鉛渣合并焙塵常壓浸出回收鋅的研究

徐安雷，陸占清，范茂盛，余秋雁

（云南馳宏資源綜合利用有限公司，云南 曲靖 655011）

火法煉鉛過(guò)程產(chǎn)生的鉛還原渣和濕法煉鋅過(guò)程產(chǎn)生的酸浸渣，經(jīng)過(guò)煙化爐還原揮發(fā)后，得到氧化鋅煙塵，該煙塵富集了來(lái)自渣中的大量的鋅和鍺［1］。為回收氧化鋅煙塵中的有價(jià)金屬鋅和鍺，我公司采用兩段酸性浸出、沉鍺、除鐵、除鐵后液返硫化浸出的工藝回收鋅和鍺［2-3］。

目前，公司產(chǎn)出的氧化鋅煙塵含鋅在50% ～60%。對(duì)氧化鋅煙塵進(jìn)行鋅物相分析，其中38% ～45%的鋅以氧化鋅（ZnO）形態(tài)存在，8%～10%以硫化鋅（ZnS）形態(tài)存在，1% ～2%以鐵酸鋅（ZnO·Fe2O3）形態(tài)存在，約2%以硅酸鋅 （2ZnO·SiO2）形態(tài)存在，剩余小部分以硫酸鋅形態(tài)存在。氧化鋅、硅酸鋅易溶于硫酸，硫酸鋅易溶于水，鐵酸鋅僅少量溶于稀硫酸，大部分留在渣中，硫化鋅僅溶于熱濃硫酸。由于浸出時(shí)缺乏相應(yīng)條件，硫化鋅幾乎全部留在渣中，因此造成兩段酸浸后的鉛渣含鋅較高達(dá)12%～18%，主要以ZnS形態(tài)（8% ～10%）和鐵酸鋅形態(tài)（1%～2%）存在，其余小部分以其他形態(tài)存在。為減少鋅金屬損失，鉛渣進(jìn)入鉛系統(tǒng)艾薩爐進(jìn)行熔煉。在鉛冶煉過(guò)程中，因鋅熔點(diǎn)較鉛高，會(huì)造成艾薩爐升溫困難，同時(shí)還會(huì)使熔池渣型黏度升高，造成放渣困難；鋅金屬經(jīng)過(guò)鉛系統(tǒng)回收，會(huì)有12%左右的損失，因此降低鉛渣含鋅工作勢(shì)在必行［4］。

鉛渣中鋅主要以硫化鋅形態(tài)存在。硫化鋅不溶于稀硫酸，但能與硫酸鐵反應(yīng)生成硫酸亞鐵、硫酸鋅和硫，從而達(dá)到降低鉛渣含鋅。目前公司焙砂、焙塵進(jìn)行分開(kāi)處理，焙塵浸出液中含有大量Fe3+離子，利用這些Fe3+處理鉛渣，可有效降低鉛渣含鋅。本文圍繞鉛渣、焙塵為原料，開(kāi)展鉛渣合并焙塵常壓浸出回收鋅實(shí)驗(yàn)研究，以探索浸出方式、液固比、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、補(bǔ)酸量對(duì)鋅浸出率的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

實(shí)驗(yàn)所用鉛渣（未水洗）、焙塵及浸出所用廢液均為公司生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)取樣，其化學(xué)成分分別見(jiàn)表1、表2和表3所示。

表1 鉛渣化學(xué)成分

表2 焙塵化學(xué)成分

表3 浸出用廢液化學(xué)成分

1.2 實(shí)驗(yàn)原理

焙塵使用電解廢液進(jìn)行浸出，浸出液中含有大量Fe3+離子，質(zhì)量濃度大約在10～15 g／L。硫酸鐵與硫化鋅反應(yīng)生成硫酸亞鐵、硫酸鋅和硫，反應(yīng)方程如式（1）所示。硫酸鋅易溶于水，從渣中分離進(jìn)入溶液中，從而達(dá)到回收鋅的目的。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

用一定液固比的電解廢液對(duì)焙塵進(jìn)行浸出，焙塵浸出渣渣率按35%（生產(chǎn)數(shù)據(jù)）計(jì)，加入同等質(zhì)量的鉛渣（水分按28%計(jì)算），繼續(xù)攪拌一定時(shí)間，過(guò)濾后對(duì)濾渣質(zhì)量和濾液體積進(jìn)行計(jì)量，并分別對(duì)濾渣、濾液成分進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同浸出方式對(duì)比

