热镀锌渣中浸渣硫酸浸出锌的工艺研究.pdf

热镀锌渣中浸渣硫酸浸出锌的工艺研究 ① 伍永国1，2，3， 颜文斌1，2，3， 刘海宇1，2，3， 李红湘1，2，3， 陈蓝艳1，2，3 （1.吉首大学 化学化工学院，湖南 吉首 416000； 2.矿物清洁生产与绿色功能材料开发湖南省重点实验室，湖南 吉首 416000； 3.化学国家级实验教学 示范中心（吉首大学），湖南 吉首 416000） 摘 要 以锌含量为 17.22％的热镀锌渣中浸渣为原料，在水热反应釜中以硫酸为浸出剂浸出其中锌。 结果表明，最佳浸出条件为 硫酸体积浓度 15％、浸出温度 180 ℃、液固比 6∶1、浸出时间 8 h，此条件下锌浸出率可达到 99.71％；浸渣主要成分为硫酸铝盐和硫 酸钙。 关键词 热镀锌渣； 中浸渣； 铝酸锌； 硫酸； 浸出； 锌 中图分类号 X751；TQ09文献标识码 Adoi10.3969／ j.issn.0253－6099.2020.04.026 文章编号 0253－6099（2020）04－0103－03 Sulfuric Acid Leaching of Zinc from Residue After Neutral Leaching of Hot Dip Galvanization Slag WU Yong-guo1，2，3， YAN Wen-bin1，2，3， LIU Hai-yu1，2，3， LI Hong-xiang1，2，3， CHEN Lan-yan1，2，3 （1.College of Chemistry and Chemical Engineering， Jishou University， Jishou 416000， Hunan， China； 2.Key Laboratory of Mineral Cleaner Production and Exploit of Green Functional Materials in Hunan Province， Jishou 416000， Hunan， China； 3.National Demonstration Center for Experimental Chemistry Education （Jishou University）， Jishou 416000， Hunan， China） Abstract The residue containing 17.22％ Zn obtained from neutral leaching of hot dip galvanization slag was taken as raw material and leached with sulfuric acid as the leaching agent in a hydrothermal autoclave reactor. It is shown that the leaching reaction at the temperature of 180 ℃ for 8 h， with the sulfuric acid at a volume concentration of 15％ and liquid-solid ratio of 6 ∶1， resulted in the final leaching rate of zinc up to 99.71％ and the obtained leaching residue predominately composed of aluminum sulfate and calcium sulfate. Key words hot-dip galvanization slag； neutral leaching residue； zinc aluminate； sulfuric acid； leaching； zinc 热镀锌渣是钢铁厂钢铁镀锌过程中产生的 Zn、O、 Fe、Al 的复杂化合物浮渣［1－2］，其中锌含量通常高达 94％～ 96％，是一种回收价值较高的二次锌资源［3］。 热镀锌渣经中性浸出后，其中的氧化锌基本浸出，但仍 有 20％左右的锌未浸出。 一般锌冶炼中浸渣中锌主 要为铁酸锌和铝酸锌，常规湿法浸出锌的浸出率低于 90％［4－7］。 火法工艺存在能耗高、设备维护耗费大等 缺点［8－10］。 故锌冶炼中浸渣通常作为水泥厂制水泥的 原料或者堆放处理，造成环境污染和锌资源的浪 费［11－12］。 为实现锌渣的综合利用，本文采用硫酸浸出 法处理热镀锌渣中浸渣。 1 实 验 1.1 实验原料 热镀锌渣中浸渣取自于湖南怀化某企业，主要化 学成分见表 1，XRD 物相分析结果见图 1。 中浸渣锌 含量为 17.22％，其他主要元素为铝、铁和钙，主要物相 表 1 中浸渣主要化学成分（质量分数） ／ ％ ZnAlFeCaPbS 17.2215.727.567.301.121.04 ①收稿日期 2020－02－27 基金项目 2018 年（吉首大学）研究生科研创新实验项目（JGY201850） 作者简介 伍永国（1994－），男，湖南龙山人，硕士研究生，主要从事湿法冶金方向研究。 通讯作者 颜文斌（1965－），男，湖南邵阳人，教授，主要从事湿法冶金和无机功能材料方向研究。 第 40 卷第 4 期 2020 年 08 月 矿矿 冶冶 工工 程程 MINING AND METALLURGICAL ENGINEERING Vol.40 №4 August 2020 3020104050608070 2 / θ Fe2O3 ZnAl2O4 ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ 图 1 中浸渣 XRD 图谱 为 ZnAl2O4和 Fe2O3，锌主要以铝酸锌的形式存在，属 于难浸出渣。 