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摘 要： 摘要：本文主要介紹含鋅煙塵的來源、成分及特點(diǎn)，詳細(xì)闡述了氧化鋅煙塵中鋅、鉛、銦、鍺有價金屬回收利用現(xiàn)狀，概述了有價金屬回收過程中面臨的難題，并對含鋅煙塵的綜合利用進(jìn)行了展望，微波、超聲波處理新技術(shù)作為一種新興技術(shù)在冶金提取領(lǐng)域的應(yīng)用具有廣闊的前景。
摘 要：本文主要介紹含鋅煙塵的來源、成分及特點(diǎn)，詳細(xì)闡述了氧化鋅煙塵中鋅、鉛、銦、鍺有價金屬回收利用現(xiàn)狀，概述了有價金屬回收過程中面臨的難題，并對含鋅煙塵的綜合利用進(jìn)行了展望，微波、超聲波處理新技術(shù)作為一種新興技術(shù)在冶金提取領(lǐng)域的應(yīng)用具有廣闊的前景。
關(guān)鍵詞：鋅煙塵;鋅;綜合利用
近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，對金屬原礦資源的利用逐年增加，但金屬原礦是不可再生資源，為了緩解一次礦石資源短缺的現(xiàn)狀，現(xiàn)階段企業(yè)、科研院所等機(jī)構(gòu)致力于對二次資源的綜合回收利用[1]。氧化鋅煙塵作為一種重要的含鋅二次資源，同時還含有大量的鉛、銅、銦等有價金屬，具有較高的回收利用價值，但綜合回收利用該類資源過程存在利用率低、難以回收等諸多難題，本文就氧化鋅煙塵的資源綜合利用現(xiàn)狀進(jìn)行簡要的闡述。
1 含鋅煙塵成分特點(diǎn)
濕法煉鋅產(chǎn)氧化鋅煙塵通常含有較高的氟和氯，在直接進(jìn)行酸性浸出時氟和氯幾乎全部進(jìn)入硫酸鋅溶液，使鋅電解液中氟、氯的含量超過標(biāo)準(zhǔn)。因此，在浸出之前必須將氧化鋅中的氟、氯進(jìn)行脫除預(yù)處理。
高鋅含量的含鋅煙塵是獲取鋅的重要來源，具有較高的回收利用價值，但其成分復(fù)雜，雜質(zhì)元素較多，且雜質(zhì)元素如硅、鈣、鐵、氟和氯等含量相對較高，在綜合回收利用這類二次資源時需考慮雜質(zhì)對金屬回收工藝的影響。
2 含鋅煙塵有價金屬處理現(xiàn)狀
2.1 鋅的回收利用
在濕法煉鋅工業(yè)中煙塵含有鋅回收是衡量技術(shù)手段是否先進(jìn)的一個重要指標(biāo)，我們分析煙塵中鋅含量的特征、所使用回收設(shè)備的先進(jìn)程度、回收利用過程管理情況，按照生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)對鋅進(jìn)行回收，其回收率可達(dá)到90%左右。鄒曉勇等[2]主要研究了較低濃度鋅溶液得到的過程，要想將鋅的濃度提升上去需要采用離子交換技術(shù)，同時增加一步電解過程，將易損失的部分水融性鋅大量進(jìn)行回收，同時對其它系統(tǒng)不會造成影響。諸榮孫等[3]以轉(zhuǎn)爐產(chǎn)含鋅煙塵為原料，以硫酸作為浸出劑，鋅浸出率可達(dá)96%，但在獲得高鋅回收率的過程中，進(jìn)行酸法浸出時，多種金屬元素也會連同鋅元素回收到浸出液體重，給后續(xù)回收處理造成一定影響，會增加工藝步驟。呂傳濤等[4]用含鋅廢催化劑材料，利用鹽酸浸出法后，試驗(yàn)結(jié)果表明鋅回收率能夠達(dá)到93%以上，用鹽酸時，會產(chǎn)生大量含氯廢水，污染環(huán)境。胡慧萍等[5]釆用氫氧化鈉溶液浸出含鋅廢催化劑，鋅的浸出率可達(dá)90%，含鋅浸出液體中加入硫化鈉這種催化劑，液體靜置一會后發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)了沉降，鋅得到有效回收。使用強(qiáng)堿性催化劑時，回收設(shè)備會受到腐蝕影響，所以要用耐腐蝕設(shè)備，在高溫條件下鋅更易于回收。
2.2 鉛的回收利用
基于目前含鉛物料回收鉛的方法主要有火法和濕法兩類[6]。
火法流程還原焙燒法：第一步驟為將氧化鉛進(jìn)行有效還原，得到金屬鉛，第二個步驟是依照煙塵中的其他金屬雜質(zhì)及鉛的揮發(fā)溫度的差異，使鉛得到有效回收。另外，鉛回收利用過程因溫度較多所以會產(chǎn)生一定數(shù)量的錳渣，要對爐內(nèi)的溫度隨時進(jìn)行監(jiān)測，可以提高金屬鉛的回收效率。
