某含锌粉尘在氨浸体系中的浸出行为研究

杨永斌　苏欢欢　李　骞　徐　斌　姜　涛

（中南大学资源加工与生物工程学院，湖南长沙410083）

在常见有色金属中，锌的循环利用情况较乐观。目前，世界上30%的锌来源于二次锌资源。锌冶炼厂的含锌粉尘属于常见二次锌资源，通常成分相当复杂，主要成分为锌氧化物ZnO（有的还含有Zn2O），还不同程度含有铁、铟、砷、锑、锡、银、铅、镉、铋等金属。作为一种二次锌资源，氨配合法制备活性氧化锌是目前开发利用其中锌的常用方法[1-10]。

受含有的多种金属杂质的影响，含锌粉尘的浸出特性不同于纯氧化锌，但这种影响却未见报道。为高效开发利用此类含锌粉尘资源，以福建龙岩某含锌粉尘为对象，对其氨浸特性与纯氧化锌的氨浸特性进行了比较。

1　试验材料及试剂

1.1　试验原料

试验用原料为龙岩某炼锌厂的含锌粉尘，其主要化学成分分析结果见表1，锌物相分析结果见表2。

从表1、表2可以看出，试验用原料含锌50.83%，主要以氧化锌形式存在，Cd、Mn、Fe、Ca、Pb等杂质含量较高，这些杂质将可能给氨法浸锌带来不利影响（氧化锌在NH3-NH4HCO3-H2O体系中溶解的同时，也会有部分杂质被溶解）。

1.2　试验药剂

试验用纯氧化锌、碳酸氢铵、氨水、双氧水、碘化钾均为分析纯试剂。

2　试验设备、原理及方法

2.1　试验设备

主要试验设备有HH-S1S型恒温水浴锅、EURO-ST-DS-25型电动调速搅拌器、FA2004型分析天平、ZF-6050型真空干燥箱、PHS-3C型pH计、PS-6型ICP-AES等。

2.2　试验原理及方法

浸出过程的主反应为

称取20 g原料置于三口烧瓶中，然后倒入配置好的氨水和碳酸氢铵溶液，在恒温水浴锅中升温至设定温度，浸出一定时间后分离浸出液和浸渣，测定浸出液中锌等金属离子的浓度并计算浸出率。

3　试验结果与讨论

3.1　浸出时间对氧化锌浸出率的影响

浸出时间对氧化锌浸出率影响试验固定NH3与CO32-的浓度比为4∶1，原料浸出试验的总氨浓度为11 mol/L（对于纯氧化锌的浸出来说，此总氨浓度下的浸出率太高，不利于其浸出率特征的显现，因此确定纯氧化锌浸出的总氨浓度为9 mol/L，下同），液固比为6∶1，浸出温度为25℃，搅拌速率为450 r/min，试验结果见图1。

从图1可以看出，浸出时间对锌浸出率的影响很明显。对于纯氧化锌而言，浸出时间增至20 min，浸出率呈上升趋势，浸出平衡时间为20 min；对于含锌粉尘而言，延长浸出时间，锌浸出率也显著提高，但达到浸出平衡需要60 min，且其浸出率低于纯氧化锌。

反应初期，氧化锌含量大，浸出剂浓度高，因而反应速率大；随着反应的进行，反应速率逐渐变小，浸出率增幅下降。浸出时间延长，氨挥发量上升，也容易引起杂质的溶解。因此，后续试验固定纯氧化锌的浸出时间为20 min，含锌粉尘的浸出时间为60 min。

造成含锌粉尘浸出时间较长、达到浸出平衡时浸出率较低的原因是含锌粉尘含较多不溶杂质，一些杂质在碱性条件下易形成沉淀。

3.2　浸出温度对浸出率的影响

浸出温度对氧化锌浸出率影响试验固定NH3与CO32-的浓度比为4∶1，原料浸出试验的总氨浓度为11 mol/L，液固比为6∶1，纯氧化锌的浸出时间为20 min，含锌粉尘的浸出时间为60 min，搅拌速率为450 r/min，试验结果见图2。

