镀锌灰的热酸浸出和除铁试验研究

何小凤，李运刚，陈 金

（河北联合大学，河北 唐山 063009）

镀锌灰中含有锌、氧化锌、氯化锌、氯化铁和少量氯化铵等，可作为锌的二次资源加以回收。目前，从镀锌灰中回收有价金属一般采用湿法工艺［1］。从镀锌灰中浸出锌有热水浸出、中性浸出和热酸浸出［2-3］。热水浸出时，镀锌灰中的水溶物完全溶解，氯化锌转变成氢氧化锌进入渣中，氯化铁和少量的氯化铵进入溶液。中性浸出的终点pH约在5～6之间，溶液中游离酸、含铁量相对较少。而热酸浸出后，溶液中还含有大量游离酸，铁进入溶液的量比较多，在上清液返回中性浸出之前需去除杂质铁。试验研究了镀锌灰的热酸浸出及用黄钾铁矾法除铁［3］。

1 试验部分

1．1 试验原料

试验所用镀锌灰来自国内某钢管热镀锌厂，球磨筛分后粒度小于0．15mm，主要化学成分见表1。物相分析结果表明，Zn主要以ZnO、ZnCl2和金属锌形式存在。

试验用水为去离子水，硫酸为分析纯。

表1 锌灰的化学成分 %

1．2 试验方法

试验在烧杯中进行，用电热恒温水浴锅加热。一定温度下用水浸出，过滤后的滤渣在一定条件下进行中性浸出，中性浸出渣用热酸浸出提高锌回收率［4］。

2 试验结果与讨论

2．1 热酸浸出锌

2．1．1 浸出剂硫酸质量浓度对锌浸出率的影响

试验条件：浸出时间3h，液固体积质量比6∶1，浸出温度90℃，用精密增力电动搅拌器搅拌。浸出剂始酸质量浓度对锌浸出率的影响试验结果如图1所示。

图1 硫酸质量浓度对锌浸出率的影响

从图1看出：随硫酸质量浓度提高，锌浸出率升高；硫酸质量浓度升高到150g／L时，锌浸出率升高到98%；之后再提高硫酸质量浓度，锌浸出率变化不大。随硫酸质量浓度增大，化学反应速率加快，锌浸出率也就相应提高。综合考虑，选择热酸浸出时硫酸质量浓度为150g／L。

2．1．2 浸出时间对锌浸出率的影响

试验条件：硫酸质量浓度150g／L，浸出温度90℃，液固体积质量比6∶1，原料质量50g。浸出时间对锌浸出率的影响试验结果如图2所示。

图2 浸出时间对锌浸出率的影响

从图2看出：随浸出时间延长，锌浸出率提高；浸出4h时，锌浸出率达87．04%；之后继续延长浸出时间，锌浸出率变化不大。在保证锌浸出率较高情况下，应尽可能缩短浸出时间，提高生产效率，所以，浸出时间选择3h。

2．1．3 液固体积质量比对锌浸出率的影响

硫酸质量浓度不变，增大液固体积质量比即增加酸用量。由化学反应［5］

可知，酸量增加有利于反应向右进行。但酸量增加到一定时，浸出率接近极限，再增加酸量，浸出率提高幅度不大；而且液固体积质量比太大，不利于后续浸出液的处理。

试验条件：硫酸质量浓度150g／L，浸出温度90℃，浸出时间3h，原料质量50g。液固体积质量比对锌浸出率的影响试验结果如图3所示。

图3 液固体积质量比对锌浸出率的影响

可以看出：随液固体积质量比增大，锌浸出率提高；液固体积质量比为6∶1时，锌浸出率为85．73%；继续增大液固体积质量比，锌浸出率提高幅度不大。综合考虑，确定液固体积质量比以6∶1为宜。

2．1．4 浸出温度对锌浸出率的影响

从动力学角度考虑，升高温度，化学反应速率常数增大，反应速率增大［6］。

试验条件：浸出时间3h，硫酸质量浓度150 g／L，液固体积质量比6∶1，原料50g。浸出温度对锌浸出率的影响试验结果如图4所示。

图4 浸出温度对浸出率影响

从图4看出：随浸出温度升高，锌浸出率增大；当温度升至90℃时，锌浸出率达97．05%；再升高温度，锌浸出率变化不大。所以，热酸浸出时温度选择90℃为最佳。

2．1．5 最佳条件下的综合浸出

根据单因素试验结果，在硫酸质量浓度150 g／L、浸出温度90℃、浸出时间3h、液固体积质量比6∶1条件下，对400g原料重复进行3组试验，结果表明，锌浸出率分别为97．08%、96．59%和97．24%，平均97%，效果较好。

2．2 锌浸出液黄钾铁矾法除铁

浸出时，浸出剂酸度较高，铁进入溶液较多，在返回中性浸出之前需预先除铁。除铁采用黄钾铁矾法，在pH＝1．5条件下进行。试验考察温度、反应时间、碱试剂种类、中和剂种类及酸度等对除铁的影响。

2．2．1 反应温度对除铁的影响

对于pH＝1．5的含铁溶液，控制沉铁时间为3h，用氢氧化铵作沉淀剂，反应温度对沉矾效果的影响试验结果如图5所示。可以看出：溶液温度越高，除铁效果越好；温度为90℃时，除铁效果最好，铁去除率达98．8%。

图5 反应温度对沉矾效果的影响

2．2．2 沉铁时间对除铁效果的影响

溶液pH＝1．5，反应温度为90℃，用氢氧化铵作沉淀剂，沉铁时间对除铁效果的影响试验结果如图6所示。

图6 沉铁时间对除铁效果的影响

由图6看出：沉铁时间越长，除铁效果越好。但实际生产中，沉铁时间延长会降低生产效率。综合考虑，确定适宜的沉铁时间为3h，铁去除率达到98%。

3 结论

镀锌灰经热水浸出、热酸浸出，锌回收率大大提高；含锌浸出液用黄钾铁矾法除铁，适宜条件下，溶液中铁质量浓度可以控制在很低的水平，溶液返回中性浸出时，不会对工艺过程产生不利影响。

［1］何小凤，李运刚，陈金．热镀锌渣锌灰回收处理工艺评述［J］．中国有色冶金，2008（2）：55-58．

［2］王宏伟．锌灰酸浸法回收硫酸锌［J］．南都学坛：自然科学版，2000，20（3）：61-63．

［3］汪锡孝．试验研究方法［M］．长沙：湖南科学技术出版社，1989：85-87．

［4］张荣良，李凤莲．从钢铁厂含锌烟灰中湿法回收锌的研究现状及存在的问题［J］．湿法冶金，2014，33（3）：165-167．

［5］华一新．冶金过程动力学导论［M］．北京：冶金工业出版社，2004：188．

［6］梅光贵，王德润，周敬元等．湿法炼锌学［M］．长沙：中南大学出版社，2001：106-107．