堿浸法屬于濕法的一種，堿浸法的工作原理是幫助硫化鉛、硫化鋅能夠在稀鹽酸中進(jìn)行有效溶解，提純鉛更加容易。直接堿浸工藝操作簡單，回收回的金屬鉛純度高、效率高，另外不會對環(huán)境造成污染，屬于一種綠色回收工藝。堿浸-電解法的回收原理是采用選擇性浸出方式，用堿將鉛浸出，得到的液體要經(jīng)過過濾，回收電解濾液，使金屬鉛可以再次利用。在整個工藝過程中，對回收金屬離子浸出率造成影響的因素有液固比、浸出時間、投入堿的濃度、溫度等。
2.3 銦的回收利用
銦因其具有耐腐蝕、沸點(diǎn)高、較低的熔點(diǎn)等特點(diǎn)，是一種高性能的金屬物質(zhì)，可以應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中[7]，如金屬焊接、作為靶材原材料。
煙塵中含有銦物質(zhì)回收難度較大，回收工藝繁瑣，在浸出液體中銦的濃度低，而浸出液體積大，回收效率低下，回收利用生產(chǎn)成本會大幅度上升，導(dǎo)致浸出液體中的金屬回收率出現(xiàn)過低現(xiàn)象，金屬物質(zhì)會被浪費(fèi)，部分共生元素將無法回收。
現(xiàn)階段，一些學(xué)者已經(jīng)對煙塵中銦元素的有效回收利用進(jìn)行一些研究，薛永健等[8]研究過程中，所使用的工藝流程為中性浸出—低酸浸出—銦水解，所產(chǎn)出的原材料為精銦。高照國等[9]進(jìn)行中性、酸性浸出氧化鋅煙塵，采用多級萃取、反萃、鋅置換的工藝制備海綿銦，對提銦的工藝條件進(jìn)行探索，結(jié)果表明，在最佳浸出條件下，銦浸出率可達(dá)90.60%，鋅浸出率為89.28%。采用P204三級逆流草取工藝，錮萃取率99.80%。采用鹽酸溶液作為反草劑，三級逆流反莘率99.90%，鋅粉置換率99.50%。但在此實(shí)驗(yàn)過程中，如若酸度過高，反應(yīng)終了溶液中殘留酸量就會過大，中和操作時氧化鈣消耗量大，同時中性浸出渣量大增，使得鋅的浸出率較難提高。
黎鉉海等[10]進(jìn)行機(jī)械活化處理鋅渣氧化鋅粉，利用機(jī)械活化產(chǎn)生的效應(yīng)破壞含銦物相結(jié)構(gòu)，將含銦穩(wěn)定結(jié)構(gòu)物相在機(jī)械力作用下產(chǎn)生晶格結(jié)構(gòu)變化，使內(nèi)能增加進(jìn)一步改善物料的反應(yīng)活性，以達(dá)到銦強(qiáng)化浸出的目的，在攪拌邊磨邊浸的方式下，銦浸出率可達(dá)到91.2%。另外研究結(jié)果顯示，未活化條件下反應(yīng)40min的銦浸出率為48%，活化條件下反應(yīng)30min可達(dá)62%。該課題組又研究了機(jī)械活化強(qiáng)化浸出鋅渣氧粉的過程[11]，銦浸出率由常規(guī)浸出的68%提高到91.2%。
有研究表明：銦的浸出效率與機(jī)械活化的能量呈正相關(guān)，采用滾磨機(jī)對IBZF活化，反應(yīng)30min后研究結(jié)果表明采用活化及未活化的方式銦浸出率分別為73.7%和41.2%[12];而采用高能行星球磨機(jī)活化，反應(yīng)10min后銦浸出率可提高3倍[13]。冶金固廢濕法浸出提銦的技術(shù)中，以酸性浸出為主，再輔以其他手段進(jìn)行強(qiáng)化，銦浸出率可達(dá)到90%以上，但是，浸出后存在鐵、鋅、鈣、鎂等伴隨組分，故后續(xù)處理上均存在分離困難等問題[14]。
2.4 鍺的回收利用
鋅煙塵中鍺含量較高，所以將有價金屬鍺從含鋅的煙塵中提取出，提升了有價金屬回收效率。采用濕法處理含鍺具體流程為：鋅煙塵中加入硫酸溶液，鋅和鍺進(jìn)行充分溶解，樣品中的溶液逐漸分離出來，經(jīng)過濾處理，再進(jìn)一步從溶液中將鋅和鍺最大限度提取出來。浸出整個流程全部加入了酸性溶液，采用這一方式可快速將含鍺固體廢渣、鋅、鍺等物質(zhì)有效分離[12]。
