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含銦氧化鋅煙塵高效提取銦及清潔工藝
在含銦氧化鋅煙塵工業(yè)處理過程中，一般采取硫酸直接浸出或硫酸熟化，再對鋅和銦分別進行回收，下面是小編搜集的一篇相關(guān)論文范文，供大家閱讀參考。
銦主要用于液晶顯示器主材上的銦錫氧化物透明導(dǎo)電膜[1].截至2013年底，全球銦探明儲量1.1萬t,主要分布于中國、秘魯和加拿大等國家[2-3].銦在自然界多伴生在硫化鋅礦中，隨著硫化鋅礦物的選礦和冶煉，銦最終富集于鋅冶煉副產(chǎn)物氧化鋅煙塵中[4-7].目前主要采取低酸浸出-溶劑萃取法從氧化鋅煙塵中提銦，該方法存在銦浸出率偏低、銦分離困難、酸浸渣與銦萃余液排放量大等問題[8-11].
為了解決上述問題，本文進行了“中性浸出-酸性浸出-溶劑萃取”提銦新工藝研究，在實現(xiàn)銦高效浸出的同時獲得高濃度銦浸出液，高效萃取分離提取銦，完成含銦氧化鋅煙塵高效提取銦和綜合處理各有價元素的清潔工藝流程。
1、試驗
1.1試驗原料
本試驗所用的氧化鋅煙塵取自河南某鉛冶煉廠，含In753.408g/t,主要成分(%)：F0.603、Na5.159、S5.095、Cl34.029、K7.948、Fe0.648、Cu0.058、Zn15.596、Cd0.349、Sn0.410、Pb20.255、Bi0.392.物相分析表明，該氧化鋅煙塵礦物組成簡單，主要金屬元素為鉛和鋅，物料組成主要為鉛、鋅化合物，如ZnO,PbS和ZnS等，并且氧化鋅煙塵的顆粒尺寸都非常細小，回收難度大。
1.2試驗方法
1.2.1浸出
稱取50g物料置于1L圓底燒瓶中，按照試驗液固比加入去離子水，用硫酸調(diào)整浸出體系酸度，置于水浴鍋中進行浸出，由于浸出物顆粒小，容易漂浮，因此采用機械攪拌方式，并盡量使轉(zhuǎn)速達到最大值。浸出結(jié)束后過濾，浸出渣洗滌、烘干后稱量，并測定浸出渣中的鋅、銦含量，計算鋅、銦的浸出率。浸出試驗主要考察液固比、浸出體系初始酸度、浸出溫度和浸出時間對鋅、銦浸出率的影響。
1.2.2溶劑萃取
采用溶劑萃取法提取酸浸液中的銦，萃取試驗在室溫下進行，按試驗條件在水相溶液中加入萃取有機相并置于分液漏斗中，在振蕩器上振蕩一定時間，使水相與萃取有機相充分混合接觸，隨后靜置分相，從分液漏斗下部緩慢排除萃余液，采用原子吸收法分析其中的銦含量，計算銦的萃取率。萃取試驗主要考察萃取劑組成、攪拌時間、萃取相比和浸出液酸度對銦萃取率的影響。
2、試驗結(jié)果與討論
2.1浸出和溶解
在含銦氧化鋅煙塵工業(yè)處理過程中，為獲得高的銦浸出率，一般采取硫酸直接浸出或硫酸熟化，再對鋅和銦分別進行回收，這樣得到的浸出液含鋅濃度較高而含銦濃度不高，如果直接用于萃取，會大大增加萃取環(huán)節(jié)負荷和萃取難度，造成銦和鋅的回收率低下。本文采用在低酸條件下將鋅絕大部分浸出而銦不浸出，這樣除掉物料中大量的鋅后，再在高酸度條件下浸出銦，從而使鋅與銦溶液的分離得到簡化，可以有效提高銦在萃取過程中的回收率。
2.1.1中性浸出
以液固比10∶1、浸出時間2h、初始酸度0.16mol/L、浸出溫度60℃為預(yù)定條件，采用單因素控制變量法分別研究浸出溫度、液固比、初始酸度和浸出時間對鋅和銦浸出率的影響，結(jié)果如圖1所示。
由圖1可以看出，浸出溫度和時間對中性浸出的浸出率影響不大，而液固比和硫酸濃度對鋅的浸出有明顯影響，整個試驗過程中銦的浸出微弱。
當(dāng)液固比低于10∶1時，鋅浸出率隨著液固比的增加而升高，銦則一直未被浸出。當(dāng)液固比大于10∶1后，隨著液固比繼續(xù)增大，鋅的浸出率增長緩慢，而銦的浸出率則急劇增加，因此最佳液固比為10∶1.當(dāng)硫酸濃度低于0.16mol/L時，鋅浸出率隨著酸度的增加而升高，繼續(xù)增加酸度，鋅浸出率基本沒有變化;而在酸度大于0.16mol/L時，銦浸出率急劇增加。因此最佳浸出酸度為0.16mol/L.
