碱性氨基乙酸盐体系选择性浸出钢厂含锌烟尘的工艺研究

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随着锌矿资源的日益枯竭,对二次锌资源的回收利用显得愈发重要。钢厂烟尘含有一定量的铁、锌、铅、铜等金属元素,如何合理、有效地将锌铅等有价金属提取,进行循环利用是一个非常重要的课题。本文以钢厂含锌烟尘为研究对象,提出了碱性氨基乙酸盐体系(Gly--H2O)选择性浸锌新工艺。以ZnO-Gly--H2O体系溶解热力学的研究分析作为理论指导,采用氨基乙酸根离子(Gly-)作为配体,利用配合作用,加压强化选择性浸出高含铁酸锌的钢厂含锌烟尘,取得较好的铁酸分离结果。本文的主要涉及的内容和结论如下:(1)在298K时研究了ZnO-Gly--H2O体系的溶解热力学,并通过相关热力学软件计算后,分别绘制了总锌浓度([Zn2+]T)、游离锌浓度([Zn2+])、游离配体浓度([Gly-])随配体总浓度([Gly-]T)在0~3 mol/L以及p H值在6~12范围内的热力学变化趋势平衡图。结果表明,p H值条件一定时[Zn2+]T随[Gly-]T增加呈线性增大。另一方面配体浓度一定时,在6≤p H≤8时,随p H值升高,酸浸作用减弱,体系内总锌浓度下降,Gly-加质子作用减弱,浸出过程由酸浸向配合浸出过渡,Gly-和Zn2+的配合作用开始凸显,锌物种由一级配离子Zn(Gly)+向二级配离子Zn(Gly)2转变,体系中游离锌浓度急剧下降;在8≤p H≤10时,Gly-和Zn2+的配合作用稳定,[Zn2+]T变化趋于平缓,初期二级配离子Zn(Gly)2成为体系占比最多的含锌物种,后期二级配体Zn(Gly)2转变为三级配体Zn(Gly)3-,其转化效果愈加明显;在10≤p H≤12时,体系处于碱性环境,体系的锌物种和配体物种分布以Zn(Gly)3-、Gly-两种形式,OH-对Zn2+的沉淀作用占优易形成沉淀,释放出大量游离Gly-,[Gly-]不断增加,[Zn2+]T和[Zn2+]处于极低水平。(2)研究了碱性Gly--H2O体系选择性浸出钢厂含锌烟尘的工艺条件,探索实验发现,Gly--H2O体系能够将氧化锌(ZnO)和硫酸锌锌(Zn SO4)溶解完全外,还能将部分铁酸锌(ZnFe2O4)进行溶解分离。后对化学纯铁酸锌的浸出发现,Gly-体系确实能够溶出ZnFe2O,但浸出率不高。可能是ZnFe2O4溶出过程中易形成铁氧化物包裹层,阻碍了ZnFe2O4的继续溶出。后期在单因素条件下的实验确定了最佳工艺条件:反应时间为4h,液固比为25:1,配体[Gly-]T=3 mol·L-1,反应温度为130℃,p H值为8,搅拌速度r=600 r/min,反应压力2.5 MPa。锌浸出率为93.70%,铁浸出率为8.62%,浸出液中Ca、Mg、Mn、Cu含量较低,分别为11.60 mg·L-1、12.98 mg·L-1、4.64 mg·L-1、3.13 mg·L-1。配体Gly-与杂质元素Fe、Ca、Mg配合能力较弱,具有较好的选择性。(3)通过综合条件实验验证了实验的重复性,锌铁浸出率及杂质元素浓度稳定。对烟尘原料和浸出渣的XRD及浸出渣的铁元素的XPS图谱分析,含锌物相ZnO、Zn SO4浸出后被完全溶解,ZnFe2O4溶解分离后转化为以Fe2O3形式留于浸出渣样中。
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