顧利坤[15]采用分析鍺在煙化爐煙塵—多膛爐—酸性浸出過程中形為變化，根據(jù)鍺的形為變化過程中來控制鍺的存在形態(tài)，進(jìn)而控制鍺在酸性浸出過程中的存在形態(tài)，提高鍺的浸出率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明：鍺的直收率受鍺浸出率的直接影響，通過加入石灰乳進(jìn)行漿化處理，將煙塵中的GeO2有效的轉(zhuǎn)化為MeGeO3，進(jìn)一步通過酸浸將難溶于酸的GeO2溶于酸中，鍺浸出率可以提高到70.09%。
相關(guān)期刊推薦：《世界有色金屬》(月刊)創(chuàng)刊于1986年，由有色金屬技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究院主辦。是有色金屬工業(yè)刊物。旨在提供涉及有色金屬工業(yè)所有領(lǐng)域的綜合性、戰(zhàn)略性和消息性的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)情報，以促進(jìn)我國有色金屬工業(yè)的發(fā)展。設(shè)有：專題論述、企業(yè)管理、質(zhì)量控制、科技進(jìn)步、招商引資、國際工程承包、節(jié)能降耗、國際市場等欄目。
付維琴等[16]從含鍺氧化鋅煙塵中采用加壓酸浸工藝浸出鋅和鍺，研究加壓浸出因素對鋅、鍺浸出率的影響。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果顯示最佳加壓酸浸工藝參數(shù)條件：硫酸用量為理論量的1.5倍，液固比為3ml/g，浸出時間為3h，溫度為80℃，氧壓為800kpa，攪拌速度為500r/min，在該條件下，鍺、鋅浸出率分別為75.1%、97.21%。除此之外，付維琴等[17]還采用常壓—加壓聯(lián)合浸出工藝從含鍺氧化鋅煙塵中高效浸出鋅、鍺，結(jié)果表明，控制常壓浸出煙塵用量100.00g、液固比3:1、浸出溫度80℃、浸出時間2.0h，常壓浸出渣進(jìn)行加壓浸出，控制常壓浸出渣用量100.00g、硫酸濃度300g/L、液固比3:1、加壓浸出溫度80℃、加壓浸出時間3.0h、氧壓800kpa、攪拌速度500r/min，該優(yōu)化工藝條件下鋅、鍺浸出率分別可達(dá)96.92%、89.72%，浸出渣中鋅、鍺質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1.03%、0.0117%。如果采用氧壓酸浸技術(shù)，雖能夠?qū)崿F(xiàn)含鍺氧化鋅煙塵中鋅的高效浸出，鋅浸出率可達(dá)95%，但鍺浸出率比較低，僅為65%左右。
3 結(jié)論與展望
伴隨著市場對鋅、銦、鍺等有價金屬需求的增加，導(dǎo)致原礦資源短缺甚至面臨枯竭的現(xiàn)狀，對有價金屬二次的資源的綜合利用顯得尤為重要。
但是采用常規(guī)的金屬回收工藝存在浸出困難、能耗高、回收率低等一系列問題，主要是單金屬以多金屬難溶礦物相共存、硅鈣鎂等雜質(zhì)包裹有用金屬礦物致使有價金屬難以溶出，導(dǎo)致為了增加有價金屬的回收率勢必增加一系列復(fù)雜的處理工序，同時提升了生產(chǎn)能耗、成本。
因此，進(jìn)一步開發(fā)適合二次金屬資源有價金屬的回收工藝對鋅煙塵的綜合利用具有重要意義。
微波作為一種清潔、環(huán)保的高效綠色能源，微波獨(dú)特的加熱方式在冶金、材料制備領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，微波技術(shù)的發(fā)展能開發(fā)新的冶金技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)冶金過程的節(jié)能減耗，減少對環(huán)境的污染;另外，超聲波在處理固液相反應(yīng)過程中獨(dú)特的空化效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)及微擾效應(yīng)對強(qiáng)化化學(xué)反應(yīng)的傳質(zhì)過程具有較常規(guī)處理顯著的優(yōu)勢，超聲波處理技術(shù)作為一種新興技術(shù)被應(yīng)用于濕法冶金提取過程，具有廣闊的應(yīng)用前景。——論文作者：張霜雪，陳玉林，李妍研，李明旭，鄭雪梅*
