机械活化铅锌烟尘强化硫酸浸出的工艺研究.pdf

第3 4 卷第3 期 2 0 1 4 年0 6 月 矿冶工程 ⅣⅡN Ⅱq GA N DM 哐T A L L U R G I C A LE N G Ⅱq E E R 矾G V 0 1 ．3 4 №3 J u n e2 0 1 4 机械活化铅锌烟尘强化硫酸浸出的工艺研究① 孙红燕1 ，森维2 ，肖锐敏1 1 ．红河学院理学院，云南蒙自6 6 1 1 0 0 ；2 ．云南锡业股份有限公司，云南个旧6 6 1 0 0 0 摘要以含铅锌烟尘为原料，采用机械活化．硫酸浸出的湿法冶炼工艺分离铅锌烟尘中的金属铅及锌。着重研究了机械活化前后 不同的硫酸浓度、液固比、浸出温度、浸出时间等工艺条件对原料中z n 浸出率及P b 入渣率的影响。实验结果表明，机械活化前， H S 0 。直接浸出铅锌烟尘的最佳工艺参数为H S 0 。浓度1 7 5g ／L 、液固比7 1 、浸出温度6 0 ℃、浸出时间6 0m i n 。在最佳工艺条件 下，z n 浸出率达9 2 ．4 7 ％，P b 入渣率为9 0 ．3 0 ％。原料机械活化3 0 m i n 后，最佳工艺条件变为H s 0 。溶液浓度1 5 0g ／L 、液固比5 1 、 浸出温度5 0 ℃、浸出时间4 0m i n 。此时z n 浸出率达9 1 ．5 2 ％及P b 人渣率为9 5 ．3 6 ％。机械活化后铅锌烟尘的z n 浸出率及P b 入渣 率对H s 0 。溶液浓度、液固比、浸出温度、浸出时间的依赖性明显降低。 关键词铅锌烟尘；机械活化；硫酸浸出；浸出率；铅入渣率 中图分类号T F 8 1 2 文献标识码A d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．0 2 5 3 6 0 9 9 ．2 0 1 4 ．0 3 ．0 2 6 文章编号0 2 5 3 ～6 0 9 9 2 0 1 4 0 3 0 0 9 7 0 3 S t u d yo nE f f e c to fM e c h a l l i c a lA c t i v a t i o no nS u m l r i cA c i dL e a c h i n g o fL e a d ．Z i n cF 岫e S U NH o n g y a n l ，S E NW e i 2 ，X I A OR u i m i n l 1 ．c o Z Z e g eQ 厂S c 抬舵e ，舶几曲e ‰讹瑙渺，讹n 鲥6 6 1 1 0 0 ，沌n 耽n ，C h i M ；2 ．沌凡船n 死nc o 唧ⅡⅣ厶m i ￡e d ，G 咖M 6 6 1 0 0 0 ，玩胍口n ，吼讯Ⅱ A b s t r a c t A ne x p e r i m e n t a ls t u d yw a sc o n d u c t e do nr e c o v e r i n gl e a d a n dz i n cf r o ml e a d z i n cf u m eb yu s i n gt h e h y d r o m e t a l l u 唱i c a lp r o c e s sc o n s i s t i n go fm e c h a n i c a la c t i v a t i o na n dd i r e c ts u h r i ca c i dl e a c h i n g ．T h ee c to fs u h d ca c i d c o n c e n t r a t i o n ，l i q u i d - s o l i dr a t i o ，l e a c h i n gt e m p e r a t u r ea n dl e a c h i n gt i m eb e f o r ea n da f t e rm e c h a n i c a la c t i V a t i o no nt h e l e a c h i n gm t eo fz i n ca sw e Ⅱa st h ec o n t e n to fl e a di n t ot h el e a c h i n gI ℃s i d u ew e r es t u d i e d ．