為探索不同的合并浸出方式對(duì)鋅浸出率的影響，提出了三種可行的浸出方案。根據(jù)這三種方案開(kāi)展了對(duì)比實(shí)驗(yàn)，三組實(shí)驗(yàn)均按照廢液：焙塵液固比5∶1 mL／g加入廢液進(jìn)行浸出，控制反應(yīng)溫度85℃，總反應(yīng)時(shí)間2 h。

方案一：一段對(duì)焙塵浸出后濾液補(bǔ)酸60 g／L，再用于鉛渣浸出，但在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，焙塵經(jīng)過(guò)廢液浸出后過(guò)濾困難，未能得到濾液進(jìn)行浸出，方案可操作性不足；方案二：先一段對(duì)焙塵浸出，二段在浸出后的礦漿中補(bǔ)酸60 g／L后加鉛渣繼續(xù)浸出，兩段浸出后的溶液過(guò)濾較為容易，從操作性上來(lái)看該方案可行；方案三：先對(duì)廢液補(bǔ)酸60 g／L后焙塵鉛渣合并進(jìn)行一段浸出，該方法所得浸出后液也存在過(guò)濾困難的問(wèn)題，可操作性行不足。因此實(shí)驗(yàn)采用方案二先一段對(duì)焙塵浸出，二段補(bǔ)酸加鉛渣繼續(xù)浸出的方案。

2.2 液固比對(duì)鋅浸出的影響

固定焙塵和二段鉛渣用量，在反應(yīng)溫度85℃，反應(yīng)時(shí)間4 h（一段焙塵浸出和二段鉛渣浸出各占一半時(shí)間），二段補(bǔ)酸60 g／L條件下進(jìn)行浸出，考察液固比對(duì)鉛渣中鋅的浸出率的影響，結(jié)果如圖1所示。

圖1 液固比對(duì)鉛渣中鋅浸出的影響

由圖1可看出，當(dāng)液固比達(dá)到5∶1 mL／g時(shí)，鋅的浸出率達(dá)到峰值，鉛渣含鋅降低至4.56%；當(dāng)液固比大于5∶1 mL／g后，鋅浸出率無(wú)明顯變化。由于所用浸出廢液酸度一定，后續(xù)補(bǔ)加的酸相同，液固比的大小決定了鉛渣浸出段始酸酸度。在反應(yīng)體系酸度足夠的情況下，繼續(xù)增加液固比無(wú)法提高鋅的浸出率，在液固比較低時(shí)，反應(yīng)體系礦漿較為黏稠，同時(shí)酸度較低，焙塵浸出不充分，浸出的Fe3+離子較少，不能有效的與鉛渣中的硫化鋅反應(yīng)從而回收鉛渣中的鋅。因此，反應(yīng)液固比選擇5∶1 mL／g。

2.3 反應(yīng)溫度對(duì)鋅浸出的影響

固定焙塵和二段鉛渣用量，控制反應(yīng)液固比為5∶1 mL／g，反應(yīng)時(shí)間4 h，二段補(bǔ)酸60 g／L條件下進(jìn)行浸出，考察反應(yīng)溫度對(duì)鉛渣中鋅的浸出率的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2反應(yīng)溫度對(duì)鉛渣中鋅浸出的影響

由圖2可知，當(dāng)溫度達(dá)到85℃后，繼續(xù)升高反應(yīng)溫度，鉛渣中鋅的浸出率無(wú)明顯變化，鉛渣含鋅也趨于穩(wěn)定。高溫高酸的反應(yīng)條件有利于Fe3+離子的浸出。采用高溫條件，焙塵浸出的Fe3+離子多，能更好更充分的與鉛渣中的硫化鋅反應(yīng)，而且溫度升高，反應(yīng)活性增加，有利于焙塵和鉛渣的浸出。綜合考慮能耗等因素，適宜的浸出溫度應(yīng)選擇在85℃左右。

2.4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)鋅浸出的影響

固定焙塵和二段鉛渣用量，控制反應(yīng)液固比為5∶1 mL／g，反應(yīng)溫度85℃，二段補(bǔ)酸60 g／L條件下進(jìn)行浸出，考察反應(yīng)時(shí)間對(duì)鉛渣中鋅的浸出率的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)鉛渣中鋅浸出的影響