由图2可知，总体来说，适当提高浸出温度有利于浸出率的提高，这是因为温度升高，分子运动加剧，更多的浸出剂分子与氧化锌颗粒发生碰撞，并发生反应，使更多的锌进入溶液，从而提高锌的浸出率；浸出温度对纯氧化锌浸出率的影响不很显著，但对含锌粉尘的影响明显。

温度过高会造成NH3和CO2挥发，使浸出液中氨浓度与碳酸根离子的浓度降低，也会降低锌氨配合物的稳定性[11-12]，不利于浸出反应的进行。因此，确定后续试验的浸出温度为30℃。

3.3　液固比对锌浸出率的影响

液固比对氧化锌浸出率影响试验固定NH3与CO32-的浓度比为4∶1，原料浸出试验的总氨浓度为11 mol/L，纯氧化锌的浸出时间为20 min，含锌粉尘的浸出时间为60 min，浸出温度为30℃，搅拌速率为450 r/min，试验结果见图3。

由图3可以看出，含锌粉尘与纯氧化锌的浸出规律一致，液固比对锌的浸出率影响十分显著，随着液固比的增大，浸出率开始快速提高，直到液固比为5∶1时达到浸出平衡。这是因为锌氨配合离子在溶液中有一定的溶解度，液固比小会限制锌的浸出。过大的液固比会导致浸出体系的体积增大，降低单位体积的浸出效率，且会加大蒸氨的难度。因此，确定后续试验的液固比为5∶l。

3.4　搅拌速度对浸出率的影响

搅拌速率对氧化锌浸出率影响试验固定NH3与CO32-的浓度比为4∶1，原料浸出试验的总氨浓度为11 mol/L，液固比为5∶l，纯氧化锌的浸出时间为20 min，含锌粉尘的浸出时间为60 min，浸出温度为30℃，试验结果见图4，最佳工艺条件下含锌粉尘浸出液中主要杂质离子的浓度见表3。

从图4可看出，搅拌速度对含锌粉尘与纯氧化锌浸出率影响类似，搅拌速度从300 r/min提高至400 r/min，锌浸出率均上升，继续提高搅拌速度，锌浸出率维持在高位。

浸出反应是在固液相交界面上进行的，在被溶解的固体表面上会形成一层薄的边界层，该边界层对固体的包围会影响固体与溶剂的直接接触，阻碍溶剂离子或分子从外部经边界层向固体表面运动，也影响溶出的锌离子向外部扩散。因此，加强搅拌可消减边界层的厚度，促进物质交换，但这种边界层不会完全消除，因而搅拌强度增大到一定程度后，对溶解速率的增大作用就不再明显[13]，反而会加速氨的挥发。因此，适宜的搅拌速度为400 r/min，纯氧化锌的浸出率高达99.80%，含锌粉尘的浸出率达95.10%。

从表3可看出，含锌粉尘浸出液中锌的浓度最大，是浸出液的主要成分，但是浸出液中含有较多的Cd、Pb、Mn、Fe杂质，这些杂质影响了含锌粉尘中锌的浸出，所以含锌粉尘中锌的浸出率要低于纯氧化锌的锌浸出率。

4　结论

（1）福建龙岩某炼锌厂的含锌粉尘锌含量为50.83%，主要以氧化锌形式存在，Cd、Mn、Fe、Ca、Pb等杂质含量较高，影响了氧化锌在NH3-NH4HCO3-H2O体系中的溶解。

（2）纯氧化锌在NH3-NH4HCO3-H2O浸出体系的NH3与CO32-浓度比为4∶1，总氨浓度为9 mol/L，液固比为5∶l，搅拌速度为400 r/min，浸出时间为20 min，浸出温度为30℃情况下的锌浸出率高达99.80%；含锌粉尘在NH3-NH4HCO3-H2O浸出体系的NH3与CO32-浓度比为4∶1，总氨浓度为11 mol/L，液固比为5∶l，搅拌速度为400 r/min，浸出时间为60 min，浸出温度为30℃情况下的锌浸出率仅为95.10%。

（3）在浸出体系的锌矿物量较低、总氨浓度更高、浸出时间更长的情况下，含锌粉尘的锌浸出率仍然较低，表明含锌粉尘中的硫化锌、锌铁尖晶石等难溶物和其他杂质影响了锌的浸出。