R e s u l t ss h o w e dt h a tt h ed i r e c t s u h d ca c i dl e a c h i n go fl e a d z i n cf u m ew i t h o u tm e c h a n i c a la c t i v a t i o na tt h ef o l l o w i n go p t i m u mc o n d i t i o n sw i t ht h e c o n c e n t r a t i o no fH 2 S 0 4a t1 7 5g ／L ，t h el i q u i d s o l i dr a t i oo f7 1 ，a tat e m p e r a t u r eo f6 0 ℃f o ra b o u t6 0m i n s ，c o u l d r e s u l ti nt l l el e a c b i n gr a t eo fz i n cu pt 09 2 。4 7 ％a n d9 0 。3 0 ％o f1 e a di n t 0l e a c hr e s i d u e ．H o w e V e r ，a f t e r3 0 ‘m i n m e c h a n i c a la c t i v a t i o n ，t h el e a c h i n gp m c e s su n d e rt h eo p t i m u mc o n d i t i o n sw i t hH 2 S 0 4c o n c e n t r a t i o na t1 5 0 ∥L ，l i q u i d s o l i dr a t i oa t5 l ，a tat e m p e m t u r eo f5 0 ℃f o ra m u n d4 0m i n s ，c o u l dl e a dt ot l l el e a c h i n gm t eo fz i n ca t9 1 ．5 2 ％a n d 9 5 ．3 6 ％o fl e a di n t ot h el e a c hr e s i d u e ．I ti sf b u n dt h a tb o t hz i n cl e a c h i n gr a 上ea n dc o n c e n t I a t i o no fl e a di n t ot h el e a c h r e s i d u ea I ℃l e s sd e p e n d e n to nt h es u l f h r i ca c i dc o n c e n t r a t i o n ，l i q u i d s 0 1 i dm t i o ，l e a c h i n gt e m p e I ．a t u I ea n dl e a c h i n gt i m e a I t e rm e c h a n i c a la c t i v a t i o n ． K e yw o r d s l e a d z i n cf u m e ；m e c h a n i c a la c t i v a t i o n ； s u m l r i ca c i dl e a c h i n g ； l e a c h i n gr a t e ；c o n c e n t m t i o no fl e a di n t o 】e a c hr e s j d l 】e 我国铅锌冶炼行业发展速度很快，作为铅锌冶炼 的主要原料的方铅矿和闪锌矿资源日益贫乏，因此开 发利用二次资源，对含铅锌废料进行综合回收利用越 来越受到人们的广泛关注一1 。在奥斯麦特技术炼铅 的烟化段产出大量的铅锌烟尘，铅和锌的总含量高达 7 5 ％以上，同时含有少量的砷、锑和硫等有害元素，简 单堆放会带来环境污染。