用NH3-(NH4)2CO3-H2O体系从高炉瓦斯灰中浸出锌试验研究

马爱元，孙成余，罗永光，郑雪梅，李 松

(1.六盘水师范学院 化学与材料工程学院，贵州 六盘水 553004；2.昆明理工大学 冶金与能源工程学院，云南 昆明 650093；3.云南驰宏锌锗股份有限公司，云南 曲靖 655000)

随着钢铁工业、铅锌等有色金属冶炼工业的迅速发展，碱性成分高、成分复杂的含锌二次资源大量堆存，未得到有效回收处理[1-4]。含锌二次资源中的锌主要以氧化锌、硅酸锌、锌铁尖晶石和硫化锌等形式存在，也含有碱性脉石成分，氟氯含量较高。用酸浸出锌，浸出液中Ca、Mg、F、Cl等杂质含量高，且酸耗高，对设备腐蚀性大，大量硫酸铁及硅酸溶解进入浸出液易形成硅胶，后续净化除杂过程较为复杂[5-8]。采用碱法工艺处理锌二次资源，一定程度上可避免铁的大量浸出，减轻浸出剂对设备的腐蚀，适合处理含碱性脉石多的矿物；但所需氢氧化钠浓度较高，消耗量较酸法明显更多，浸出温度较高；另外，在强碱条件下，锌酸钠电解只能得到海绵锌粉而得不到阴极锌板。

1 试验部分

1.1 试验原料

试验所用高炉瓦斯灰来自某钢铁冶炼企业，主要化学成分见表1，固体颗粒物相XRD分析结果如图1所示。

表1 高炉瓦斯灰的主要化学成分 %

高炉瓦斯灰中：锌主要以ZnO形式存在，铁主要以FeO、Fe2O3、Fe3O4形式存在；碱性脉石成分含量较高，主要以SiO2、MgSO4、 CaMgSiO4形式存在。

图1 高炉瓦斯灰的XRD分析结果

高炉瓦斯灰激光粒度分布结果如图2所示。可以看出：瓦斯灰颗粒粒度分布较宽，分布区间为3～460 μm；其中D50=49.72 μm，D98=347.22 μm，平均D=72.763 μm。

图2 高炉瓦斯灰样品的粒度分布曲线

1.2 试验原理与方法

试验原理：在NH3-(NH4)2CO3-H2O体系中，高炉瓦斯灰中的Zn物相与浸出剂发生配位反应并转入溶液，而C、Fe、Si、Ca、Al、Pb、Mg等不反应留在渣中。反应式如下：

浸出试验在1 000 mL玻璃反应容器中进行。反应装置连接有搅拌器。为避免氨挥发，浸出剂均现配现用。试验前，将瓦斯灰置于105 ℃干燥箱中干燥4 h，冷却至室温，取20 g与浸出剂一起置于反应容器内混合搅拌浸出；反应结束后过滤分离，以EDTA滴定法测定滤液中锌质量浓度，计算锌浸出率。

2 试验结果与分析

2.1 浸出时间对锌浸出率的影响

图3 浸出时间对锌浸出率的影响

由图3看出，锌浸出率随浸出进行逐渐提高；反应30 min后，锌浸出率变化不大，趋于稳定，为76.71%。综合考虑，确定适宜的浸出时间为30 min。

2.2 总氨浓度对锌浸出率的影响

图4 总氨浓度对锌浸出率的影响

2.3 [NH3]/[NH3]T对锌浸出率的影响

室温，浸出时间30 min，总氨浓度5 mol/L，搅拌速度300 r/min，液固体积质量比4 mL/g，[NH3]/[NH3]T对锌浸出率的影响试验结果如图5所示。

图5 [NH3]/[NH3]T对锌浸出率的影响

2.4 搅拌速度对锌浸出率的影响

图6 搅拌速度对锌浸出率的影响

2.5 液固体积质量比对锌浸出率的影响

图7 液固体积质量比对锌浸出率的影响

2.6 浸出温度对锌浸出率的影响

图8 浸出温度对锌浸出率的影响

由图8看出：浸出温度在25～65 ℃范围内对锌的浸出效果影响不显著；温度低于45 ℃时，锌浸出率随浸出温度升高略有提高，因为升温可以加速溶剂分子的扩散运动，从而强化锌、氨之间的配合反应；温度高于45 ℃后，体系中氨的挥发加剧，导致总氨浓度下降，锌浸出率下降。综合考虑，浸出在室温(25 ℃)条件下进行即可。

25 ℃条件下所得浸出液中含Zn、Pb、Fe、Ca、Si，浸出率分别为76.1%、0.27%、0.01%、6.79%、 0.12%。可以看出，NH3-(NH4)2CO3-H2O体系可选择性浸出Zn，其他杂质元素的浸出率很低，基本不进入浸出液而留在渣中。

3 结论