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转炉烟灰高效浸出铟的工艺研究 ① 邬建辉１， 罗妹妹１， 张光华２， 董俊龙２， 马丽君２， 白建林２， 张 雨２， 冯 黎２ （１．中南大学 冶金与环境学院，湖南 长沙 ４１００８３； ２．中条山有色金属集团有限公司 计量检验部，山西 运城 ０４３７００） 摘 要 以某公司复杂含铟转炉烟灰为原料，采用氧化酸浸工艺浸出其中铟，考察了硫酸酸度、液固比、浸出温度、反应时间、双氧水 添加量等因素对铟浸出效果的影响。 结果表明，在初始硫酸浓度 ３．０ ｍｏｌ／ Ｌ、液固比 ６∶１、浸出温度 ９０ ℃、浸出时间 ４ ｈ、氧化剂 Ｈ２Ｏ２ 加入量 ０．８ ｍＬ／ ｇ 条件下进行氧化酸浸，铟浸出率达到 ９４％以上，实现了铟的高效浸出。 关键词 转炉烟灰； 氧化酸浸； 铟 中图分类号 ＴＦ８４３．１文献标识码 Ａｄｏｉ１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－６０９９．２０１６．０６．０２３ 文章编号 ０２５３－６０９９（２０１６）０６－００９１－０３ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｌｅａｃｈｉｎｇ Ｉｎｄｉｕｍ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙ ｆｒｏｍ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ Ｄｕｓｔ ＷＵ Ｊｉａｎ⁃ｈｕｉ１， ＬＵＯ Ｍｅｉ⁃ｍｅｉ１， ＺＨＡＮＧ Ｇｕａｎｇ⁃ｈｕａ２， ＤＯＮＧ Ｊｕｎ⁃ｌｏｎｇ２， ＭＡ Ｌｉ⁃ｊｕｎ２， ＢＡＩ Ｊｉａｎ⁃ｌｉｎ２， ＺＨＡＮＧ Ｙｕ２， ＦＥＮＧ Ｌｉ２ （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ， Ｃｅｎｔｒａｌ Ｓｏｕｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００８３， Ｈｕｎａｎ， Ｃｈｉｎａ； ２．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ， Ｚｈｏｎｇｔｉａｏｓｈａｎ Ｎｏｎｆｅｒｒｏｕｓ Ｍｅｔａｌ Ｇｒｏｕｐ Ｌｉｍｉｔｅｄ， Ｙｕｎｃｈｅｎｇ ０４３７００， Ｓｈａｎｘｉ， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｄｕｓｔ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｉｎｄｉｕｍ ｗａｓ ｔａｋｅｎ ａｓ ｒａｗ ｍａｔｅｒｉａｌ ｉｎ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｆｏｒ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｉｎｄｉｕｍ ｂｙ ｏｘｉｄａｔｉｖｅ ａｃｉｄ ｌｅａｃｈｉｎｇ， ａｎｄ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ Ｈ２ＳＯ４ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ， ｌｉｑｕｉｄ／ ｓｏｌｉｄ ｒａｔｉｏ， ｌｅａｃｈｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ， ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｏｆ Ｈ２Ｏ２ｏｎ ｉｎｄｉｕｍ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｒａｔｅ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ． Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ， ｗｉｔｈ Ｈ２ＳＯ４ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ａｔ ３．０ ｍｏｌ／ Ｌ， ｌｉｑｕｉｄ／ ｓｏｌｉｄ ｒａｔｉｏ ｏｆ ６∶１， ｌｅａｃｈｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｔ ９０ ℃， ｌｅａｃｈｉｎｇ ｔｉｍｅ ｏｆ ４ ｈ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｏｓａｇｅ ｏｆ Ｈ２Ｏ２ａｓ ０．８ ｍＬ／ ｇ， ｔｈｅ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｒａｔｅ ｏｆ ｉｎｄｉｕｍ ｒｅａｃｈｅｄ ｏｖｅｒ ９４％， ｌｅａｄｉｎｇ ｔｏ ａｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｏｆ ｉｎｄｉｕｍ ｆｒｏｍ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｄｕｓｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｄｕｓｔ； ｏｘｉｄａｔｉｖｅ ａｃｉｄ ｌｅａｃｈｉｎｇ； ｉｎｄｉｕｍ 铟（Ｉｎ）是一种独特的稀散金属，具有熔点低、沸点 高、传导性好等特点。 工业上利用其优越的物理和化 学性能进行某些特性材料的生产，如 ＩＴＯ 薄膜材料、荧 光材料、半导体材料和易熔合金等［１－２］。 铟在地壳中 没有独立的矿床，通常伴生于闪锌矿等硫化物中［３］。 目前铟的生产原料主要是铜、锌、锡等冶炼过程中产生 的烟灰、烟尘、废渣等［４－５］。 鉴于铟的富集难度大以及 铟的提取受原料影响较大，铟的浸出成为影响铟提取 的重要环节［６－１１］。 目前，广泛采用的浸出工艺有常规 酸浸［１２］、热活化浸出［１３］、氧压浸出［１４］等。 本文研究的含铟转炉烟灰成分复杂，采用常规硫 酸浸出工艺时铟浸出率只有 ７１．５６％，难以实现铟的高 效回收。 故对该含铟转炉烟灰进行了氧化酸浸工艺 研究。 １ 实 验 １．１ 原 料 原料为国内某公司转炉烟灰，主要成分见表 １，物 相组成见表 ２。 表 １ 转炉烟灰主要化学组成（质量分数） ／ ％ ＣｕＡｓＣｄＰｂＢｉＺｎＩｎ１）Ａｇ１） ４．１１１．６５０．５７３２２．１１６．８３１１．０１３５５２１８ １） 单位为 ｇ／ ｔ。 表 ２ 转炉烟灰中铟的物相组成／ ％ Ｉｎ２Ｏ３Ｉｎ２Ｓ３Ｉｎ２（ＳＯ４）３其他 ６３．４２２．５１２．７１．４ １．２ 实验设备与试剂 实验设备ＳＣ－１５Ｂ 恒温水浴锅，ＧＺＸ－９０７０ ＭＢＥ 鼓风干燥箱，ＰＢ３０３－Ｎ 电子天平，Ｍｏｌａａｔｏｍ １８１０ａ 摩尔 原子纯水机，ＳＨＺ－Ｄ（Ⅲ）循环水真空泵，Ｄｅｌｔａ ３２０－Ｓ ｐＨ 测试仪。 