氨—碳铵法浸出含锌烟灰.pdf

2 0 1 2 年6 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．h g r i m m ．o n 7 d o i 1 0 ．3 9 e g ／j ．1 s s n ．1 0 0 7 。7 5 4 5 ．2 0 1 2 ．0 6 ．0 0 9 氨一碳铵法浸出含锌烟灰 陈启元，王树宾，胡慧萍，王为振 中南大学化学化工学院，长沙4 1 0 0 8 3 摘要研究氨一碳铵体系中p H 、总氨浓度、液固比 L ／S 、反应温度、反应时间等因素对三种含锌烟灰中 锌和主要杂质元素浸出行为的影响。结果表明，较佳的工艺条件是授出剂总氨浓度9m o l ／L 、p H 一 1 0 ．0 0 ，L ／S 一5 、反应温度5 0 ℃、反应时间6 0r a i n 。此时锌浸出率大于8 0 ％。 关键词氨一碳铵法；含锌烟灰；漫出I 杂质行为 中圈分类号T F 6 1 3 ；T F l l l ．3 1文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 1 2 0 1 2 0 6 0 0 0 7 0 3 L e a c h i n go fZ i n c ‘_ b e a r i n gA s hw i t hA m m o n i a ‘。a m m o n i u m B i c a r b o n a t eP r o c e s s c H E NQ i y u a n ，W A N GS h u - b i n ，H UH u i p i n g ，W A N GW e i z h e n S c h o o lo fC h e m i s t r ya n dC h e m i c a lE n g i n e e r i n g 。C e n t r a lS o u t hU n i v e r s i t y C h a n g a h a4 1 0 0 8 3 - C h i n a A b s t r a c t T h ee f f e c t so fp H ，t o t a la m m o n i ac o n c e n t r a t i o no fa m m o n i a a m m o n i u mb i c a r b o n a t es y s t e m ，r a t i o o fs o l i dt ol i q u i d L ／S ，t e m p e r a t u r ea n dl e a c h i n gt i m eo nt h el e a c h i n gb e h a v i o ro fz i n ca n dm a i ni m p u r i t i e s i nt h r e ek i n d so fz i n c - b e a r i n ga s hw e r ei n v e s t i g a t e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h ez i n cl e a c h i n gr a t ei so v e r 8 0 ％u n d e rt h eo p t i m u mc o n d i t i o n si n c l u d i n gt o t a la m m o n i ac o n c e n t r a t i o no f9m o l ／La n dp Ho f1 0 ．0 0 ， L ／So f5 ．t e m p e r a t u r eo f5 0 ℃，a n dt h el e a c h i n gt i m eo f6 0m i n ． K e yw o r d s a m m o n i a a m m o n i u mb i c a r b o n a t em e t h o d ；z i n c - b e a r i n ga s h ；l e a c h i n g ；i m p u r i t yb e h a v i o r 纳米氧化锌可用于制备压敏电阻、变阻器、磁性 材料、荧光体、紫外线屏蔽材料等n ] 。