根據(jù)以上分析和實際需要，確定了中性浸出的最優(yōu)條件為：浸出溫度60℃、液固比10∶1、硫酸酸度0.16mol/L、浸出時間30min,在該優(yōu)化條件下進行綜合試驗驗證，獲得94.7%的鋅浸出率。中性浸出渣化學(xué)成分(%)：In0.1254、S7.21、Fe4.32、Zn1.36、Pb32.51.可以看出，中性浸出渣中鋅含量大幅降低，而銦含量則得到富集，達到了從源頭選擇性分離鋅的目標(biāo)，為后續(xù)高效浸出銦創(chuàng)造了條件。
2.1.2酸性浸出
酸性浸出試驗在浸出溫度70℃、液固比6∶1、硫酸濃度0.7mol/L、時間2h的預(yù)定條件進行，主要考察浸出溫度、液固比、酸度和浸出時間對鋅、銦浸出率的影響，結(jié)果如圖2所示。
從圖2c可知，硫酸濃度在0.5~0.9mol/L的范圍內(nèi)，銦浸出率快速上升。因此，若要使銦離子能充分進入溶液，就要提高硫酸的濃度。當(dāng)硫酸濃度為0.8mol/L時，銦浸出率達到了較高值，繼續(xù)增大硫酸濃度，銦的浸出率沒有顯著的變化，若再升高酸度，將會有硫酸鉛產(chǎn)生，對浸出體系不利，因此選擇硫酸濃度為0.8mol/L.
從圖2d可以看出，當(dāng)浸出時間從0.5h增加至2.0h時，銦浸出率呈快速增長趨勢，隨著浸出時間繼續(xù)延長，銦浸出率增長不再明顯，考慮到經(jīng)濟成本，確定浸出時間為2.0h.
由此可以確定酸性浸出最佳條件為：浸出溫度70℃、液固比6∶1、硫酸酸度0.8mol/L、浸出時間2.0h,在此最佳條件下可獲得91.65%的銦浸出率，基本實現(xiàn)了銦的高效浸出。
2.2溶劑萃取
2.2.1萃取劑濃度對萃取銦的影響
在萃取時間2min、相比A/O=6、[H+]=1.2mol/L的固定條件下，通過加入磺化煤油作為稀釋劑，調(diào)整P204在有機相中的濃度由5%至30%,考察萃取劑對銦萃取的影響。結(jié)果表明，當(dāng)P204濃度分別為5%、10%、20%、25%、30%時，萃余液中銦的濃度分別為80、80、40、30、30mg/L;銦萃取率分別為85.7%、85.7%、92.9%、94.6%、94.6%.
分析上述數(shù)據(jù)可得，P204在有機相中含量從5%至10%時，銦萃取率變化不大;當(dāng)P204含量超過10%后，銦浸出率逐漸增加;當(dāng)P204含量增至20%后，隨著P204在有機相中含量繼續(xù)增加，銦萃取率增長速率變緩。另外，隨著萃取劑含量的增加，有機相密度稍有上升，兩相分層時間也會逐漸延長，不利于分層。因此從反應(yīng)效率和生產(chǎn)經(jīng)濟化上考慮，采用20%P204+80%磺化煤油的有機相最適合萃取銦。
2.2.2萃取相比對萃取銦的影響
在有機相組成20%P204+80%磺化煤油、萃取時間2min、[H+]=1.2mol/L的條件下，通過控制有機相的加入量，調(diào)整水相與有機相的體積比，即改變萃取相比，考察萃取水相/油相(A/O)相比對銦萃取的影響。結(jié)果表明，當(dāng)相比分別為2、4、6、8時，萃余液中銦的濃度分別為20、20、50、100mg/L;銦萃取率分別為96.4%、96.4%、91.1%、82.1%.
可以看出，隨著萃取相比的增加，銦萃取率隨之下降。相比較低時，有機相體積較大，雖然萃取率高，但有機相中銦含量偏低，富集倍數(shù)小，所需分層時間較長，且會增大萃取劑的用量，所以萃取的最佳相比為4.
2.2.3初始酸度對萃取銦的影響
P204萃取銦的過程中會不斷釋出H+,所以提高pH有利于銦的萃取，但過高的pH會造成銦及溶液中的雜質(zhì)離子水解，并在萃取過程中發(fā)生乳化，使得兩相分層因難，萃取率降低。
試驗將浸出液用硫酸調(diào)節(jié)至不同酸度后用P204萃取，試驗條件為萃取時間2min、機相組成20%P204+80%磺化煤油、A/O=4.當(dāng)初始酸度(H+濃度)分別為0.5、1.0、1.5、2.0、3.0mol/L時，萃余液中銦的濃度分別為30、30、50、100、145mg/L;銦萃取率分別為94.6%、94.6%、91.1%、82.1%、74.1%.
結(jié)果表明，當(dāng)H+濃度為0.5mol/L時，兩相中間已有少量乳化，分層并不清晰，在此酸度下并不適宜銦的萃取，當(dāng)[H+]=1.0~1.5mol/L時，分層明顯，萃取率都在90%以上，當(dāng)[H+]提高至2mol/L以后，萃取率急劇下降，因此萃取酸度應(yīng)當(dāng)控制在H+濃度為1.0~1.5mol/L.
3、結(jié)論
1)中性浸出的最優(yōu)條件為：浸出溫度60℃、液固比10∶1、硫酸酸度0.16mol/L、浸出時間30min,在該優(yōu)化條件下，鋅浸出率達到94.7%,而銦基本不被浸出。
2)酸性浸出最佳條件為：浸出溫度70℃、液固比6∶1、硫酸酸度0.8mol/L、浸出時間2.0h,在此最佳條件下銦浸出率達到91.6%.
3)對含銦浸出液進行溶劑萃取的最佳條件為：有機相組成20%P204+80%磺化煤油、萃取相比A/O=4、初始酸度(H+濃度)1.0~1.5mol/L,銦的單級萃取率可達90%以上。
4)采用“中性浸出-酸性浸出-溶劑萃取”提銦新工藝，可以實現(xiàn)銦的高效浸出與萃取，以及與鋅的分離。(圖略)
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