機械活化強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、銦是一種具有獨特物化性能的稀散金屬,是重要的戰(zhàn)略資源。隨著世界對銦需求量的快速增長,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,在鋅焙砂中易通過置換鐵離子或填隙的方式進入鐵酸鋅的晶格,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,避免傳統強化浸出法的難操作性及環(huán)境污染,本文提出了采用機械活化手段強化鋅浸渣中提取鋅、銦的新方法。為了排除鋅浸渣

2、中其它雜質組分的干擾,準確研究機械活化對銦鐵酸鋅物化性質及浸出行為的影響,本文首先以人工合成的高純銦鐵酸鋅為對象,研究機械活化強化鋅、銦浸出的過程機理;同時以稀酸處理后的中浸渣(簡稱為酸浸渣)為原料進行相關研究,將其結果與合成礦物相的研究結果相比較,并在此基礎上進行機械活化強化中浸渣浸出銦、鋅的工藝研究。主要研究內容及研究結果如下:
　　 (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,采用高溫燒結的方法合

3、成含銦量與實際礦物相同的高純銦鐵酸鋅,并通過X射線衍射(XRD)分析確定合成產物是否與實際礦物中的鐵酸鋅具有相同的物相結構。結果表明,在滾筒磨干法混料、第一次燒結時間為4h、燒結溫度為1000℃的優(yōu)化條件下,合成產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),說明兩者有相同的物相結構。經高溫燒結后銦進入鐵酸鋅的晶格中,即為銦鐵酸鋅。
　　 (2)機械活化對銦鐵酸鋅物化性質及浸出動力學的影響。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械活化對銦鐵酸鋅物化性質的影響,并以銦、鋅的浸出率為評價指標,研究不同活化時間的銦鐵酸鋅在硫酸溶液中的浸出特性和動力學。研究表明,機械活化使銦鐵酸鋅的衍射峰寬化,衍射強度下降,非晶率明顯增加,顆粒表面變粗糙并出現絮狀物,粒度減小,比表面積增大,這些變化增強了銦鐵酸鋅的反應活性,降低了浸出過程對反應溫度和硫酸濃度的依賴性。經機械活化30、60min后,銦鐵酸鋅與硫酸反應時鋅浸出的

5、表觀活化能由未活化時的76.4kJ/mol分別降至58.6、51.8kJ/mol,表觀反應級數由原來的0.79分別降至0.62、0.59;銦浸出的表觀活化能由未活化時的68.8kJ/mol分別降至54.4、44.7kJ/mol,表觀反應級數由原來的0.69分別降至0.58、0.54。
　　 (3)機械活化對酸浸渣物化性質及浸出動力學的影響。在高純銦鐵酸鋅動力學理論的研究基礎上,進一步考察機械活化對含銦鐵酸鋅的實際礦物——酸浸渣的

6、物化性質、浸出行為及浸出動力學的影響。研究結果表明,酸浸渣經機械活化后其物化性質發(fā)生明顯改變,與機械活化后銦鐵酸鋅物化性質的變化較為相似。但酸浸渣中的雜質組分在一定程度上影響了機械活化裝置對目標組分的活化,使在相同時間內機械活化對酸浸渣的活化效果遜于對銦鐵酸鋅的活化效果。機械活化降低了酸浸渣浸出過程對反應溫度的依賴性,但對硫酸濃度的依賴性沒有明顯降低。根據動力學實驗數據求得未活化、活化30和60min的酸浸渣與硫酸反應時鋅浸出的表觀活化

7、能分別為56.6、36.1和29.9kJ/mol,表觀反應級數分別為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,表觀反應級數分別為0.52、0.51和0.51。
　　 (4)機械活化中浸渣浸出鋅、銦的工藝研究。在以上動力學理論的研究基礎上,以未處理的中浸渣為原料,采用單因素實驗對比研究了反應溫度、攪拌轉速、反應時間、硫酸濃度、液固比等因素在常規(guī)自熱浸出、常規(guī)恒溫浸出和機械活化浸

8、出三種浸出方式中對中浸渣浸出鋅、銦的影響。對不同的浸出方式,各因素對中浸渣中鋅、銦浸出行為的影響各不相同。機械活化可有效強化中浸渣的浸出過程,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上,采用Box-Behnken響應面法對中浸渣邊磨邊浸進行優(yōu)化實驗設計,通過實驗數據擬合得到活化反應時間、硫酸濃度、液固比、攪拌轉速四個影響因素與鋅、銦浸出率之間的二次多項式模型方程。利用擬合的模型方程預測出邊磨邊浸強化中浸渣浸出鋅、銦的最

9、優(yōu)實驗條件為:活化反應時間150min,硫酸濃度1.32mol/L,液固比6.12,攪拌轉速600r/min,預測最佳實驗條件下鋅、銦浸出率分別為86.7％、95.0％。在最佳實驗條件下進行驗證實驗,其鋅、銦浸出率的平均值分別為87.3％、94.8％,與模型方程預測值相吻合。通過儀器分析可知邊磨邊浸后中浸渣的物化性質也發(fā)生了明顯改變,并由此提高中浸渣的反應活性。
　　 機械活化對高純銦鐵酸鋅及鋅浸渣的物化性質、浸出行為及浸出動力