炼铁烧结烟尘灰中银的提取实验研究

2016-06-04黄晓梅李国斌

化工科技 2016年1期

黄晓梅，李国斌，李旭，苏毅

(昆明理工大学化工学院，云南昆明 650500)

银是一种应用历史悠久的贵金属，至今已有4 000多年的历史。由于其优越的金属性能，广阔的应用领域，已成为生活和工业中不可缺少的原材料。由于银优越的导电性和导热性，良好的化学稳定性和延展性，除了能作为首饰或装饰品外，还能在工业中作为电触材料、导线、银锌电池、催化剂等[1-4]。同时银离子还具有很好的杀菌、消炎的作用，在医疗上可作为水的杀菌剂，控制人体伤患部位的感染，促进纤维细胞的分化，加快组织的修复和再生[5-6]。但银在地壳中的含量极少，随着含银矿石的开采利用，银矿的品味越来越低，从含银阳极泥或含银废弃物中提银越来越受重视，特别是各类电子废弃物以及矿物加工企业中的各种冶矿废渣、烟尘灰等,这不仅能改善白银供需的紧张，还能让废弃物资源得到二次利用[7-10]。炼铁烧结烟尘灰是钢铁企业的主要固体废弃物之一，经分析其中w(Ag)已达200 g/t，具有提取利用的价值。作者以烧结炼铁烟尘灰为原料，经过预处理后，对其中的银进行提取研究。

1 实验部分

1.1 实验原料

实验中所用原料为山东蓬莱某公司炼铁烧结烟尘灰，通过对该炼铁烧结烟尘灰荧光分析可知，其主要元素为Cl、K、O、Fe、Ca、Na、Pb、S、Ag等，详见表1。其中w(K)=18.116%、w(Na)=2.275%，w(Ag)=270 g/t。烟尘灰中的钾、钠是经过高温烧结过程挥发至烟气中再被扑集除尘下来的，水溶性极好。实验中可通过预处理将可溶性贱金属等用水浸取出来，不仅可以充分利用有价元素，还能降低其它物质对后续的银浸取过程的影响。取1 kg炼铁烧结烟尘灰加入2 L水，室温搅拌30 min，使可溶性钾盐溶于水，过滤后用1 500 mL水分3次洗涤滤渣，干燥并研磨。做4次重复实验后，混合干燥并研磨好的样品作为提银原料。预处理后的提银原料测定其中的w(Ag)可达720 g/t，说明预处理进一步富集了炼铁烧结烟尘灰中的银。

表1 原料的主要成分分析

1.2 主要仪器

水浴锅：HH-S224，江苏省医疗器械厂；精密电动搅拌桨：DJ1C，江苏省金坛市大地自动化仪器厂；鼓风干燥箱：FN101-3，长沙仪器仪表厂；循环水式真空泵：SHZ-D(III)，巩义市英峪予华仪器厂；电子天平：LT2002，常熟市天量仪器有限责任公司；电子分析天平：TB-214，上海诺顶仪器设备有限公司。

1.3 实验方法

取提银原料50 g，用质量分数为10%～40%的硫代硫酸钠100～350 mL，并加入0～5 g的亚硫酸钠和0～12.5 mL的氨水，在室温～70 ℃水浴锅中恒温、恒转速条件下搅拌，浸取时间为1～6 h，过滤后用150 mL水分3次洗涤滤渣，滤渣放入鼓风干燥箱中干燥至质量恒定，称量并研磨，分析渣中的w(Ag)。

1.4 分析方法

采用双硫腙-四氯化碳分光光度法来测定烧结炼铁烟尘灰提钾渣中的w(Ag)。

2 结果与讨论

2.1 浸取时间对银浸出率的影响

实验条件为提钾渣50 g，液固比(水mL/提钾渣g，下同)为4∶1，w(硫代硫酸钠)=20%，亚硫酸钠加入量5 g，氨水加入量5 mL，搅拌速度为300 r/min，浸取温度为65 ℃，浸取时间为1、2、3、4、5、6 h。反应完成后过滤分离，用水50 mL/次洗涤滤渣3次，滤渣干燥至质量恒定。浸取时间对银浸出率的影响见图1。