目前以含锌物 料制备纳米氧化锌主要采用湿法工艺睁“] ，包括酸 法和氨法。氨法由于工艺简单、净化除杂容易、易于 工业化等特点在工业中应用较多。以氨一碳铵溶液 为浸出剂制备纳米氧化锌时，杂质离子溶出会直接 影响后续工序的操作及生产成本。本文通过考察浸 出剂p H 、总氨浓度、液固比、反应温度和时间等因 素对含锌烟灰中锌浸出行为及杂质离子溶出行为的 影响，并获得氨一碳铵法浸出含锌烟灰的较佳工艺 条件。 1试验部分 1 ．1 原料及仪器 试验原料为山西某厂提供的3 种含锌烟灰，分 别呈灰色 1 。 、浅绿色 2 8 和深绿色 3 8 ，主要化 学成分见表1 ，原料中的锌主要以氧化锌形式存在， 品位较高。主要化学试剂有分析纯氨水、碳酸钠和 碳酸氢铵。 主要仪器F A ／J A 型电子天平、D F 一1 0 I S 集热 式恒温加热磁力搅拌器、S H B - m 循环水式真空泵、 D Z F 一6 0 5 0 型真空干燥箱、P H S - 3 C 型p H 计。 收稿日期2 0 1 2 - 0 4 0 6 基金项目国家重点基础研究发展计划 9 7 3 计划 项目 2 0 0 7 C B 6 1 3 6 0 1 作者简介陈启元 1 9 4 8 0 ，男，安教望江人，教授，博士生导师． 万方数据 8 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 2 年6 期 表l 含锌烟灰的化学成分 T a b l e1C h e m i c a lc o m p o s i t i o no fz i n c - b e a r i n ga s h／％ 样品号Z n F e C d P bC uA 1M nC rN aC aS iC 1SO 1 ．2 试验方法 按不同的p H 和总氨浓度的要求，用碳酸氢铵 和氨水配制浸出剂，恒温备用。试验时将原料和浸 出剂按一定的液固比加人到1 0 0m L 锥形瓶中进行 控温搅拌浸出，反应结束后过滤得浸出液。滤渣烘 干后称重。浸出液中锌浓度采用E D T A 滴定法测 定 G B ／T8 1 5 1 ．1 2 0 0 0 ，铁采用磺基水杨酸分光 光度法测定 G B ／T1 2 6 8 9 ．5 2 0 0 4 } 铅、镉、铜、锰 等采用原子吸收进行测定。浸出剂中游离氨浓度采 用酸碱滴定分析。 2 试验结果与讨论 2 ．1 p H 对含浸出的影响 在总氨浓度8m o i ／L ，L ／S 5 ，浸出时间Ih ， 浸出温度5 0 ℃的条件下，p H 对浸出的影响见表2 。 表2 不同p H 的浸出结果 T a b l e2 L e a c h i n gr e s u l t sa td i f f e r e n tp H l l O ．4 4 0 一一 4 3 ．49 6 ．6 0 2 7 5 4 5 1 1 ．0 0 2 8 7 ．4 5 0 一一2 4 315 3 ．5 02 3 4 3 3 1 * 一表示未检出，下同 从表2 可看出，3 种样品锌浸出率随p H 的增 大均先升高后急剧下降，浸出液中杂质离子含量总 体偏高，铜、镉含量随p H 的增大逐渐上升，铁、锰、 铅含量随p H 的增大先升高后急剧下降。由此可 知，锌浸出率和杂质元素的溶出随浸出剂p H 变化 规律大致相同，在提高锌浸出率的同时也会有更多 的杂质进入浸出液，当溶液p H 在9 ．5 ～1 0 ．5 时，锌 浸出率比较稳定，因此后续试验选用p H 为1 0 ．0 的 氨一碳铵浸出剂浸出含锌烟灰。 2 ．2 总氨浓度对浸出的影响 在p H 1 0 ．0 ，L ／S 5 ，浸出时间1h ，浸出温度 5 0 ℃的条件下，总氨浓度对浸出的影响见表3 。 表3 不同总氨浓度的浸出结果 T a b l e3 L e a c h i n gr e s u l t sa td i f f e r e n tt o t a l a m m o n i ac o n c e n t r a t i o n s 从表3 可看出，3 种样品的锌浸出率随总氨浓 度的增大总体变化幅度均不大。浸出液中铜、镉含 量随总氨浓度的增大变化幅度不大，铁、锰、铅含量 随总氨浓度的增大而增大。总体来看总氨浓度对杂 质离子溶出的影响比对锌浸出率的影响大，综合考 虑生产成本及氨挥发等因素，后续试验中选用总氨 浓度为9m o l ／L 的氨一碳铵溶液作为浸出剂。 