从炼钢烟灰中脱氟回收锌试验研究

马琳亭

（西北矿冶研究院，甘肃 白银 730900）

随着锌矿资源的日益贫化以及低品位难选矿的增多[1]，市场资源争夺日趋激烈，含锌的灰、渣的综合回收更加重要[2，3]。炼钢烟灰通常采用电炉蒸馏、澳斯麦特炉等火法工艺回收锌[4，5]。由于烟灰中含氟会对设备产生严重腐蚀，且火法工艺生产成本高、设备投资大。我国锌冶炼企业多采用湿法冶炼，在锌电解过程中，氟会降低阴极锌的质量、腐蚀极板，并在生产中循环时将逐渐积累提高浓度。本试验采用全湿法流程，脱氟后溶液可直接进入湿法炼锌系统。

1 试验部分

1.1 试验原料

炼钢烟灰取自某冶炼厂烧结炉[6]，主要化学组成见表1。

表1 烟灰的主要化学组成

1.2 试验方法及原理

（1）酸浸[7-10]：将炼钢烟灰用水浆化后加入浸出槽中，向槽内加入过硫酸钠（加入量为溶液中Fe2+摩尔的2倍）将Fe2+氧化成Fe3+，搅拌反应后过滤，得到浸出液和浸出渣。锌全部溶解在溶液中，同时溶液中也含有氟、铁。发生的反应如下：

Zn+H2SO4→ZnSO4+H2↑

ZnO+H2SO4→ZnSO4+H2O

Fe+H2SO4→FeSO4+H2↑

Fe2O3+H2SO4→Fe2(SO4)3+H2O

FeSO4+Na2S2O8→Fe2(SO4)3+Na2SO4

ZnF2+H2SO4→ZnSO4+HF

FeF2+H2SO4→Fe2(SO4)3+HF

（2）Mn2+溶液配置：将二氧化锰、硫酸和亚硫酸钠按摩尔比1:1:1加入浸出槽，搅拌反应将Mn4+还原成Mn2+。

MnO2+H2SO4+Na2SO3→Na2SO4+MnSO4+H2O

（3）共沉淀脱氟[11-13]：将含锌、氟浸出液加入沉淀槽中，加入沉氟液进行共沉淀脱氟，反应后过滤除杂，得到硫酸锌溶液和脱氟渣，发生的反应如下：

Fe3++3F-→FeF3↓

Mn2++2F-→MnF2↓

2 试验结果及讨论

2.1 从烟灰中浸出锌、氟

2.1.1 浸出时间对锌、氟浸出率的影响

炼钢烟灰质量500g，液固体积质量比4/1，加入过硫酸钠40g，浸出温度80℃，体系终点pH控制在0.5。浸出时间对锌、氟浸出率的影响试验结果如图1所示。

图1 浸出时间对锌、氟浸出率的影响

由图1看出：随浸出时间延长，烟灰中锌、氟浸出率提高；浸出40min，锌浸出率高达97.9%，氟浸出率51.1%；之后，锌浸出率但变化不大，氟浸出率仍有提高。本试验的目的是收回烟灰中的金属锌，长时间浸出会增加溶液中氟的含量，影响后续脱氟。综合考虑，确定浸出时间以40min为宜。

2.1.2 体系pH对锌、氟浸出率的影响

炼钢烟灰质量500g，液固体积质量比4/1，加入过硫酸钠40g，浸出温度80℃，浸出时间40min。体系pH对锌、氟浸出率的影响试验结果如图2所示。

图2 体系pH对锌、氟浸出率的影响

由图2看出：随体系pH的降低，锌、氟浸出率提高；pH=1.0时，锌浸出率高达97.3%，氟浸出率49.3%；之后，锌浸出率变化不大。共沉淀脱氟时，需提高体系pH，过高的酸度会增加碱的用量。综合考虑，确定体系pH以1.0为宜。

2.1.3 温度对锌、氟浸出率的影响

炼钢烟灰质量500g，液固体积质量比4/1，加入过硫酸钠40g，体系pH=1.0，浸出时间40min。温度对锌、氟浸出率的影响试验结果如图3所示。

图3 温度对锌、氟浸出率的影响

由图3看出：随温度升高，锌、氟浸出率变化不大。反应自热温度为60℃，此时锌浸出率97.4%、氟浸出率46.2%。提高反应温度会增加能耗。综合考虑，反应过程无需加热，做好保温即可。

2.2 从浸出液中脱除氟

2.2.1 溶液中n（氟）：n（铁）：n（锰）比对脱氟的影响

上述浸出获得的浸出液500mL，加入Mn2+溶液，温度60℃，终点pH=4.5，时间60min。浸出液中n（氟）：n（铁）：n（锰）对脱氟的影响试验结果如图4所示。

图4 n（氟）：n（铁）：n（锰）对脱氟的影响

由图4看出：n（氟）：n（铁）：n（锰）=1：2：2时，氟脱除率最高96.9%。脱氟共沉淀时，FeF3和MnF2会形成难溶的混晶，单独的FeF3、MnF2会因溶液H+而返溶，影响脱氟效率。综合考虑，确定n（氟）：n（铁）：n（锰）以1：2：2为宜。

2.2.2 脱氟反应时间对脱氟的影响

浸出液体积500mL，加入Mn2+溶液，温度60℃，n（氟）：n（铁）：n（锰）=1：2：2，终点pH=4.5。脱氟反应时间对脱氟的影响试验结果如图5所示。

图5 脱氟反应时间对脱氟的影响

由图5看出：随反应时间延长，氟脱除率提高，50 min时脱除率最高为96.8%。反应超过50 min，共沉淀混晶出现少量溶解。综合考虑，确定脱氟反应时间以50min为宜。

2.2.3 体系pH对脱氟的影响

浸出液体积500mL，加入Mn2+溶液，温度60℃，n（氟）：n（铁）：n（锰）=1：2：2，反应时间50min。溶液pH对脱氟的影响试验结果如图6所示。

图6 体系pH对脱氟的影响

由图6看出：随体系pH升高，氟脱除率提高；pH=4.5时，氟脱除率96.8%，之后变化不大。体系pH过低混晶会返溶，过高会增加碱的使用量。综合考虑，确定体系pH以4.5为宜。

2.3 综合试验

根据单因素试验结果进行综合试验。浸出：烟灰质量500g，加入过硫酸钠40g，时间40min，体系pH=1.0，温度60℃；脱氟：浸出液体积500mL，加入Mn2+溶液，温度60℃，n（氟）：n（铁）：n（锰）=1：2：2，体系pH=4.5。结果表明，锌浸出率98.2%、氟浸出率50.5%；溶液中氟脱除率96.7%，脱氟后液氟质量浓度低于20mg/L，达到要求。

3 结论

采用氧化浸出及共沉淀脱氟工艺从炼钢烧结炉含锌烟灰中回收锌是可行的锌浸出率98.2%，氟浸出率50.5%；脱氟后，溶液中氟质量浓度低于20mg/L，达到电积锌要求；酸浸渣中铅富集到18.5%，可送炼铅。