機(jī)械活化強(qiáng)化含銦鐵酸鋅的鋅浸渣中鋅、銦浸出的理論及工藝研究.pdf

1、銦是一種具有獨(dú)特物化性能的稀散金屬,是重要的戰(zhàn)略資源。隨著世界對(duì)銦需求量的快速增長(zhǎng),富銦資源逐漸枯竭,貧銦物料逐步成為銦的主要資源。銦主要伴生于硫化鋅礦中,在鋅焙砂中易通過(guò)置換鐵離子或填隙的方式進(jìn)入鐵酸鋅的晶格,以銦鐵酸鋅的形式存在于鋅浸渣(包括中性浸出渣和酸性浸出渣)中。為了從含銦鐵酸鋅這一難浸物相的鋅浸渣中有效回收鋅和銦,避免傳統(tǒng)強(qiáng)化浸出法的難操作性及環(huán)境污染,本文提出了采用機(jī)械活化手段強(qiáng)化鋅浸渣中提取鋅、銦的新方法。為了排除鋅浸渣

2、中其它雜質(zhì)組分的干擾,準(zhǔn)確研究機(jī)械活化對(duì)銦鐵酸鋅物化性質(zhì)及浸出行為的影響,本文首先以人工合成的高純銦鐵酸鋅為對(duì)象,研究機(jī)械活化強(qiáng)化鋅、銦浸出的過(guò)程機(jī)理;同時(shí)以稀酸處理后的中浸渣(簡(jiǎn)稱為酸浸渣)為原料進(jìn)行相關(guān)研究,將其結(jié)果與合成礦物相的研究結(jié)果相比較,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行機(jī)械活化強(qiáng)化中浸渣浸出銦、鋅的工藝研究。主要研究?jī)?nèi)容及研究結(jié)果如下:
　　 (1)高純銦鐵酸鋅的合成。以高純度的氧化鋅、α-氧化鐵和氧化銦為原料,采用高溫?zé)Y(jié)的方法合

3、成含銦量與實(shí)際礦物相同的高純銦鐵酸鋅,并通過(guò)X射線衍射(XRD)分析確定合成產(chǎn)物是否與實(shí)際礦物中的鐵酸鋅具有相同的物相結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明,在滾筒磨干法混料、第一次燒結(jié)時(shí)間為4h、燒結(jié)溫度為1000℃的優(yōu)化條件下,合成產(chǎn)物與硫化鋅礦焙燒后形成的鐵酸鋅具有相同的特征峰(PDF22-1012),說(shuō)明兩者有相同的物相結(jié)構(gòu)。經(jīng)高溫?zé)Y(jié)后銦進(jìn)入鐵酸鋅的晶格中,即為銦鐵酸鋅。
　　 (2)機(jī)械活化對(duì)銦鐵酸鋅物化性質(zhì)及浸出動(dòng)力學(xué)的影響。采用XRD、

4、掃描電鏡(SEM)、比表面積分析儀和激光粒度分析儀分別考察機(jī)械活化對(duì)銦鐵酸鋅物化性質(zhì)的影響,并以銦、鋅的浸出率為評(píng)價(jià)指標(biāo),研究不同活化時(shí)間的銦鐵酸鋅在硫酸溶液中的浸出特性和動(dòng)力學(xué)。研究表明,機(jī)械活化使銦鐵酸鋅的衍射峰寬化,衍射強(qiáng)度下降,非晶率明顯增加,顆粒表面變粗糙并出現(xiàn)絮狀物,粒度減小,比表面積增大,這些變化增強(qiáng)了銦鐵酸鋅的反應(yīng)活性,降低了浸出過(guò)程對(duì)反應(yīng)溫度和硫酸濃度的依賴性。經(jīng)機(jī)械活化30、60min后,銦鐵酸鋅與硫酸反應(yīng)時(shí)鋅浸出的

