用硫酸從轉底爐粗鋅粉中浸出鋅

張耀輝，于 洋，劉自民，饒 磊，馬孟臣，桂滿城，郁 雷

(馬鞍山鋼鐵股份有限公司，安徽 馬鞍山 243000)

煉鋼產生的含鋅塵泥是一種重要的鋅再生資源，主要來源于燒結、球團、高爐、轉(電)爐等工序。鋅含量低(w(Zn)<1.0%)的塵泥可返回燒結循環利用，而鋅含量高的用于燒結會影響燒結礦質量和高爐操作。目前，國內鋅含量高的冶金塵泥通常采用轉底爐[1-7]、回轉窯[8]等工藝處理，使鋅進一步富集為粗鋅粉并作為鋅冶煉原料。

目前，有關從轉底爐、回轉窯等工藝產生的粗鋅粉中提取鋅的研究報道很少。試驗研究了用硫酸從轉底爐粗鋅粉中浸出鋅，以期為轉底爐粗鋅粉的高效治理提供一種可供選擇的方法。

1 試驗部分

1.1 試驗原料與試劑

轉底爐粗鋅粉(布袋除塵灰)的主要化學成分見表1，粒度分析結果見表2，XRD分析結果如圖1所示。可以看出：轉底爐粗鋅粉中，鋅主要以氧化鋅(ZnO)、硅酸鋅(Zn2SiO4)及鐵酸鋅(ZnFe2O4)形式存在，其中ZnFe2O4含量極低。

表1 轉底爐粗鋅粉的主要化學成分 %

表2 底爐粗鋅粉的粒徑分析結果 %

圖1 粗鋅粉原料的XRD圖譜

ZnO、Zn2SiO4易與硫酸反應而被浸出；ZnFe2O4難溶于硫酸，需要控制硫酸濃度和溫度提高其浸出率[9-16]。

主要試劑：乙二胺四乙酸二鈉，上海振起化學有限公司；六次甲基四胺、酚酞、二甲酚橙、甲基橙，國藥集團化學試劑有限公司；硫酸，溧陽市東方化學有限公司。均為分析純。

1.2 試驗儀器與設備

722S分光光度計，上海精密科學儀器有限公司；WFX-310原子吸收分光光度計，北京瑞利分析儀器有限公司；酸堿度氧化在線分析儀及在線pH計，杭州美控自動化技術有限公司；恒溫水浴箱，海方瑞儀器有限公司；磁力加熱攪拌器，國華電器有限公司；電子天平EL104，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司。

1.3 試驗原理與方法

轉底爐粗鋅粉為1 200 ℃下的揮發煙塵，粉狀顆粒，粒度-200目占比約78%，其中大部分鋅化合物易與硫酸反應。粗鋅粉中還含有少量鐵，在鋅浸出同時也會被浸出，成為浸出液中的雜質。一定條件下的化學反應如下：

(1)

(2)

(3)

Fe2(SO4)3+4H2O；

(4)

(5)

充分反應后，鋅進入浸出液，鉛轉化為沉淀，從而實現鋅與鉛的分離。

反應在三口燒瓶中進行。首先加入一定量硫酸溶液，磁力攪拌同時加熱，至設定溫度后再加入粗鋅粉，反應一定時間后過濾得浸出液。

用EDTA 滴定法檢測浸出液中鋅濃度，用紫外可見分光光度法測定浸出液中鐵濃度，計算鋅、鐵浸出率。

2 試驗結果與討論

2.1 硫酸質量濃度對鋅、鐵浸出率的影響

在固液質量體積比1/5、溫度50 ℃、攪拌速度400 r/min、浸出時間1.5 h條件下，硫酸質量濃度對鋅、鐵浸出率的影響試驗結果如圖2所示。

圖2 硫酸質量濃度對鋅、鐵浸出率的影響

由圖2看出：隨硫酸質量濃度升高，鋅、鐵浸出率升高。粗鋅粉為粉狀顆粒，粒度細小，比表面積很大，與硫酸的反應速度非常快，消耗硫酸，所以硫酸質量濃度越高，鋅浸出率越高。硫酸質量濃度增至230 g/L后，鋅浸出率變化不大，為95%左右。粗鋅粉中小部分鋅以ZnFe2O4形式存在，硫酸質量濃度過高時也會溶解這部分物質，使得鐵被浸出。粗鋅粉中少量Zn2SiO4也會與硫酸反應生產硅酸，形成難以過濾的硅凝膠，導致后續除鐵成本加大。綜合考慮，確定硫酸質量濃度以230 g/L為宜。

