从黄钾铁矾渣中回收锌铟①宁顺明陈志飞(长沙矿冶研究院,长沙410012)摘要由黄钾铁矾渣在焙解过程的化学变化,确定回收锌铟的适宜焙解温度为421.5～670℃。实验表明黄钾铁矾渣中铁酸锌转化为可溶硫酸锌的转化率随焙解温度升高而增加,可浸出的铟由焙解温度和时间决定。当温度为560～620℃、时间为30～10min时,锌的浸出率为80%、铟为90%。关键词黄钾铁矾锌铟我国铟资源十分丰富,金属铟的储量居世界第一,主要赋存在锌矿物中。从锌精矿回收铟的工艺如下:锌精矿在沸腾炉焙烧后,经中性、低酸和高酸浸出,锌集中在中性浸出液中,可经净化后电积提锌[1];铟集中在低酸浸出液中。为提取铟,一种方法是直接从低酸浸出液中萃取,另一种方法是以黄钾铁矾法沉铁[2],锌焙砂为中和剂,硫酸钠为添加剂,铟以类质同像与铁共晶,In3+置换铁矾中的Fe3+进入黄钾铁矾中。黄钾铁矾沉淀过滤后,得黄钾铁矾渣(其中有黄钾铁矾、锌焙砂和各种杂质),黄钾铁矾渣经低温焙解、低酸浸出,再经萃取而获得铟。黄钾铁矾渣中的铟主要以两种形态存在。低酸浸出液中的铟以类质同像进入黄钾铁矾晶格中,低温焙解时,矾晶格破坏,铟以硫酸铟形态进入浸出液中,可萃取回收;沉矾用焙砂中以尖晶石形态存在的锌和铟,在沉矾条件下很少溶解,以固体小颗粒混杂于黄钾铁矾渣中。这部分锌、铟各占锌精矿中总锌、铟的3.5%和30%,它们在焙解过程中能否转化为可被浸出的形态,直接关系到锌、铟冶炼回收率和企业的经济效益。本文研究从黄钾铁矾渣中回收锌铟的焙解条件,应用热分析法探讨黄钾铁矾在焙解过程中发生的化学变化,确定焙解的温度范围;对黄钾铁矾渣焙解前后的锌、铁进行物相分析,得出了铁酸锌的转化率与焙解温度和时间之间的关系。1实验部分实验用黄钾铁矾渣的主要成分如下:Zn11.16%(其中铁酸锌含锌为5.88%)、Fe28.91%、In0.18%、S9.85%、Na2.74%、结晶水为10.33%。实验用DuPont900型热分析仪进行差热(DTA)和热重(TGA)分析,用D/max2rc衍射仪进行结构分析,研究黄钾铁矾渣在焙解过程中的热学性质和化学变化。黄钾铁矾渣在SX24210型箱式电阻炉中进行焙解,焙解料进行物相分析,以测定铁酸锌转化为硫酸锌的转化率。由稀硫酸低温浸出焙解物料的浸出渣和浸出液成分,确定锌、铟的浸出效果。2实验结果与讨论2.1黄钾铁矾渣的热分析黄钾铁矾渣在100～700℃范围内进行差热分析和热重分析,如图1。在DTA曲线上,265℃处出现第一个吸热峰,纯的含铟黄钾铁矾没有此吸热峰,这是黄第7卷第3期Vol.7No.3中国有色金属学报TheChineseJournalofNonferrousMetals1997年9月Sep.1997①收稿日期:1996-09-14;修回日期;1996-11-21宁顺明,男,38岁,高级工程师©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.钾铁矾渣中硫酸锌结晶水的脱除,反应式为ZnSO4·XH2OZnSO4+XH2O根据TGA曲线上失重(约1.44%)和渣中锌物相分析(ZnSO4中的锌为5.08%)可计算得100℃干燥后黄钾铁矾渣中硫酸锌为一水合物。图1黄钾铁矾渣的热分析曲线DTA曲线在412.5℃上出现第二个吸热峰,此时样品经X衍射,开始出现α2Fe2O3的弱散射线,在TGA曲线上表现了相应的失重,表明矾晶格破坏,矾结晶水被脱除,α2Fe2O3开始生成。相应的反应式如下[3,4]:2NaFe3(SO4)2(OH)6Na2SO4·Fe2(SO4)3+2Fe2O3+6H2O(2)DAT曲线在670℃处出现第三个吸热峰,衍射照片上α2Fe2O3的衍射更为明显,表明硫酸盐分解加剧,形成大量α2Fe2O3晶体。反应式如下:Na2SO4·Fe2(SO4)3Na2SO4+Fe2O3+3SO3(3)同时可以检验出In2O3和In2O3·α2Fe2O3的X衍射线。In2O3是难溶于稀硫酸的,特别是当In2O3与α2Fe2O3形成固溶体后,就更难以浸出了。焙解黄钾铁矾渣,首先要使黄钾铁矾分解,同时,不能使In2(SO4)3分解成In2O3(在高于600℃时有可能分解[5])。因此,焙解温度应控制在第二个吸热峰(412.5℃)之上,并在第三个吸热峰(670℃)之下。2.2铁酸锌焙解转化与温度的关系黄钾铁矾渣在焙解过程中,铁酸锌(ZnO·Fe2O3)与硫酸铁能发生如下反应:ZnO·Fe2O3+Fe2(SO4)32Fe2O3+ZnSO4+2SO3(4)进行锌的物相分析,测定黄钾铁矾渣焙解前后ZnO·Fe2O3的含量,就可计算式(4)中ZnO·Fe2O3转化为ZnSO4的转化率。表1列出不同焙解温度、相同焙解时间(30min)下,ZnO·Fe2O3转化率的实验结...