1.2 实验仪器与试剂 实验仪器包括 JTXJ-PPL 水热压反应釜（东台市 吉泰不锈钢制品厂）、X-射线衍射仪（Y-2000 型，丹东 奥龙射线仪器公司）、SHB-III 循环水真空泵（郑州长 城科工贸有限公司）和手持式 X 荧光分析仪（天瑞仪 器有限公司）。 实验试剂为 98％浓硫酸。 1.3 实验方法 将烘干的浸出渣经研磨后，称取 10 g 样品，按一 定的液固比加入配置好的硫酸溶液，放置在水热反应 釜中，用鼓风干燥箱进行加热，浸出一定时间后取出， 抽滤，将滤渣烘干、称重。 采用国家标准法［13］测定浸 出渣中的锌含量。 2 结果与讨论 2.1 硫酸浓度对浸出的影响 由于铝酸锌在常温酸性条件下难以溶解，故选择 在温度 160 ℃、浸出时间 4 h、液固比 6 ∶1（mL／ g）的条 件下进行硫酸体积浓度条件实验，结果如图 2 所示。 由图 2 可知，锌浸出率随硫酸浓度增加而升高，硫酸浓 度达到 12.5％时，浸出率升高明显，硫酸浓度大于 15％ 后，锌浸出率增速减缓。综合考虑，选择合适的硫酸体 硫酸浓度／ ■ ■ ■ ■ ■ ■ 100 90 80 70 60 505 10152025 锌浸出率／ 图 2 硫酸浓度对锌浸出率的影响 积浓度为 15％。 2.2 反应时间对浸出的影响 硫酸浓度 15％，其他条件不变，反应时间对锌浸 出的影响如图 3 所示。 由图 3 可知，随着浸出时间增 加，锌浸出率迅速增高，当时间达到 6 h 后，随着反应 的不断进行，硫酸浓度不断降低，浸出率增长缓慢。 故 选择浸出时间为 6 h，此时锌浸出率为 96.78％。 反应时间／h ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ 100 90 80 70 60 501 3426589710 锌浸出率／ 图 3 反应时间对锌浸出率的影响 2.3 温度对浸出的影响 浸出时间 6 h，其他条件不变，温度对浸出的影响 如图 4 所示。 由图 4 可知，锌浸出率随温度升高而增 高。 温度达到 160 ℃后继续升温，锌浸出率增幅不大。 故选择浸出温度为 160 ℃。 浸出温度／℃ ■ ■ ■ ■ ■ 100 90 80 70 60 50 130140160150170180190 锌浸出率／ 图 4 温度对锌浸出率的影响 2.4 液固比对浸出的影响 浸出温度 160 ℃，其他条件不变，液固比对浸出的 影响如图 5 所示。 由图 5 可知，随着液固比增加，锌 浸出率逐渐升高。 在液固比 6 ∶1时，锌浸出率达到 96.88％。 2.5 正交实验 根据单因素实验结果，选定在液固比 6 ∶1的条件 进行 3 因素 3 水平正交实验，分析浸出时间、温度和硫 酸浓度对锌浸出率的影响。 正交实验因素水平见表 2， 实验结果见表 3。 401矿 冶 工 程第 40 卷 液固比 ■ ■ ■ ■ ■ 100 90 80 70 60 50 锌浸出率／ 2 13 14 15 16 1 图 5 液固比对锌浸出率的影响 表 2 L9（33）正交实验表 水平A（浸出温度） ／ ℃B（浸出时间） ／ hC（硫酸浓度） ／ ％ 1160610 2170712.5 3180815 表 3 正交实验结果 序号ABC浸出率／ ％ 111178.05 212282.30 313398.66 421296.05 522398.05 623197.01 731399.71 832196.64 933298.98 均值 186.3491.2790.57 均值 297.0492.3392.44 均值 398.4498.2298.81 极差1.41.068.24 由表 3 可知，各因素对锌浸出率的影响由小到大 依次为浸出时间＜浸出温度＜硫酸浓度，最优的浸出 条件为 A3B1C3，即浸出时间 6 h，温度 180 ℃，硫酸浓 度 15％，液固比 6∶1，该条件下锌浸出率达到 99.71％。 2.6 浸出渣分析 对最优条件下所得浸出渣进行元素分析和物相检 测，结果分别见表 4 和图 6。 由表 4 和图 6 可知，浸出 渣中主要元素为 Al 和 S，主要物相为（H3O）Al3（SO4）2- （OH）6和 CaSO4，未见铝酸锌的峰，说明铝酸锌被完全 分解，锌被溶出，铝以硫酸盐的形式进入渣中。 表 4 浸出渣中主要元素含量（质量分数） ／ ％ SAlFePbCaCu 12.7014.205.281.851.120.14 3020104050608070 2 / θ H3OAl3SO42OH6 CaSO4 ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ 图 6 浸出渣 XRD 图谱 3 结 论 1） 热镀锌渣中浸渣的主要物相为铝酸锌和氧化 铁，锌以铝酸锌的形式存在。 2） 在硫酸浓度 15％、温度 180 ℃、浸出时间 6 h、 液固比 6∶1的条件下，锌浸出率达到 99.71％，解决了 常温下铝酸锌渣浸出率低、过滤难的问题，可实现锌资 源的充分利用。 参考文献 ［1］ 袁训华，何明奕，王胜民，等. 热镀锌渣的形成原因及回收工艺［J］. 云南冶金， 2007，36（1）32－35. ［2］ 周英伟，高 波. 热镀锌渣回收利用工艺研究进展［J］. 表面技 术， 2017，46（10）91－98. ［3］ 黄孟阳，邓志敢，李兴彬，等. 热镀锌渣综合回收锌的工艺研究进 展及新工艺［J］. 矿冶， 2019，28（4）70－74. ［4］ 华一新. 有色冶金概论（第 3 版）［M］. 北京冶金工业出版社， 2014. ［5］ 徐 辉，颜文斌，张传宝，等. 从冶锌酸浸渣中回收铅、锌的工艺研 究［J］. 矿冶工程， 2012，32（6）78－81. ［6］ Havlk T， Souza B V， Bernardes A M， et al. 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