实验试剂９８％浓硫酸，双氧水 Ｈ２Ｏ２（分析纯），自 来水。 ①收稿日期 ２０１６－０５－１０ 作者简介 邬建辉（１９６６－），男，湖南益阳人，副教授，博士，主要从事难冶与二次资源的高效利用以及特种粉体材料的制备研究。 第 ３６ 卷第 ６ 期 ２０１６ 年 １２ 月 矿矿 冶冶 工工 程程 ＭＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏｌ．３６ №６ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２０１６ 万方数据 １．３ 实验原理 使用硫酸作浸出剂，通过 Ｈ２Ｏ２（３０％） 的氧化作 用，使烟灰中的铟浸入溶液，主要反应如下 Ｉｎ２Ｏ３＋ ３Ｈ２ＳＯ４􀪅􀪅Ｉｎ２（ＳＯ４）３＋ ３Ｈ２Ｏ（１） Ｉｎ２Ｓ３不溶于稀硫酸，有 Ｈ２Ｏ２存在时，会发生如下 反应 Ｉｎ２Ｓ３＋ ３Ｈ２ＳＯ４＋ ９Ｈ２Ｏ２􀪅􀪅 Ｉｎ２（ＳＯ４）３＋ ３ＳＯ２↑ ＋ １２Ｈ２Ｏ（２） 烟灰中砷主要以 Ａｓ２Ｏ３的形态存在，有 Ｈ２Ｏ２存在 时，Ａｓ２Ｏ３能够被硫酸溶解进入溶液。 主要反应如下 Ａｓ２Ｏ３＋ ２Ｈ２Ｏ２ ＋ Ｈ ２Ｏ􀪅􀪅２Ｈ３ＡｓＯ４ （３） 铅大部分以 ＰｂＳＯ４形态存在，少部分以 ＰｂＯ 的形 态存在。 Ｐｂ 与硫酸反应生成难溶的硫酸盐，进入渣 中，反应如下 ＰｂＯ ＋ Ｈ２ＳＯ４􀪅􀪅ＰｂＳＯ４↓ ＋ Ｈ２Ｏ（４） 铋主要以氧化铋形式存在，不易与硫酸反应，大部 分进入渣中。 铜、锌、镉等金属元素绝大部分以硫酸盐 的形态存在，极少部分以氧化物形态存在于烟灰中并 与硫酸参加反应生成可溶性的硫酸盐进入溶液。 １．４ 实验方法 采取硫酸氧化浸出工艺，具体方法向三口烧瓶中 按一定液固比加入原料和硫酸溶液，同时加入一定量 的 Ｈ２Ｏ２氧化剂，放于恒温水浴锅中。 在 ３００ ｒ／ ｍｉｎ 搅 拌速度下加热到适当温度，一定时间后反应结束，使用 循环真空泵进行抽滤，检测滤液中铟离子含量并计算 铟浸出率。 ２ 实验结果及讨论 ２．１ 硫酸浓度对铟浸出率的影响 控制液固比 ６ ∶１、浸出温度 ９０ ℃、反应时间 ４ ｈ、 不加入 Ｈ２Ｏ２条件下，硫酸浓度对浸出效果的影响如 图 １ 所示。 由图 １ 可知，铟浸出率随着硫酸浓度增加 而提高。 当硫酸浓度达到 ３ ｍｏｌ／ Ｌ 后，再增加硫酸浓 度，铟浸出率基本维持不变，故采用硫酸浓度 ３ ｍｏｌ／ Ｌ 进行后续实验。 4,      100 95 90 85 80 1*5 30405060708090100 图 ３ 浸出温度对浸出效果的影响 ２．４ 浸出时间对铟浸出率的影响 控制酸度 ３ ｍｏｌ／ Ｌ、液固比 ６ ∶１、浸出温度 ９０ ℃、 不加入 Ｈ２Ｏ２条件下，浸出时间对浸出效果的影响如 图 ４ 所示。 由图 ４ 可知，铟浸出率随时间延长而提高， 当浸出时间达到 ４ ｈ 后，继续延长浸出时间，铟浸出率 ２９矿 冶 工 程第 ３６ 卷 万方数据 基本维持不变，故采用浸出时间 ４ ｈ 进行后续实验。 1*;0h     100 95 90 85 80 1*5 12345 图 ４ 浸出时间对浸出效果的影响 ２．５ Ｈ２Ｏ２加入量对铟浸出率的影响 控制酸度 ３ ｍｏｌ／ Ｌ、液固比 ６ ∶１、浸出温度 ９０ ℃、 反应时间 ４ ｈ，Ｈ２Ｏ２用量对铟浸出效果的影响如图 ５ 所示。 由图 ５ 可知，铟浸出率随 Ｈ２Ｏ２加入量增大而提 高。 