作簡單，成本低，對煙塵中鎘的回收具有很好的參考價值。

1 試驗部分

1.1 試驗原料及主要試劑

試驗原料底吹爐煙灰取自郴州某冶煉廠，其主要化學成分見表1。試驗主要試劑有：硫化鈉（分析純），濃硫酸（分析純）。

表1 底吹爐煙灰主要化學成分 %

1.2 試驗目的

試驗研究是為鉛冶煉底吹爐煙灰中鎘的回收提供一種新方法，以達到簡單快速回收煙灰中鎘的目的。通過試驗，討論研究液固比、浸出時間、浸出溫度對鎘鐵浸出率的影響，探索出最佳工藝條件。

1.3 試驗方法

每次稱取100 g煙灰粉末裝入燒杯中，按照預定的液固比量取一定體積的水放入燒杯，升溫，開啟攪拌器至規定時間后，漿料抽濾分離，濾渣烘干稱重。對浸出液及浸出渣進行化驗分析。根據原料及浸出液中的鎘含量計算浸出率。然后，往浸出液中加硫化鈉置換，至一定條件后，抽濾分離，濾渣烘干稱重后進行化驗分析。根據浸出液及置換渣中的鎘含量計算回收率。

2 工藝流程和技術條件

2.1 工藝流程

從表1中可以看出，底吹爐煙灰中的Pb、Cd具有回收價值，本試驗主要對其中的鎘的回收進行相關研究。煙灰中Pb主要以PbO和PbSO4的形式存在，它們都不溶于水；鎘的存在形式有CdSO4，CdS及CdO。CdSO4易溶于水，CdS微溶于水，CdO不溶于水。由物相分析及條件試驗可知，鎘主要以CdSO4的形式存在于煙灰中，因此采用如圖1所示的工藝流程對煙灰中的鎘進行回收。

圖1 底吹爐煙灰綜合回收工藝流程圖

2.2 試驗主要技術參數

1.浸出工序：熱水浸出，控制液固比3∶1，盡可能使鎘進入溶液，同時As、Sb不被浸出，浸出時間2 h。

2.置換工序：室溫下，用硫化鈉置換，控制終點pH為8～9，時間30min左右，使鎘以硫化鎘沉淀形式回收。

3 試驗結果及分析

3.1 浸出工序條件試驗

3.1.1 酸度對鎘浸出率的影響

將原料底吹爐煙灰置于干燥箱中去除水分后，取100 g煙灰，加水300 mL，在60℃溫度下，進行不同酸度條件下鎘的浸出試驗，浸出時間為2 h。試驗結果見表2。

從表2可看出，直接水浸與酸浸的結果相差不大，其原因是因為煙灰中的鎘大部分以CdSO4形式存在，只有少量的鎘以CdS和CdO的形式存在。而且，由化驗結果可知，采用水直接浸出的情況下，煙灰中的As和Sb基本不被浸出，可以省去凈化工序。Pb在酸浸或水浸條件下都不被浸出，留在浸出渣中，返回底吹爐。綜合考慮操作成本及環保要求，采用不加酸直接水浸。