铟作为一种重要的战略金属资源,因其无可替代的优异性能在诸如iPad平板电脑液晶显示器所需的ITO靶材、焊料合金、电子合金与半导体元件、光伏电池和高速传感器等高技术领域中广泛应用。氧化锌烟尘为湿法炼锌渣经回转窑挥发所收集的锌冶炼副产物,其中富含有锌、铅、锡、铟等有价金属元素,是提取铟的重要原料之一。在当前铟资源较为稀缺的形势下,着力提高以金属铟为代表的稀散金属回收率,是增强铅锌产业竞争力的战略需要,也是增强企业抗风险能力的有效措施,更是在有效利用宝贵的稀有金属资源的同时消除冶炼废渣堆积所造成的二次污染,对资源可持续发展和循环经济发展具有重大意义。由于氧化锌烟尘的化学组成随矿源不同变化较大,物相大多较为复杂,铟常嵌布或包裹于硫酸铅、难溶尖晶石等物相中,这类矿物热力学性质稳定,常规酸浸无法破环其矿物结构,造成铟浸出率偏低；同时,所得铟浸出液中杂质元素较多,在萃取时很容易共萃影响分离效果,特别是铁、砷的共萃容易造成有机相老化。本课题针对提取氧化锌烟尘中铟回收率低的问题,以云南某铟锌冶炼厂氧化锌烟尘为研究对象,提出“微波硫酸化焙烧-水溶浸出”联合“撞击流-超重力非平衡萃取”新工艺。利用微波焙烧的热点效应、选择性加热效应和催化效应有效破坏含铟包裹体矿物结构,促进矿物与浸出剂的反应,利用撞击流-超重力反应器强化均匀混合,极大增加萃取传质面积,有效分离目标金属和杂质元素。两种强化过程的协同作用大大提高了铟的回收率。主要研究内容及研究结果如下：(1)氧化锌烟尘的矿物学研究表明,在氧化锌烟尘中大部锌以氧化物形式存在,铅以硫酸盐和氧化物形式存在,部分铁和锌以尖晶石铁酸锌形式存在,铟大部分以氧化物存在,少部分包裹于尖晶石相中。从元素组成看,锌、铅、铁占总量的50%以上,烟尘粒度较细,≤75μm的占90%,各粒度中铟含量差别不大。(2)选用圆柱形谐振腔微扰法测定了不同温度下氧化锌烟尘、硫酸以及两者混合物的等效介电常数和介电损耗因子。结果发现,温度由室温至250℃范围内,硫酸的等效介电常数保持在34左右,混合物料等效介电常数为3.1-2.3,氧化锌烟尘等效介电常数为2.9～3.2,其吸波性能顺序为硫酸》混合物料≈氧化锌烟尘。在一定功率条件下,硫酸升温速率最快,混合物料升温速率随着酸矿比的增加而增大。(3)通过微波硫酸化焙烧过程和水溶过程热力学分析得出,烟尘中氧化物都可以和硫酸反应生成相应的硫酸盐；水溶后浸出液pH值为0.2,在此条件下溶液中金属离子不会发生水解。开展了微波焙烧一水浸过程的单因素实验,得到适宜工艺条件为：原料平均粒度53 μm,焙烧温度180℃,焙烧时间60 min,酸矿比0.5,所得焙砂在室温下水浸时间30 min,水浸液固比4：1,搅拌速率为300rpm,在此条件下,铟浸出率达到91%。采用响应曲面法对焙烧实验进行优化,得到以下结果：焙烧温度为208℃,酸矿比为0.51 ml/g,焙烧时间为93 min,铟浸出率为92.78%。以铟浸出率为评价指标,研究不同焙烧时间的硫酸化反应动力学,实验结果表明,铟的浸出行为符合多相液固反应动力学模型,可用1-2α/3-(1-α)2/3=kdt方程很好地拟合,反应的表观活化能为12.68 kJ/mol,为内扩散控制过程,其反应速率方程为：1+2(1-x)-3(1-x)2/3=kdt=4.08exp(-12680/RT)t。在相同条件下,铟浸出率比常规马弗炉焙烧和热酸浸出提高了8%和22%。(4)针对含铟浸出液成分及湿法冶金萃取过程的特点,开发了一种撞击流超重力液液萃取器。通过对超重力因子、撞击速度、喷嘴直径等操作参数以及动力驱动装置的合理设计,增加了超重力萃取反应器的可调参数,涡流挡板产生的负压及锥筒多孔板的共同作用保证了萃取传质的停留时间,增大了传质面积。通过对新萃取器传质性能的研究,该萃取设备的级效率高达99%。(5)利用撞击流超重力液液萃取器,开展硫酸体系铟浸出液的铟铁分离研究,实验考查了萃取剂浓度、两相流比、超重力因子等影响因素,得出在P204萃取剂浓度为25%,流比A/O=2：1,温度25℃,有机相流速为30 L/h,超重力因子为83的条件下,铟的萃取率可达到99%以上,铁的萃取率低于5%。铟铁分离因子高达3000以上,实现了铟铁的良好分离。此外,探索了负载铟有机相的反萃性能,以3 mol/L HCl作为反萃剂,在流比O/A=5：1,负载有机相流量为50L/h,超重力因子为103的条件下,铟的反萃率为99.6%。与其他萃取设备相比,超重力萃取器在保证高萃取率和高分离因子的同时,未发现有机相乳化和夹带的现象,具有较好的应用前景。综上所述,通过对课题的研究,达到了提高氧化锌烟尘中铟回收率的目的,实现了资源综合高效利用;丰富了微波焙烧矿物的基础理论,促进超重力技术向湿法冶金领域渗透；同时对于推动铟冶金行业的产业升级也具有十分重要的意义。