同时，铅锌烟尘是生产铅锌 产品的重要二次原料，对其进行合理的回收利用，将会 产生良好的经济效益和社会效益∞J 。近年来机械活 化在强化冶金过程中的作用逐渐得到了重视，在此过 程中人们发现，机械活化可提高矿物原料本身的反应 活性，使浸出速率和浸出率成倍地增加，并已成功运用 于多种有价金属的有效回收∞‘12 I 。 本文首次研究了机械活化对铅锌烟尘直接硫酸浸 ①收稿日期2 0 1 3 1 2 0 5 基金项目云南省教育厅科学研究基金项目 2 0 1 3 Y 0 6 8 作者简介孙红燕 1 9 8 3 一 ，女，河北邯郸人，讲师，硕士，主要从事有色金属二次资源综合回收利用研究。 万方数据 矿冶工程第3 4 卷 出的影响，研究了关键的技术参数对锌浸出率和铅人 渣率的影响，最后获得酸浸工艺最佳条件。 升温速率1 0K ／m i n ，温度范围为5 0 12 0 0 ℃，氮气流 速为6 0m L ／m i n ，观察铅锌烟尘的热稳定性。 1 实验2 实验结果与讨论 1 ．1 实验原料及预处理 实验原料来自云南某炼铅厂烟化段产生的铅锌烟 尘，主要元素成分如表1 所示。烟尘中的铅锌主要存 在物相是氧化铅和氧化锌。机械活化前将实验原料放 人鼓风干燥箱在8 0c C 条件下干燥5h ，然后用6 0 目 0 ．2 5m m 粒度筛筛分，取筛下料装入干燥器备用。 表1 原料的化学组成 质量分数 ／％ 1 ．2 实验步骤 1 ．2 ．1 机械活化 机械活化在x Q M 一0 ．4 L 变频行星 式球磨机 南京科析实验仪器研究所生产 中进行。 固定球料比为7 1 ，大球 直径2 4m m 和小球 直径 1 0m m 个数比为1 6 ，调转速为3 0 0r ／m i n ，原料球磨 3 0m i n 后取出，立即装入密封袋待用。 1 ．2 ．2 浸出实验硫酸浸出实验在玻璃仪器中进行， 用恒温磁力搅拌器控制试验温度和搅拌速率，用真空 抽滤装置分离浸出液和浸出渣。实验工艺流程如图1 所示。 沿锌炬H 、 待用物料 浸出液 硫酸锌溶液 厂 匝亟 滤液 硫酸铅固体 滤液 T 叵叵巫圈 图1 处理铅锌烟尘工艺流程 1 ．3 分析方法 锌的浸出率和铅的人渣率用E D T A 络合滴定法分 析；机械活化前后原料的显微结构采用扫描电镜 P h i l i p sx L 一3 0 E S E M 进行分析；铅锌烟尘的差热- 热 重性能采用z R Y 一2 P 型高温综合热分析仪测试，设定 2 ．1 机械活化对铅锌烟尘形貌的影响 图2 所示为机械活化前后铅锌烟尘的s E M 图像。 由图2 a 可知，原始烟尘是以结构比较密实的不规则 多边形大块为主体，小颗粒团聚在大颗粒里面，比表面 积很小，中位粒径很大。机械活化后使烟尘的形貌发 生了明显的改变，比表面积明显增大，中位粒径明显变 小，不规则的大块破裂，变得分散，表面开始粗糙化，颗 粒细密均匀，表面产生非晶态覆盖物及无定性态絮状 物 图2 b 。 图2 铅锌烟尘S E M 图像 a 机械活化前； b 机械活化3 0m i n 后 2 ．2 机械活化对烟尘热力学稳定性的影响 机械活化前后铅锌烟尘的T G 和D T A 曲线如图3 所示。如图3 可知，机械活化前的烟尘在升温初期质 量基本保持不变，但出现了一点波动，这可能是由于氮 气流速不稳定引起的，随着温度的升高开始出现质量 的损失，这是由于矿样失去吸附水造成的；8 0 0 ℃时有 一个明显的质量损失过程，这主要是由于烟尘中的某 些物相发生气化或分解。球磨前后烟尘的热重曲线有 相似的变化规律，但球磨后各阶段质量损失起始温度 左移，质量损失率有所增加。这说明机械活化会使铅 锌烟尘的热稳定性降低，反应活性提高，各阶段反应在 较低温度下即可进行。与质量损失相对应．未机械活 温度／℃ 图3 机械活化前后铅锌烟尘T G 和D T A 曲线 莘 万方数据 第3 期 孙红燕等机械活化铅锌烟尘强化硫酸浸出的工艺研究 化烟尘的差热曲线在2 0 0 ℃左右出现了一个吸热峰， 烟尘出现了相的转变，在8 0 0 ℃出现了一个吸热峰，此 时烟尘出现了挥发或者升华变化，这与T G 曲线正好 吻合。活化后的烟尘吸热峰值减小，表明活化过程中 伴随晶格结构的破坏。