这是由于在不添加 Ｈ２Ｏ２时，烟灰中 Ｉｎ２Ｓ３难以浸 出，在添加 Ｈ２Ｏ２后，Ｉｎ２Ｓ３能被氧化浸出，提高铟浸出 率。 考虑到生产成本，Ｈ２Ｏ２加入量以 ０．８ ｍＬ／ ｇ 为宜。 H2O2094mL g-1       100 95 90 85 80 1*5 0.00.20.40.60.81.0 图 ５ Ｈ２Ｏ２加入量对浸出效果的影响 ２．６ 优化条件实验 根据上述单因素条件实验确定氧化酸浸最佳条件 为硫酸浓度 ３．０ ｍｏｌ／ Ｌ，液固比 ６ ∶１，浸出温度 ９０ ℃， 浸出时间 ４ ｈ，Ｈ２Ｏ２加入量 ０．８ ｍＬ／ ｇ。 在此最佳实验 条件下，进行了 ３ 次重复验证实验，结果见表 ３。 表 ３ 验证实验结果 实验编号铟浸出率／ ％ １９４．６５ ２９５．１８ ３９４．８２ 平均值９４．８８ 验证实验结果表明，在最佳条件下氧化酸浸，铟浸 出率为９４％以上，说明添加Ｈ２Ｏ２作氧化剂，铟浸出率效 果很好。 最佳条件下烟灰中主要物质的浸出率见表 ４。 表 ４ 转炉烟灰主要物质浸出率／ ％ ＣｕＡｓＣｄＰｂＢｉＺｎＩｎＡｇ ９９．８２７３．４８９４．５７０．２９２６．５３９９．７７９４．８８０．００１ ３ 结 论 １） 在硫酸浓度 ３．０ ｍｏｌ／ Ｌ、液固比 ６ ∶１、浸出温度 ９０ ℃、浸出时间 ４ ｈ、氧化剂 Ｈ２Ｏ２加入量 ０．８ ｍＬ／ ｇ 的 条件下进行氧化酸浸，铟浸出率达到 ９４％以上。 ２） 采用氧化酸浸工艺处理该复杂烟灰，Ｃｕ、Ｃｄ、 Ｚｎ 绝大部分浸入溶液，Ｂｉ 少部分浸入溶液，Ｐｂ、Ａｇ 几 乎不浸入溶液，实现了复杂转炉烟灰铟的高效浸出， 铅、银富集于浸出渣中。 参考文献 ［１］ 王顺昌，齐守智． 铟的资源、应用和市场［Ｊ］． 世界有色金属， ２０００ （１２）２２－２４． ［２］ 侬健桃，黄 瀚． ＩＴＯ 废靶回收再生技术［Ｊ］． 中国资源综合利用， ２００５（２）１４－１６． ［３］ 周令治． 中国冶金百科全书有色金属冶金［Ｍ］． 北京冶金工 业出版社， １９９９． ［４］ 张琳叶，孙 勇，刘晓彬，等． 微波强化浸出含铟锌浸渣中铟的非 等温动力研究［Ｊ］． 矿冶工程， ２０１４，３１（２）２３－２５． ［５］ 谢美华． 从还原挥发氧化锌烟尘中提锌、铟工艺研究［Ｊ］． 矿冶工 程， ２００８，２８（２）６３－６５． ［６］ 李爱秋． 湿法炼锌过程中铟的回收［Ｊ］． 工程设计与研究， １９９５ （１）１７－２３． ［７］ 蒋新宇，周春山． 提高某厂铅烟灰铟浸出率的研究［Ｊ］． 稀有金属 与硬质合金， ２００１（３）１７－１９． ［８］ 谈应顺，廖佳乐． 锌精馏炉浮渣提铟研究［Ｊ］． 湖南有色金属， ２００７，２３（１）２５－２６． ［９］ 鲁君乐，唐莫堂，晏德生，等． 从含铟低的复杂锑铅精矿中富集铟 ［Ｊ］． 湖南有色金属， １９９４，１０（５）２９８－３０１． ［１０］ 吴成春． 在密闭鼓风炉熔炼过程中锗铟的富集及综合回收［Ｊ］． 广东有色金属学报， ２００１（２）３４－３５． ［１１］ 邬建辉，刘 刚，苏 涛，等． 复杂烟尘高效浸出铟的工艺研究 ［Ｊ］． 矿冶工程， ２０１５，３５（５）９５－９８． ［１２］ 关鲁雄，雷坚志，郑有材，等． 铜冶炼厂低铟烟尘中浸取有价金属 的研究［Ｊ］． 稀有金属， ２００８，３２（１）８８－９３． ［１３］ 胡一平，刘志宏，李启厚，等． 含铟转炉渣的热活化浸出［Ｊ］． 江 西冶金， 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