从烧结电除尘灰中氯化浸出铅

高 岩，温耀儒，陈士强，李鹏举，徐红辉，耿翠翠

(1.河南省冶金研究所有限责任公司，河南 郑州 450053；2.河南省科学院碳减排与利用工程技术研究中心，河南 郑州 450053;3.江西理工大学 材料冶金化学学部，江西 赣州 341000)

钢铁冶炼烧结电除尘灰中含有铅、铜、钾、钠及锌等元素，是重要的二次资源[1-3]。目前，从烧结电除尘灰中回收铁、钾、铅、锌已有一些研究[4-6]。常用方法有湿法、火法、火法+湿法。湿法主要有氯化浸出法[7-8]、强碱浸出法[9-10]、有机酸配合浸出法[11]、有机胺浸出法[12-13]和无机氨浸出法[14-15]。强碱浸出法浸出效果较好，但滤渣黏度大，不易于过滤，同时碱的价格较高；有机酸配合浸出法和有机胺浸出法的选择性较好，但浸出速率低，浸出剂成本较高，浸出后液中的有机碳不好处理；无机氨浸出法成本低，但浸出率和浸出速率限制了其应用；氯化浸出法主要是通过氯离子与铅形成配阴离子而将铅转入溶液，然后从溶液中回收铅；但常用的盐酸体系会导致其他金属离子也被大量浸出。因此，如何控制盐酸用量，减少其他金属离子的浸出是研究热点[16-17]。试验研究了采用氯化铵-盐酸体系从烧结电除尘灰中浸出铅，通过加入氯盐实现低酸条件下的选择性浸出。

1 试验部分

1.1 试验原料

烧结电除尘灰：取自某钢铁厂，化学组成见表1，物相组成如图1所示。可以看出：铅以PbO形式存在，铁主要以Fe3O4、Fe2O3、FeO(OH)形式存在，其他杂质主要有K2O、SiO2、Na2O等。

表1 烧结电除尘灰的化学组成 %

图1 烧结电除尘灰的XRD图谱

试验试剂：盐酸、氯化铵、氯化镁、氯化钙、氢氧化钠等，均为分析纯。

1.2 试验原理与方法

盐酸体系中，适量氯化铵的加入对H+活度增大有明显的促进作用；而H+活度对金属氧化物的反应有重要影响：所以体系中加入氯化铵可以在不增大酸浓度条件下提高H+活度，进而促进反应进行。

(1)

(2)

(3)

(4)

用化学滴定法测定溶液中铁和铅浓度，用D8 Advance X型射线衍射仪分析物相组成。

2 试验结果与讨论

2.1 氯化铵浓度对铅浸出率的影响

烧结电除尘灰质量50 g，盐酸浓度1.5 mol/L，浸出时间30 min，浸出温度70 ℃，固液质量体积比1 g/4 mL，匀速搅拌，氯化铵浓度对铅浸出率的影响试验结果如图2所示。

图2 氯化铵浓度对铅浸出率的影响

由图2看出：随体系中氯化铵浓度增大，铅浸出率明显提高；氯化铵浓度增大至2 mol/L时，铅浸出率达最大，为98.6%。这是因为氯化铵的加入引入了大量的氯离子：一方面，氯离子的引入可以使氯化铅在高温下发生配合反应形成四氯化铅配阴离子进入溶液；另一方面，氯盐的加入可以显著增大盐酸中氢离子的活度，可实现低酸浓度下金属的高效浸出[18]。综合考虑，确定氯化铵浓度以2 mol/L为宜。

2.2 盐酸浓度对铅浸出率的影响

烧结电除尘灰质量50 g，浸出时间30 min，氯化铵浓度2 mol/L，浸出温度70 ℃，固液质量体积比1 g/4 mL，匀速搅拌，盐酸浓度对铅浸出率的影响试验结果如图3所示。

图3 盐酸浓度对铅浸出率的影响

由图3看出：随盐酸浓度增大，参与反应的氢离子增加，氧化铁和氧化铅反应程度增加，铅浸出率提高；盐酸浓度为1.5 mol/L时，铅浸出率提高至98%，之后趋于稳定。综合考虑，确定盐酸浓度以1.5 mol/L为宜。

2.3 浸出时间对铅浸出率的影响

烧结电除尘灰质量50 g，氯化铵浓度2 mol/L,盐酸浓度1.5 mol/L，浸出温度70 ℃，固液质量体积比1 g/4 mL，匀速搅拌，浸出时间对铅浸出率的影响试验结果如图4所示。

图4 浸出时间对铅浸出率的影响

由图4看出：浸出速度较快，浸出10 min，铅浸出率即达90%，这是由于氧化铅与酸反应活化能较低，反应和传质较快；浸出30 min后，部分氧化铅相被其他稳定相包裹，浸出率稳定在98%左右，继续延长反应时间无意义。因此，确定适宜的浸出时间为30 min。

2.4 浸出温度对铅浸出率的影响

烧结电除尘灰质量50 g，氯化铵浓度2 mol/L,盐酸浓度1.5 mol/L，浸出时间30 min，固液质量体积比1 g/4 mL，匀速搅拌，温度对铅浸出率的影响试验结果如图5所示。

图5 浸出温度对铅浸出率的影响

由图5看出：温度对铅浸出率影响较大，随温度升高，铅浸出率提高，这是由于较高温度有利于铅配阴离子的生成，易于溶出；温度为70 ℃时，铅浸出率达98%左右并趋于稳定。因此，确定浸出温度以70 ℃为宜。

2.5 固液质量体积比对铅浸出率的影响

烧结电除尘灰质量50 g，氯化铵浓度2 mol/L，盐酸浓度1.5 mol/L，浸出时间30 min，浸出温度70 ℃，固液质量体积比对铅浸出率的影响试验结果如图6所示。

图6 固液质量体积比对铅浸出率的影响

由图6看出：固液质量体积比对铅浸出率影响显著，因为液体体积增大，液固相反应面积增加，可强化传质效果；固液质量体积比为1 g/4 mL时，铅浸出率达98%，液体体积继续增大，铅浸出率变化不大。因此，确定固液质量体积比以1 g/4 mL为宜。

3 结论

用盐酸+氯化铵体系从烧结电除尘灰中浸出铅是可行的，适宜条件下，铅浸出率可达98.6%。NH4Cl的加入可提高体系中H+活度，有利于浸出反应进行。