5、表觀活化能由未活化時(shí)的76.4kJ/mol分別降至58.6、51.8kJ/mol,表觀反應(yīng)級(jí)數(shù)由原來(lái)的0.79分別降至0.62、0.59;銦浸出的表觀活化能由未活化時(shí)的68.8kJ/mol分別降至54.4、44.7kJ/mol,表觀反應(yīng)級(jí)數(shù)由原來(lái)的0.69分別降至0.58、0.54。
　　 (3)機(jī)械活化對(duì)酸浸渣物化性質(zhì)及浸出動(dòng)力學(xué)的影響。在高純銦鐵酸鋅動(dòng)力學(xué)理論的研究基礎(chǔ)上,進(jìn)一步考察機(jī)械活化對(duì)含銦鐵酸鋅的實(shí)際礦物——酸浸渣的

6、物化性質(zhì)、浸出行為及浸出動(dòng)力學(xué)的影響。研究結(jié)果表明,酸浸渣經(jīng)機(jī)械活化后其物化性質(zhì)發(fā)生明顯改變,與機(jī)械活化后銦鐵酸鋅物化性質(zhì)的變化較為相似。但酸浸渣中的雜質(zhì)組分在一定程度上影響了機(jī)械活化裝置對(duì)目標(biāo)組分的活化,使在相同時(shí)間內(nèi)機(jī)械活化對(duì)酸浸渣的活化效果遜于對(duì)銦鐵酸鋅的活化效果。機(jī)械活化降低了酸浸渣浸出過(guò)程對(duì)反應(yīng)溫度的依賴性,但對(duì)硫酸濃度的依賴性沒(méi)有明顯降低。根據(jù)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求得未活化、活化30和60min的酸浸渣與硫酸反應(yīng)時(shí)鋅浸出的表觀活化

7、能分別為56.6、36.1和29.9kJ/mol,表觀反應(yīng)級(jí)數(shù)分別為0.34、0.30和0.29;銦浸出的表觀活化能分別為39.3、32.1和30.4kJ/mol,表觀反應(yīng)級(jí)數(shù)分別為0.52、0.51和0.51。
　　 (4)機(jī)械活化中浸渣浸出鋅、銦的工藝研究。在以上動(dòng)力學(xué)理論的研究基礎(chǔ)上,以未處理的中浸渣為原料,采用單因素實(shí)驗(yàn)對(duì)比研究了反應(yīng)溫度、攪拌轉(zhuǎn)速、反應(yīng)時(shí)間、硫酸濃度、液固比等因素在常規(guī)自熱浸出、常規(guī)恒溫浸出和機(jī)械活化浸

8、出三種浸出方式中對(duì)中浸渣浸出鋅、銦的影響。對(duì)不同的浸出方式,各因素對(duì)中浸渣中鋅、銦浸出行為的影響各不相同。機(jī)械活化可有效強(qiáng)化中浸渣的浸出過(guò)程,且邊磨邊浸比先磨后浸具有更好的活化效果。在單因素研究的基礎(chǔ)上,采用Box-Behnken響應(yīng)面法對(duì)中浸渣邊磨邊浸進(jìn)行優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到活化反應(yīng)時(shí)間、硫酸濃度、液固比、攪拌轉(zhuǎn)速四個(gè)影響因素與鋅、銦浸出率之間的二次多項(xiàng)式模型方程。利用擬合的模型方程預(yù)測(cè)出邊磨邊浸強(qiáng)化中浸渣浸出鋅、銦的最

9、優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件為:活化反應(yīng)時(shí)間150min,硫酸濃度1.32mol/L,液固比6.12,攪拌轉(zhuǎn)速600r/min,預(yù)測(cè)最佳實(shí)驗(yàn)條件下鋅、銦浸出率分別為86.7％、95.0％。在最佳實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),其鋅、銦浸出率的平均值分別為87.3％、94.8％,與模型方程預(yù)測(cè)值相吻合。通過(guò)儀器分析可知邊磨邊浸后中浸渣的物化性質(zhì)也發(fā)生了明顯改變,并由此提高中浸渣的反應(yīng)活性。
　　 機(jī)械活化對(duì)高純銦鐵酸鋅及鋅浸渣的物化性質(zhì)、浸出行為及浸出動(dòng)力