t/h图1 浸取时间对银浸出率的影响

由图1可以看出，在1～6 h内，银浸出率是呈现先上升后降低的趋势。在1～3 h，银浸出率呈现单调上升的趋势。当达到3 h，银浸出率最大，可达到87.94%。由3 h变为4 h时，银浸出率由87.94%降到87.00%，下降了0.94%，下降的幅度较小。随后当浸取时间继续增加到6 h，银浸出率是单调降低的，在浸取时间为6 h时，银浸出率为76.90%，下降了10.1%，这可能是由于浸取时间增加，氨水挥发严重，导致浸取液的pH值发生了变化，抑制了银的浸出，也可能是由于加入的亚硫酸钠本身具有还原性，将浸取出来的银离子还原成了单质银。而由探索性实验可知，在相同条件下，反应4 h，银浸出率为87.56%。由此可见，浸取时间为3 h或4 h时银浸出率相差不大，故选用3 h为实验最佳工艺条件。

2.2 w(硫代硫酸钠)对银浸出率的影响

其它实验条件与2.1相同，w(硫代硫酸钠)=10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%，反应时间为3 h。反应完成后过滤分离，用水50 mL/次洗涤滤渣3次，滤渣干燥至质量恒定。w(硫代硫酸钠)对银浸出率的影响见图2。

w(硫代硫酸钠)/%图2 w(硫代硫酸钠)对银浸出率的影响

由图2可以看出，随着w(硫代硫酸钠)的增加，银浸出率呈现“M”型波动，但总的呈增长趋势。当w(硫代硫酸钠)达到20%时，银浸出率提高的梯度有放缓的趋势。当w(硫代硫酸钠)由20%增加到30%时，银浸出率由87.94%增加到89.56%，增加了1.62%。随着，w(硫代硫酸钠)增加到35%，银浸出率反而降到了87.66%。当w(硫代硫酸钠)增加到40%时，银浸出率增加到91.42%，与w(硫代硫酸钠)=20%对比，银浸出率提高了3.48%，相当于硫代硫酸钠的用量增加了1倍，而银浸出率提高却不大。因此，综合考虑后实验选用w(硫代硫酸钠)=20%为最佳工艺条件。

2.3 液固比对银浸出率的影响

其它实验条件与2.1相同，液固比为2∶1、3∶1、4∶1、5∶1、6∶1、7∶1，w(硫代硫酸钠)=20%，浸取时间为3 h。反应完成后过滤分离，用水50 mL/次洗涤滤渣3次，滤渣干燥至质量恒定。液固比对银浸出率的影响见图3。

液固比/(mL·g-1)图3 液固比对银浸出率的影响

由图3可以看出，当液固比为4∶1和6∶1时，银浸出率出现2个峰值点。当液固比由4∶1变为6∶1时，银浸出率由87.94%增加到89.87%，增加了1.93%。当液固比继续增加，银浸出率反而下降到87.83%。但是随着液固比的增加，硫代硫酸钠的用量也大幅提高，综合考虑后选液固比6∶1为实验最佳工艺条件。

2.4 亚硫酸钠的加入量对银浸出率的影响

其它实验条件与2.1相同，液固比为6∶1，w(硫代硫酸钠)=20%，亚硫酸钠加入量为0、2.5、5、7.5、10、12.5 g，浸取时间为3 h。反应完成后过滤分离，用水50 mL/次洗涤滤渣3次，滤渣干燥至质量恒定。亚硫酸钠加入量对银浸出率的影响见图4。

m(亚硫酸钠)/g图4 亚硫酸钠加入量对银浸出率的影响

由图4可以看出，亚硫酸钠的加入能够提高银浸出率，由于硫代硫酸钠的稳定性较差，容易发生歧化反应，在溶液中易分解成单质硫和亚硫酸钠，而加入亚硫酸钠的作用就是抑制硫代硫酸盐的分解，起稳定剂的作用。当亚硫酸钠的加入量为5 g时，此时银浸出率为89.87%；当亚硫酸钠的加入量为7.5 g时，此时银浸出率为90.54%。随后亚硫酸钠的加入量变为10 g时，银浸出率变为89.02%，继续增加到12.5 g的亚硫酸钠加入量时，银浸出率变为90.76%。因此，选择亚硫酸钠加入量7.5 g为实验最佳工艺条件。