这也与粒度细化有关，粒度较 粗时，受热不均匀，使吸热谷的峰值偏高，随着烟尘粒 度的细化，产生的吸热谷峰值就会变小。 2 ．3 H S O 。浓度对锌浸出率及铅入渣率的影响 固定液固比为7 l ，浸出温度为6 0 ℃，浸出时间 为6 0m i n ，研究H s O 。浓度对机械活化前后铅锌烟尘 锌浸出率及铅入渣率的影响，如图4 所示。由图4 可 知，铅锌烟尘机械活化前后的锌浸出率及铅入渣率均 随H s O 。浓度的升高而升高。机械活化前，当硫酸浓 度为1 7 5 ∥L 时，z n 的浸出率为9 0 ．2 l ％，P b 的入渣率 为9 2 ．0 1 ％。经机械活化后当硫酸的浓度为1 5 0g ／L 时，锌的浸出率就达到9 4 ％，铅的入渣率达到9 6 ％，此 时z n 浸出率及P b 入渣率已经很高。由此可见，烟尘 经活化后，浸出过程对酸浓度依赖大为降低，而未经活 化的烟尘要想获得较高的浸出率，则需要在较高的酸 浓度下j 井行． 硫酸浓度／ g L _ 1 图4H S O 。浓度对Z n 浸出率及P b 入渣率的影响 2 ．4 液固比对锌浸出率及铅入渣率的影响 固定硫酸浓度为1 7 5g ／L ，浸出温度为6 0 ℃，浸出 时间为6 0m i n ，研究机械活化前后液固比对z n 浸出率 及P b 入渣率的影响，如图5 所示。由图5 可以看出， z n 浸出率及P b 入渣率随着液固比的增大而增大。机 械活化前，当液固比为7 1 时，z n 浸出率为9 0 ．9 1 ％，P b 入渣率为9 1 ．5 ％，随着液固比进一步增大至8 1 ，锌浸 出率和铅人渣率增幅减小，从经济方面和实验条件综 合考虑可得出7 1 为最佳条件。但机械活化3 0 m i n 后，当液固比仅为5 1 时，锌浸出率及铅入渣率分别达 到9 6 ％和9 5 ％。由此可见，烟尘经活化后浸出过程对 液固比依赖大为降低。 峻翻比 图5 液固比对z n 浸出率及P b 入渣率的影响 2 ．5 浸出温度对锌浸出率及铅入渣率的影响 固定硫酸浓度为1 7 5g ／L ，液固比为7 1 ，浸出时 间为6 0m i n ，考察浸出温度对机械活化前后铅锌烟尘 z n 浸出率及P b 人渣率的影响，如图6 所示。无论是 否机械活化，z n 浸出率及P b 入渣率都随温度的升高 而升高。机械活化前，浸出温度为6 0 ℃时，z n 浸出率 为9 1 ．4 8 ％，P b 入渣率为8 8 ．2 7 ％，当浸出温度超过6 0 ℃后浸出温度对z n 浸出率及P b 入渣率影响不敏感。 从节能降耗角度考虑温度6 0 ℃为最佳条件。而对机 械活化过的烟尘，在温度比较低 5 0 ℃ 时，z n 浸出率 为9 3 ．3 2 ％及P b 入渣率为9 3 ．5 0 ％。由此可得烟尘经 球磨3 0m i n 后，浸出过程对浸出温度依赖大为降低， 而未经活化的烟尘要想获得较高的浸出率，则需要在 更高的温度下进行。 浸出温度／℃ 图6 浸出温度对Z n 浸出率和P b 入渣率的影响 2 ．6 浸出时间对锌浸出率铅入渣率的影响 固定硫酸浓度为1 7 5g ／L ，液固比为7 1 ，浸出温 度为6 0 ℃，考察机械活化前后浸出时间对z n 浸出率 及P b 人渣率的影响，如图7 所示。由图7 可以看出， 无论是否机械活化，z n 浸出率及P b 人渣率随着浸出 时间的延长而逐渐升高。在浸出时间为4 0 ～6 0m i n 时，z n 浸出率及P b 人渣率增幅较快，未经机械活化的 烟尘当浸出时间为6 0m i n 时，z n 浸出率达9 2 ．4 7 ％及 下转第1 0 3 页 万方数据 第3 期 朱军等从氯碱盐泥中浸出钙镁的试验研究 1 0 3 上接第9 9 页 P b 入渣率为9 0 ．3 0 ％，此时的浸出率已经很高，6 0m i n 之后随时问的延长z n 浸出率和P b 入渣率增幅减慢 并渐渐趋于稳定，因此浸出时间选择6 0m i n 。而活化 3 0m i n 后的烟尘在浸出时间为4 0m i n 时，z n 浸出率达 9 1 ．5 2 ％及P b 人渣率为9 5 ．3 6 ％，未经活化的烟尘即使 浸出时间长达1 2 0m i n ，其z n 浸出率为9 2 ．