摘要
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0~3mol/L以及pH值在6~12范围内的热力学变化趋势平衡图。结果表明，pH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≤pH≤8时，随pH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≤pH≤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≤pH≤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（ZnSO4）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=3mol·L-1，反应温度为130℃，pH值为8，搅拌速度r=600r/min，反应压力2.5MPa。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11.60mg·L-1、12.98mg·L-1、4.64mg·L-1、3.13mg·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、ZnSO4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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