2.5 氨水加入量对银浸出率的影响

其它实验条件与2.1相同，液固比为6∶1，w(硫代硫酸钠)=20%，亚硫酸钠加入量为7.5 g，氨水加入量为0、2.5、5、7.5、10、15、20 mL，浸取时间为3 h。反应完成后过滤分离，用水50 mL/次洗涤滤渣3次，滤渣干燥至质量恒定。氨水加入量对银浸出率的影响见图5。

V(氯水)/mL图5 氨水加入量对银浸出率的影响

由图5可知，银浸出率随氨水的加入量呈现“M”型波动。当氨水加入量在0～5 mL时，银的浸出率是逐渐增加的，因为氨水为浸取反应提供了一个微碱性的环境，抑制硫代硫酸钠在高温和低pH条件下分解，提高了硫代硫酸根的稳定性，同时氨本身就是银很好的络合剂，对反应的进行具有促进作用，溶液中存在氨还可以阻止二氧化硅、硅酸盐、碳酸盐、铁的氧化物以及其它一些物质的溶解。在氨水加入量为5 mL时，银浸出率达到第1个峰值，此时银浸出率为90.54%。随后继续增大氨水的加入量，银浸出率反而下降，这可能是由于氨水在一定程度上抑制了银化合物的溶解。继续增大氨水的加入量达到15 mL时，这种抑制作用似乎解除，银浸出率又提高到88.50%；当加入量达到20 mL时，银浸出率达到87.65%，略有下降。因此，选择氨水加入量5 mL为实验的最佳工艺条件。

2.6 浸取温度对银浸出率的影响

其它实验条件与2.1相同，液固比为6∶1，w(硫代硫酸钠)=20%，亚硫酸钠加入量为7.5 g，浸取温度为常温、35、45、55、65、75 、85 ℃，浸取时间为3 h。反应完成后过滤分离，用水50 mL/次洗涤滤渣3次，滤渣干燥至质量恒定。温度对银浸出率的影响见图6。

t/℃图6 浸取温度对银浸出率的影响

由图6可以看出，温度对银的影响较大。在常温下反应，银浸出率仅为56.49%。当温度达到35 ℃时，银浸出率可达到81.63%，浸出率提高了25.14%。继续升高温度到45 ℃，此时银浸出率为87.76%，浸出率提高了6.13%。此后随着温度的升高，银浸出率变化不大。当温度达到65 ℃时，银浸出率达到峰值90.54%。高温可以促进分子的热运动，在一定程度上加速溶液的传质、扩散，更重要的是，该反应在一定程度上受界面化学反应控制，升高温度可以显著提高反应速率。继续提高浸取温度，银浸出率略有下降，当温度为85 ℃时，银浸出率为88.50%，与65 ℃时的浸出率相比较，降低了2.04%。这可能是由于高温使硫代硫酸钠分解，降低了其氧化性。综合考虑后，选择浸取温度65 ℃为实验最佳工艺条件。

2.7 搅拌速度对银浸出率的影响

其它实验条件与2.1相同，液固比为6∶1，w(硫代硫酸钠)=20%，浸取温度65 ℃，亚硫酸钠加入量为7.5 g，搅拌速度为200、300、400、500 r/min，浸取时间为3 h。反应完成后过滤分离，用水50 mL/次洗涤滤渣3次，滤渣干燥至质量恒定。搅拌速度对银浸出率的影响见图7。

搅拌速度/(r·min-1)图7 搅拌速度对银浸出率的影响

由图7可以看出，搅拌速度对银浸出率影响较小。当搅拌速度为200 r/min时，银浸出率为85.43%；当搅拌速度为300 r/min时，银浸出率为90.54%，浸出率提高了5.11%。这是由于提高搅拌速度，增强了液体的传质和扩散，悬浮在溶液中含银颗粒与溶液中的反应物接触更充分，同时，反应产物随搅拌速度的提高迅速扩散在溶液中，使溶解率逐渐升高。当搅拌速度为300～600 r/min时，银浸出率变化不大，略有下降，这可能是由于搅拌强度达到一定程度后，继续提高搅拌速度，固相与液相的相对运动反而下降了，固液两相界面的传质速率减小，导致银的溶解率降低。因此为了节约动能，又可以达到较高浸出率，选定搅拌速度300 r/min为最佳工艺条件。