湖北某银矿锌尾渣中锌的浸出试验研究

2019-10-11郑诗雨

世界有色金属 2019年16期

郑诗雨，梅明

（武汉工程大学化学与环境工程学院，湖北武汉 430205）

随着当前我国国民经济发展水平的快速增长，人们对于地质矿产资源的需求也在快速增加，而我国金属矿尾矿资源数量庞大但是利率却没有得到大幅增长，导致现有的综合利用问题愈加严峻[1]。我国目前对于大量金属尾矿资源的利用效率并不高，采矿、选矿以及冶炼的过程中产生的大量废弃物，不仅对环境造成污染，还降低了金属尾矿资源的利用率[2]。因此，尾矿资源的综合回收及合理利用对于促进我国国民经济社会的发展以及地区生态环境的永续保护都有着深远的战略意义。

锌作为国民经济建设中重要的基础金属原材料，消费主要集中于电镀锌、锌合金、黄铜、化工等多个不同的领域，其广泛应用于公共建筑、交通运输、机械制造和电子等行业。随着现代经济技术社会的不断发展进步，锌的国际市场量和需求量也不断增加，对于尾矿及工业废渣的开发和资源化利用已成为当务之急[3]。

目前含锌废渣多采用火法和湿法两种工艺方法处理。由于火法存在使用成本太高，对室内环境可能造成严重二次污染以及潜在经济危害较大等诸多问题，目前的研究多采用湿法回收锌[3]。Zhao Youcai[4]等通过碱法浸出含铁粉尘，试验获得浸出有效率高达85%的指标。孙红燕等[5]采用盐酸从炼铅厂烟化段产出的锌烟尘中浸出分离铅和锌，铅和锌的浸出率均大于90%，实现了铅、锌的有效分离。黄平等[6]研究了用NH3-NH4Cl-H2O体系浸出氧化锌矿的工艺，锌的浸出率稳定达到88.1%，实现了锌的选择性高效溶出，与铁、铝、硅等杂质元素的有效分离。Jadhav等[7]通过对一种从废旧印刷电路板（PCBs）回收贵金属湿法冶金工艺的研究发现大片废旧PCBs对金属的湿法冶金回收是可行的。

前期研究结果表明，锌浸出渣的湿法处理工艺更具优势。考虑到碱浸出方法对于NaOH的循环利用很困难，氨浸方法在企业实际操作运用过程中会因氨气快速挥发而导致损失严重，本文的研究课题针对湖北某银矿锌尾渣采用硫酸作为浸出剂，考察了硫酸浓度、液固比、反应时间和反应温度对锌浸出率的影响及其规律，最大限度地提高锌的有效浸出率，为银矿锌尾渣的二次资源化利用及发展提供可靠的技术理论依据。

1 实验部分

1.1 实验材料

试验所用的锌尾渣取自我国湖北省某银矿，其主要的化学成分为Zn（44.38%）、S（26.97%）、O（10.59%）、Fe（6.35%）、Pb（5.62%）、Si（3.90%）、Al（0.90%）、C（1.29%）。首先将所取的锌尾渣样品用瓷质研钵研磨后筛分，取200目筛下样品烘干后置于马弗炉中于880℃条件下焙烧5h后取出备用。焙烧后样品XRD分析结果见图1。

图1 焙烧后样品的XRD图谱

由于原样中锌主要以硫化锌的形式存在。考虑到硫化锌在一般条件下不能直接用稀硫酸浸出，所以通过焙烧的方式，使硫化锌尽可能氧化成为可溶于稀硫酸的氧化锌。在880℃条件下焙烧5h后，由图1可以看出，样品中的硫化锌转化为氧化锌，同时生成部分铁酸锌，这是由于锌尾渣中含有6.35%的铁，高温焙烧时氧化锌会与氧化铁反应生成铁酸锌。

1.2 试剂、仪器与试验方法

试剂：硫酸（AR，98%）。

主要仪器：电子天平，真空泵，电热恒温鼓风干燥箱，数显恒温恒速磁力搅拌器，原子吸收分光光度计等。

试验方法：浸出试验在150mL玻璃烧杯中进行，采用恒温磁力搅拌器加热搅拌。配置一定浓度一定体积硫酸溶液，加热至指定温度后，每次称取5g样品加入烧杯中，开启搅拌进行混合反应，同时开始计时，反应一定时间后取下烧杯，用循环式多用真空泵抽滤机抽滤，并测定浸出液中的锌含量，通过计算得到浸出率。

2 结果与讨论

2.1 反应温度对锌浸出率的影响

在硫酸浓度为1.5mol/L，液固比为10:1，反应时间为2h的条件下，考察不同温度（30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃）对样品中锌浸出率的影响，其结果见图2。

图2 反应温度对锌浸出率的影响

从图2可以看出，温度对样品中锌的浸出率有着显著的影响。在80℃时，锌浸出率最大为89.7%，当反应温度低于80℃时，锌浸出率随着温度的不断上升而增加，这主要是因为当温度升高时，分子运动速度加快，化学反应速率也会提高，从而使浸出率增大。当温度高于80℃时，锌浸出率有下降的趋势。出现这种现象的原因可能是温度过高加快了水分蒸发，对反应不利。因此，选择反应温度为80℃较为合适。

2.2 反应时间对锌浸出率的影响

在硫酸浓度为1.5mol/L，液固比为10:1，反应温度为80℃的条件下，考察不同时间（15min、30min、45min、60min、75min、90min、105min、120min）对样品中锌浸出率的影响，其结果见图3。

图3 反应时间对锌浸出率的影响

从图3可以看出，随着时间的延长，锌浸出率逐渐增加。当反应时间为90min时，锌浸出率达到89.5%，继续延长反应时间，锌浸出率略有增加，但变化不大，考虑到反应时间越长能耗也会越大，因此，选择反应时间为90min较为合适。

2.3 硫酸初始浓度对锌浸出率的影响

在液固比为10:1，反应温度为80℃，反应时间为90min的条件下，考察不同硫酸浓度（0.5mol/L、1.0mol/L、1.5mol/L、2.0mol/L、2.5mol/L）对样品中锌浸出率的影响，其结果见图4。

图4 硫酸初始浓度对锌浸出率的影响

从图4可以看出，锌浸出率随着硫酸初始浓度的增加而增加。硫酸初始浓度为2mol/L时，锌浸出率达到最大为92.7%，继续增加硫酸初始浓度，锌浸出率几乎不再发生变化，这主要是因为样品中大部分锌已经以硫酸锌的形式浸出，残留少部分锌以铁酸锌的形式存在，较难浸出。同时考虑到过高的硫酸浓度会提高生产成本以及腐蚀设备和容器，因此选择硫酸初始浓度为2mol/L比较合适。

2.4 液固比对锌浸出率的影响

在反应温度为80℃，反应时间为90min，硫酸初始浓度为2mol/L的条件下，考察不同硫酸浓度（0.5mol/L、1.0mol/L、1.5mol/L、2.0mol/L、2.5mol/L）对样品中锌浸出率的影响，其结果见图5。

图5 液固比对锌浸出率的影响

从图5可以看出，随着液固比的增加，锌的浸出率也逐渐增加，在液固比为14:1时锌浸出率达到最大为91.1%。液固比继续增加时锌的浸出率反而开始下降，出现这种现象的原因可能是由于溶液过多，搅拌过程中发生了涡流，导致样品无法与溶液充分地接触，从而影响锌的浸出。并且当液固比较大时，部分溶液没有完全浸入恒温水浴的水中，导致溶液下部温度高于上部温度，也可能会对锌的浸出造成影响。因此，选择液固比为14:1比较合适。