用硫酸从转底炉粗锌粉中浸出锌

张耀辉，于 洋，刘自民，饶 磊，马孟臣，桂满城，郁 雷

(马鞍山钢铁股份有限公司，安徽 马鞍山 243000)

炼钢产生的含锌尘泥是一种重要的锌再生资源，主要来源于烧结、球团、高炉、转(电)炉等工序。锌含量低(w(Zn)<1.0%)的尘泥可返回烧结循环利用，而锌含量高的用于烧结会影响烧结矿质量和高炉操作。目前，国内锌含量高的冶金尘泥通常采用转底炉[1-7]、回转窑[8]等工艺处理，使锌进一步富集为粗锌粉并作为锌冶炼原料。

目前，有关从转底炉、回转窑等工艺产生的粗锌粉中提取锌的研究报道很少。试验研究了用硫酸从转底炉粗锌粉中浸出锌，以期为转底炉粗锌粉的高效治理提供一种可供选择的方法。

1 试验部分

1.1 试验原料与试剂

转底炉粗锌粉(布袋除尘灰)的主要化学成分见表1，粒度分析结果见表2，XRD分析结果如图1所示。可以看出：转底炉粗锌粉中，锌主要以氧化锌(ZnO)、硅酸锌(Zn2SiO4)及铁酸锌(ZnFe2O4)形式存在，其中ZnFe2O4含量极低。

表1 转底炉粗锌粉的主要化学成分 %

表2 底炉粗锌粉的粒径分析结果 %

图1 粗锌粉原料的XRD图谱

ZnO、Zn2SiO4易与硫酸反应而被浸出；ZnFe2O4难溶于硫酸，需要控制硫酸浓度和温度提高其浸出率[9-16]。

主要试剂：乙二胺四乙酸二钠，上海振起化学有限公司；六次甲基四胺、酚酞、二甲酚橙、甲基橙，国药集团化学试剂有限公司；硫酸，溧阳市东方化学有限公司。均为分析纯。

1.2 试验仪器与设备

722S分光光度计，上海精密科学仪器有限公司；WFX-310原子吸收分光光度计，北京瑞利分析仪器有限公司；酸碱度氧化在线分析仪及在线pH计，杭州美控自动化技术有限公司；恒温水浴箱，海方瑞仪器有限公司；磁力加热搅拌器，国华电器有限公司；电子天平EL104，梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司。

1.3 试验原理与方法

转底炉粗锌粉为1 200 ℃下的挥发烟尘，粉状颗粒，粒度-200目占比约78%，其中大部分锌化合物易与硫酸反应。粗锌粉中还含有少量铁，在锌浸出同时也会被浸出，成为浸出液中的杂质。一定条件下的化学反应如下：

(1)

(2)

(3)

Fe2(SO4)3+4H2O；

(4)

(5)

充分反应后，锌进入浸出液，铅转化为沉淀，从而实现锌与铅的分离。

反应在三口烧瓶中进行。首先加入一定量硫酸溶液，磁力搅拌同时加热，至设定温度后再加入粗锌粉，反应一定时间后过滤得浸出液。

用EDTA 滴定法检测浸出液中锌浓度，用紫外可见分光光度法测定浸出液中铁浓度，计算锌、铁浸出率。

2 试验结果与讨论

2.1 硫酸质量浓度对锌、铁浸出率的影响

在固液质量体积比1/5、温度50 ℃、搅拌速度400 r/min、浸出时间1.5 h条件下，硫酸质量浓度对锌、铁浸出率的影响试验结果如图2所示。

图2 硫酸质量浓度对锌、铁浸出率的影响

由图2看出：随硫酸质量浓度升高，锌、铁浸出率升高。粗锌粉为粉状颗粒，粒度细小，比表面积很大，与硫酸的反应速度非常快，消耗硫酸，所以硫酸质量浓度越高，锌浸出率越高。硫酸质量浓度增至230 g/L后，锌浸出率变化不大，为95%左右。粗锌粉中小部分锌以ZnFe2O4形式存在，硫酸质量浓度过高时也会溶解这部分物质，使得铁被浸出。粗锌粉中少量Zn2SiO4也会与硫酸反应生产硅酸，形成难以过滤的硅凝胶，导致后续除铁成本加大。综合考虑，确定硫酸质量浓度以230 g/L为宜。

2.2 温度对锌、铁浸出率的影响

在硫酸质量浓度230 g/L、固液质量体积比1/5、搅拌速度400 r/min、浸出时间1.5 h条件下，温度对锌、铁浸出率的影响试验结果如图3所示。

图3 温度对锌、铁浸出率的影响

由图3看出：随温度升高，锌、铁浸出率均升高。随温度升高，粗锌粉中各物质溶解度增大，分子运动速度加快，从而使反应速度加快，有利于锌、铁浸出。35 ℃后，锌浸出率变化不大，而铁浸出率继续升高，大量铁被浸出。综合考虑，确定温度以35 ℃为宜。

2.3 固液质量体积比对锌、铁浸出率的影响

在硫酸质量浓度230 g/L、温度35 ℃、搅拌速度400 r/min、浸出时间1.5 h条件下，固液质量体积比对锌、铁浸出率的影响试验结果如图4所示。可以看出：随固液质量体积比在1/3～1/4之间降低，锌、铁浸出率均升高；固液质量体积比降至1/4后，锌浸出率达最高，而铁浸出率仍升高；至固液质量比为降至1/5后，铁浸出率快速下降。固液质量体积比降低，浸出液黏度减小，浸出液中各物质的分散性增强，有利于接触反应进行，提高锌、铁浸出率。但在实际生产中，固液质量体积比减小则浸出设备容积增大，投资增加。综合考虑，确定固液体积质量比以1/4为宜。

图4 固液质量体积比对锌、铁浸出率的影响

2.4 浸出时间对锌、铁浸出率的影响

在硫酸质量浓度230 g/L、温度35 ℃、固液质量体积比1/4、搅拌速度400 r/min条件下，浸出时间对锌、铁浸出率的影响试验结果如图5所示。

图5 浸出时间对锌、铁浸出率的影响

由图5看出：随浸出时间延长，锌、铁浸出率均明显升高。超过80 min后，锌浸出率提高幅度较小。粗锌粉为颗粒状，硫酸到达其颗粒内需要一定时间，所以随时间延长，反应进行得更充分，锌、铁浸出率升高；但由于颗粒粒径很小，比表面积很大，反应已进行得较完全，再延长反应时间，锌浸出率提高幅度有限。综合考虑，确定浸出时间以80 min为宜。

2.5 搅拌速度对锌、铁浸出率的影响

在浸出时间80 min、硫酸质量浓度230 g/L、温度35 ℃、固液质量体积比为1/4条件下，搅拌速度对锌、铁浸出率的影响试验结果如图6所示。

图6 搅拌速度对锌、铁浸出率的影响

由图6看出：随搅拌速度增大，锌、铁浸出率均升高；搅拌速度增至400 r/min时，二者浸出率均达最大；之后，锌浸出率变化不大，而铁浸出率快速降低。增大搅拌速度能够增加粗锌粉颗粒与硫酸的接触概率、加快分子运动速度，从而促进锌、铁浸出反应；但搅拌速度过大易导致浸出液浆体飞溅。综合考虑，确定搅拌速度以400 r/min为宜。

3 结论

转底炉粗锌粉中含有大量ZnO，可以用硫酸浸出。适宜条件下，锌浸出率可达95%以上，浸出效果较好。此方法简单易操作，可用于从相关物料中回收有价金属。