有色金属定向分离与纯化技术的研究

王俊英 王志刚 王锦程

（唐山鹤兴废料综合利用科技有限公司，河北 唐山 063000）

一、试验部分

（一）试验原料

布袋灰取自广东肇庆某金属公司,化学成分(%):Zn24.25、Cu11.69、Sn3.26、Pb9.85、As8.93、Ni0.21、Fe0.20、O23.8、Al0.08、S5.55、Cl0.92、Na3.64、Ca0.16、Ti0.01、Mg0.56、Bi0.31、Se0.01、Sb0.34。

（二）试验原理

因布袋灰中含有较高的有毒金属砷,如果直接对布袋灰进行酸浸提锌,砷也被浸出,造成后续除砷步骤复杂,所以本工艺路线选择先除砷,再提取锌、铜等其他有价金属。砷与碳酸钠在高温焙烧下可形成极易溶于水的砷酸钠,可以用水洗除去砷,再对水洗除砷渣中的有价金属进行提取,工艺流程见图1。

（三）试验方法

焙烧试验:取50g 布袋灰放入陶瓷钵中,加入一定质量的碳酸钠搅拌混匀,放入马弗炉中,当马弗炉达到设定温度时开始计时,焙烧一定时间后,取出焙砂。

水洗试验:将焙砂放入1L 三口烧瓶中,加入一定体积水,在设定温度下,搅拌一定时间后,采用真空抽滤分离,得到水洗液(砷酸钠)和水洗渣。

浸出试验:将水洗渣放入1L三口烧瓶中,加入一定体积水和浓硫酸,在设定温度下,搅拌浸出一定时间后,采用真空抽滤分离滤液和滤渣,记录滤液(浸出液)体积和烘干后的滤渣(浸出渣)质量。分析浸出液和浸出渣中锌、铜等质量分数,元素浸出率以渣计。

二、试验结果与分析

（一）除砷试验

1.碳酸钠用量对除砷率的影响。在各装有50g 布袋灰的5 个陶瓷钵中,分别加入10、15、20、25、30g 的碳酸钠搅拌混匀,放入马弗炉中,当马弗炉达到设定温度550℃时开始计时,焙烧1h 后取出焙砂,将焙砂放入1L 的三口烧瓶中,加入一定体积的水,80℃搅拌1h 后采用真空抽滤分离。图2 为碳酸钠用量对除砷率的影响。从图2 可见,砷除去率随碳酸钠用量的增多而升高,当用量为25g 时,水洗渣中的砷仅为2.5%,除砷率达97.5%,继续增加碳酸钠用量,砷的除去率略微下降,这是由于碳酸钠用量过多,导致焙砂软化点明显降低。当焙砂软化并粘窑时,物料中砷的氧化将无法进行,所以每50g 布袋灰中加入25g 碳酸钠。

2.焙烧温度对除砷率的影响。试验条件:布袋灰50g、碳酸钠25g、分别在不同温度焙烧1h,再按2.1.1 节方法进行水洗,图3 为不同焙烧温度下砷的除去率,可以看出,随着焙烧温度的升高,砷的除去率也相应增加,当焙烧温度为600℃时,水洗渣中砷仅为1.1%,除砷率达98.9%,但是继续升高温度至650℃时,砷的除去率几乎没有增加,为节约能耗,选择焙烧温度为600℃。

3.焙烧时间对除砷率的影响。试验条件:布袋灰50g、碳酸钠25g、分别在600℃焙烧不同时间,再按2.1.1 节方法进行水洗,图4 为不同焙烧时间下砷的除去率,可以看出,随着焙烧时间的增加,砷的除去率也相应升高,当焙烧时间为2h 时,水洗渣中的砷仅为0.15%,除砷率可达99.85%,但是继续增加焙烧时间,砷的除去率几乎没有增加,为节约能耗,选择焙烧时间为2h,此时锌、铜的损失率仅为0.5%。

（二）有价金属硫酸浸出试验结果

采用最优焙烧条件下得到的除砷水洗渣为原料,加入一定体积的硫酸,在一定的温度下搅拌浸出,分别考察硫酸浓度、浸出温度和时间对锌、铜浸出率的影响。

1.硫酸浓度。固定调浆:液固比8∶1(体积质量比,mL/g,下同)、浸出温度70℃、浸出时间1h,试验结果如图5 所示。可以看出,锌浸出率受硫酸浓度的影响较大,锌、铜的浸出率随硫酸浓度的增大而提高;硫酸浓度为1.23mol/L 时,锌、铜浸出率分别提高至92.34%和90.78%;再继续增大硫酸浓度,锌、铜浸出率变化不明显。综合考虑,硫酸浓度选择1.23mol/L。

2.浸出温度。在硫酸浓度1.23mol/L、液固比8∶1、浸出时间1h的条件下,浸出温度试验结果：锌、铜浸出率均随温度的升高而升高,温度超过90℃后,金属浸出率变化不大,适宜的浸出温度选择90℃。

3.浸出时间对锌、铜浸出的影响。在硫酸浓度为1.23mol/L、浸出温度90℃、液固比8∶1 的条件下,不同浸出时间时的结果如图7 所示。可以看出,锌、铜浸出率均随时间的增加而升高,浸出时间增加至1.5h时,锌浸出率达98.53%,铜浸出率达97.65%,继续延长浸出时间,金属浸出率变化不大,适宜的浸出时间为1.5h。

（三）有价金属综合回收

浸出液中的锌、铜可采用加入过量氢氧化钠的方法得到分离,浸出渣中的铅、锡可加入碳进行还原熔炼得到铅锡合金。

三、结论

1.布袋灰中碳酸钠焙烧法除砷的最佳工艺条件为:25g 碳酸钠/50g布袋灰、焙烧温度600℃、焙烧时间2h,在此条件下得到的焙砂经水洗后,水洗渣中的砷仅为0.15%,除砷率达99.85%,锌、铜的损失率仅为0.5%。2.除砷水洗渣的最佳浸出条件为:硫酸浓度1.23mol/L、浸出温度90℃、浸出时间1.5h,在此条件下锌浸出率达98.53%,铜浸出率达97.65%。