由圖3看出，隨著浸出時(shí)間的延長(zhǎng)，鉛渣中鋅的浸出率逐漸增加，鉛渣含鋅逐漸降低；當(dāng)反應(yīng)時(shí)間達(dá)到2 h時(shí)，鉛渣中鋅的浸出率基本上達(dá)到峰值；繼續(xù)延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，鋅的浸出率和鉛渣含鋅無(wú)明顯變化。說(shuō)明當(dāng)反應(yīng)時(shí)間達(dá)到2 h時(shí)，鉛渣中硫化鋅與Fe3+的反應(yīng)已經(jīng)結(jié)束，延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間對(duì)鉛渣中鋅的浸出率無(wú)明顯影響。

2.5 氧化劑對(duì)鋅浸出的影響

固定焙塵和二段鉛渣用量，控制反應(yīng)液固比為5∶1 mL／g，反應(yīng)溫度85℃，二段補(bǔ)酸60 g／L，反應(yīng)時(shí)間2 h條件下進(jìn)行浸出，向其中加入不同量的二氧化錳作為氧化劑，考察氧化劑對(duì)鉛渣中鋅的浸出率的影響，結(jié)果如圖4所示。

圖4 氧化劑的加入對(duì)鉛渣中鋅浸出的影響

向反應(yīng)體系中加入氧化劑的作用主要是確保焙塵浸出的鐵以Fe3+離子的形式存在，同時(shí)保證整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中Fe3+離子處于過(guò)剩的情況，能夠?qū)U渣中的硫化鋅完全反應(yīng)。從圖4看出，在此反應(yīng)條件下，向反應(yīng)體系中加入氧化劑對(duì)鉛渣鋅浸出率和鉛渣含鋅的影響無(wú)明顯影響。說(shuō)明在此反應(yīng)條件下，焙塵浸出Fe3+離子已經(jīng)足夠與鉛渣中的硫化鋅反應(yīng)，繼續(xù)加入氧化劑對(duì)鉛渣鋅浸出率無(wú)明顯提高，故后續(xù)實(shí)驗(yàn)不添加氧化劑。

2.6 鉛渣用量對(duì)鋅浸出的影響

固定焙塵用量，控制反應(yīng)液固比為5∶1 mL／g，反應(yīng)溫度85℃，二段補(bǔ)酸60 g／L，反應(yīng)時(shí)間2 h條件下進(jìn)行浸出，調(diào)整鉛渣用量，考察鉛渣用量對(duì)鉛渣中鋅的浸出率的影響，結(jié)果如圖5所示。

圖5 鉛渣用量對(duì)鉛渣中鋅浸出的影響

由圖5看出，控制焙塵用量，當(dāng)鉛渣用量為焙塵浸出渣量的1.2倍時(shí)，隨著焙塵用量的增加，鉛渣中鋅的浸出率明顯降低，鉛渣含鋅顯著增高；在一段焙塵浸出條件一定的情況下，增加二段鉛渣的用量，降低了二段鉛渣浸出時(shí)的液固比，溶液黏度增大，分子之間的擴(kuò)散變得更加困難，使浸出效果降低。同時(shí)，定量的焙塵浸出的Fe3+離子的量是固定的，增加鉛渣用量，鉛渣中硫化鋅量也隨之增加，F(xiàn)e3+離子的量不足，不能與硫化鋅充分反應(yīng)，從而降低鋅的浸出效果。當(dāng)比例低于1.2倍時(shí)，鉛渣量增加，對(duì)液固比影響不大、體系中的Fe3+離子處于足量的狀態(tài)，能有效浸出鉛渣中鋅。因此，鉛渣的用量選擇焙塵浸出渣的1.2倍較為合適。

3 結(jié)論

1）鉛渣合并焙塵進(jìn)行浸出，在采用一段先對(duì)焙塵浸出，二段補(bǔ)酸后加鉛渣繼續(xù)浸出的方式能有限回收鉛渣中的鋅；

2）二段鉛渣浸出時(shí)高酸有利于鋅的浸出；

3）在鉛渣量∶焙塵浸出渣質(zhì)量為1∶1時(shí)，在反應(yīng)液固比為5∶1 mL／g，反應(yīng)溫度85℃，二段補(bǔ)酸60 g／L，反應(yīng)時(shí)間2 h條件下，向反應(yīng)體系中加入氧化劑對(duì)鉛渣中鋅的浸出率無(wú)明顯影響；

4）控制一段焙塵浸出液固比5∶1 mL／g，二段補(bǔ)加60 g／L的酸后加入焙塵浸出渣1.2倍量的鉛渣繼續(xù)浸出，反應(yīng)溫度85℃，反應(yīng)時(shí)間2 h的條件下，能有限浸出鉛渣中的鋅，鋅的浸出率可達(dá)87% ～88%，鉛渣含鋅降低至4.5%左右。