2 ．3 液固比对浸出的影响 在总氨浓度9m o l ／L ，p H 1 0 ．0 ，浸出时间1h ， 浸出温度5 0 ℃的条件下，液固比L ／S 对浸出的影 响见表4 。 从表4 可看出，3 种样品的锌浸出率总体变化 趋势一致，都随液固比的增大显著增加，当液固比增 大到5 后趋于平稳。浸出液中杂质离子浓度尽管有 所降低，但是由于浸出液体积的增加，杂质离子总量 呈现上升趋势。由此可见，液固比的增大不仅可以 提高锌浸出率，而且还有利于杂质离子的溶出，为满 足较高浓度的锌离子，后续试验中选择液固比为5 。 万方数据 2 0 1 2 年6 期有色金属 冶炼部分 h t t p l ／y s y l ．b g r i m m ．c n 9 表4 不同液固比L ／S 的浸出结果 T a b l e4L e a c h i n gr e s u l t sa td i f f e r e n tL ／S 2 ．4 反应温度对浸出的影响 在总氨浓度9m o l ／L ，p H 1 0 ．0 ，L ／S 5 ，浸 出时间1h 的条件下，不同温度的浸出结果见表5 。 表5 不同温度的浸出结果 T a b l e5L e a c h i n gr e s u l t sa td i f f e r e n tl e a c h i n g t e m p e r a t u r e 4 ．3 7 11 2 7 ．50 ．9 27 8 8 ．0 7 9 ．1 48 5 ．9 2 1 5 ．7 4 04 8 6 ．3 6 5 ．7 99 9 1 ．8 1 6 3 ．9 0 9 0 ．9 0 7 ．7 9 95 2 5 ．5 1 5 0 ．3 09 3 5 ．2 16 4 ．0 09 1 ．9 8 从表5 可知3 种样品的锌浸出率总体变化趋 势是一致的，都随温度的增大显著增加，5 0 ℃后增 加幅度明显减小。浸出液中杂质离子浓度随温度的 升高也是逐渐上升的。由于温度的升高会增加能 耗，并且氨的挥发严重，在满足较高的锌浸出率条件 下，后续试验中选择反应温度为5 0 ℃。 2 ．s 反应时间对浸出的影响 在总氨浓度9m o l ／L ，p H 一1 0 ．0 ，L ／S 5 ，温 度5 0 ℃的条件下，反应时间对浸出的影响见表6 。 表6 T a b l e6 不同反应时间的浸出结果 L e a c h i n gr e s u l t sa td i f f e r e n t l e a c h i n gt i m e 表6 表明，3 种样品的锌浸出率总体变化趋势 一致，都随反应时间的增大而增加，并在6 0m i n 后 进入平衡状态，再延长时间对浸出影响不大。浸出 液中杂质离子浓度随反应时间的延长有所增加。综 合考虑锌浸出率及杂质溶出率，反应时间8 0m i n 较 合适。 2 ．6 讨论 以上结果表明，3 种典型的含锌烟灰在氨一碳 铵体系中的锌浸出行为具有一致的规律；但杂质的 溶出行为有所差异，其中铜、镉溶出行为一致，铁、 锰、铅溶出行为一致。在所研究的强碱性氨性条件 下，溶液中主要存在N H 。及O H 一配体，此外还有 C O 。”、H C O 。一和H 0 等配体，由于各种杂质与这 些配体具有不同的配位能力，导致杂质溶出过程具 有一定的差异；而锌可以形成稳定的锌氨络合离子， 其他配体对其影响较小，因此3 种含锌烟灰具有一 致的规律。 3结论 在氨一碳铵体系中，浸出剂p H 、液固比、反应 温度对含锌烟灰的浸出率和杂质元素的溶出的影响 较大，适当提高浸出荆p H 、增加液固比、升高反应 温度可以增加锌的浸出率。较佳的工艺条件为总 氨浓度9m o l ／L 、p H 1 0 。0 的氨一碳铵浸出剂， L ／S 一5 ，反应温度5 0 ℃，反应时间6 0m i n 。 p p 铲 ∞ 万方数据 1 0 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 2 年6 期 参考文献 E l i 马正先，韩跃新，郑龙熙．纳米氧化锌的应用研究口] ．化 工进展，2 0 0 2 ，2 1 6 0 - 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