3 3 ％及P b 入渣率为8 9 ．9 4 ％，由此可以看出，烟尘经活化后，浸出 过程对浸出时间依赖大为降低，经机械活化后其浸出 率显著提高。 琴 ＼ 锝 铡 赵 褥 丑 燃 浸出时间／m i I I 图7 浸出时间对Z n 浸出率及P b 入渣率的影响 3 结论 机械活化可使铅锌烟尘的热稳定性降低，反应活 性提高，微观结构发生显著变化。机械活化后铅锌烟 尘的z n 浸出率及P b 人渣率对H s O 。溶液浓度、液固 比、浸出温度、浸出时间的依赖性明显降低。 参考文献 [ 1 ] 0 k a d aT ，T 0 j o Y ，T a I l a k a N ，e ta 1 ．R e c o v e r yo fz i n ca n d l e a d f 而m n y a s hf b m 鹊h m e l I i n ga n dg a s i 6 c a t i o n - m e l t i n gp m c e s s e so fM S W - c o “p d s o na 1 1 d8 p p l i c a b i l i t y0 fc h e m i c a ll e a c h i n gm e t h o d s [ J ] ．w a s t 8 M a n a g e m e n 【，2 0 0 7 ，2 7 1 6 9 8 0 ． [ 2 ] T u r a n aMD ，A 1 u n d o g a J lHs ，F i k r e tT ．R e c o v e r y0 fz i n ca J l dl e a d f I D mz i n cp l 卸【r e s i d u e [ J ] ．H y d m m e I a l l u r g y ，2 0 0 4 ，7 5 1 4 1 6 9 1 7 6 ． [ 3 ] P i c k l e scA ．T h e 珊0 d y n 鲫i ca l l a l y s i s0 ft h es e p 啦t i o no fz i n ca n d l e a df r o me l e c t r i ca r cf u m a c ed u s tb ys e l e c 【i v er e d u c t i o nw i t hm e t a Ⅱi c i r o n [ J ] ．s e pP u r i fT e c h n o l ，2 0 0 8 ，5 9 1 1 1 5 一1 2 8 ． [ 4 ]郭翠香，赵由才．从含铅锌烟尘中综合回收铅和锌[ J ] ．化工环 保，2 0 0 8 ，2 8 1 7 7 8 1 ． [ 5 ]谢美求．从还原挥发氧化锌烟尘中提锌、铟工艺研究[ J ] ．矿冶工 程，2 0 0 8 ，2 8 2 卜4 ． [ 6 ]赵中伟，赵天从，李洪桂，等．机械活化对硫化锌精矿浸出动力 学的影响[ J ] ．有色金属，1 9 9 5 ，4 7 2 8 卜8 3 ． [ 7 ] 黄祖强，黎铉海，童张法，等．机械活化及其在湿法炼锌中的应 用[ J ] ．广西大学学报 自然科学版 ，2 0 0 2 ，2 7 4 2 8 7 2 9 2 ． [ 8 ]曹琴园，李洁，陈启元．机械活化对异极矿碱法浸出及物理性 能的影响[ J ] ．中国有色金属学报，2 叭0 ，2 2 3 5 4 3 6 2 ． [ 9 ] 黎铉海，阳健，韦岩松，等．机械活化强化锌渣氧粉铟浸出的 工艺研究[ J ] ．稀有金属，2 0 0 8 ，3 2 6 8 1 2 8 1 5 ． [ 1 0 ]黄祖强，黎铉海，潘柳萍．机械活化对锌焙砂浸出的影响[ J ] ． 矿产综合利用，2 0 0 2 3 2 5 2 9 ， [ 1 1 ]布林朝克，张邦文，赵瑞超，等．机械力储能对石墨一磁铁矿体 系碳热还原热力学的影响[ J ] ．矿冶工程，2 0 1 2 ，3 2 5 7 2 7 6 ． [ 1 2 ]李华成，钟胜奎，陈平，等．湿法机械活化法提高磷酸铁锂均 一性的实验研究[ J ] ．矿冶工程，2 0 1 2 ，3 2 4 9 7 1 0 0 ． 万方数据