2.2 溫度對鋅、鐵浸出率的影響

在硫酸質量濃度230 g/L、固液質量體積比1/5、攪拌速度400 r/min、浸出時間1.5 h條件下，溫度對鋅、鐵浸出率的影響試驗結果如圖3所示。

圖3 溫度對鋅、鐵浸出率的影響

由圖3看出：隨溫度升高，鋅、鐵浸出率均升高。隨溫度升高，粗鋅粉中各物質溶解度增大，分子運動速度加快，從而使反應速度加快，有利于鋅、鐵浸出。35 ℃后，鋅浸出率變化不大，而鐵浸出率繼續升高，大量鐵被浸出。綜合考慮，確定溫度以35 ℃為宜。

2.3 固液質量體積比對鋅、鐵浸出率的影響

在硫酸質量濃度230 g/L、溫度35 ℃、攪拌速度400 r/min、浸出時間1.5 h條件下，固液質量體積比對鋅、鐵浸出率的影響試驗結果如圖4所示。可以看出：隨固液質量體積比在1/3～1/4之間降低，鋅、鐵浸出率均升高；固液質量體積比降至1/4后，鋅浸出率達最高，而鐵浸出率仍升高；至固液質量比為降至1/5后，鐵浸出率快速下降。固液質量體積比降低，浸出液黏度減小，浸出液中各物質的分散性增強，有利于接觸反應進行，提高鋅、鐵浸出率。但在實際生產中，固液質量體積比減小則浸出設備容積增大，投資增加。綜合考慮，確定固液體積質量比以1/4為宜。

圖4 固液質量體積比對鋅、鐵浸出率的影響

2.4 浸出時間對鋅、鐵浸出率的影響

在硫酸質量濃度230 g/L、溫度35 ℃、固液質量體積比1/4、攪拌速度400 r/min條件下，浸出時間對鋅、鐵浸出率的影響試驗結果如圖5所示。

圖5 浸出時間對鋅、鐵浸出率的影響

由圖5看出：隨浸出時間延長，鋅、鐵浸出率均明顯升高。超過80 min后，鋅浸出率提高幅度較小。粗鋅粉為顆粒狀，硫酸到達其顆粒內需要一定時間，所以隨時間延長，反應進行得更充分，鋅、鐵浸出率升高；但由于顆粒粒徑很小，比表面積很大，反應已進行得較完全，再延長反應時間，鋅浸出率提高幅度有限。綜合考慮，確定浸出時間以80 min為宜。

2.5 攪拌速度對鋅、鐵浸出率的影響

在浸出時間80 min、硫酸質量濃度230 g/L、溫度35 ℃、固液質量體積比為1/4條件下，攪拌速度對鋅、鐵浸出率的影響試驗結果如圖6所示。

圖6 攪拌速度對鋅、鐵浸出率的影響

由圖6看出：隨攪拌速度增大，鋅、鐵浸出率均升高；攪拌速度增至400 r/min時，二者浸出率均達最大；之后，鋅浸出率變化不大，而鐵浸出率快速降低。增大攪拌速度能夠增加粗鋅粉顆粒與硫酸的接觸概率、加快分子運動速度，從而促進鋅、鐵浸出反應；但攪拌速度過大易導致浸出液漿體飛濺。綜合考慮，確定攪拌速度以400 r/min為宜。

3 結論

轉底爐粗鋅粉中含有大量ZnO，可以用硫酸浸出。適宜條件下，鋅浸出率可達95%以上，浸出效果較好。此方法簡單易操作，可用于從相關物料中回收有價金屬。