湿法冶金法从铅银渣中异步回收锌、铅银的试验研究

湿法冶金法从铅银渣中异步回收锌、铅银的试验研究摘要本研究针对铅银渣中锌、铅、银等有价金属的综合回收问题，提出了一种湿法冶金异步回收工艺。通过对铅银渣的物相分析，确定了锌主要以氧化锌及少量硫酸锌形态存在，铅银则主要以硫化物和金属单质形态赋存。基于此，试验采用“先锌后铅银”的分步浸出思路，首先通过优化条件下的酸性浸出实现锌的高效溶出与分离，随后对浸锌渣采用碱性硫化物体系浸出铅银。研究系统考察了各阶段浸出过程中的关键影响因素，如浸出剂浓度、液固比、反应温度、搅拌时间及pH值等，并确定了最佳工艺参数。结果表明，在优化条件下，锌的浸出率可达较高水平，铅银在锌浸出阶段损失率较低；浸锌渣经后续处理，铅银浸出率亦能达到理想效果。该异步回收工艺实现了锌与铅银的有效分离与分步回收，为铅银渣的资源化利用提供了一条可行的技术路径，具有较好的经济效益和环境效益。一、引言在有色金属冶炼过程中，会产生大量含有价金属的废渣，铅银渣便是其中一种典型代表。这类废渣若不加以回收利用，不仅造成宝贵金属资源的浪费，还可能因重金属溶出对环境构成潜在威胁。传统的火法处理工艺虽能回收部分铅银，但往往存在能耗高、污染大、锌回收率低等问题。湿法冶金技术因其选择性好、反应条件温和、环境污染相对较小等优势，在复杂矿渣的综合回收领域展现出良好的应用前景。目前，关于从铅银渣中回收铅银的研究较多，而对其中伴生锌的关注与高效回收技术相对匮乏。锌作为一种重要的有色金属，其在铅银渣中的含量虽不及铅银，但规模化回收仍具有显著的经济价值。鉴于铅银渣中各金属赋存状态的差异，同步浸出回收多种金属往往面临分离困难、药剂消耗大等挑战。因此，探索一种能够实现锌与铅银异步分离回收的湿法工艺，对于提高资源综合利用率、降低回收成本具有重要意义。本研究旨在通过试验研究，构建一套从铅银渣中异步回收锌、铅银的湿法冶金技术方案，并优化关键工艺参数，为实际生产应用提供理论依据与技术支撑。二、试验材料与方法2.1试验原料本试验所用铅银渣取自某铅冶炼企业烟化提锌后的布袋收尘灰，经干燥、研磨后过筛，取粒径小于0.074mm的样品作为试验原料。通过X射线荧光光谱分析（XRF）和化学多元素分析，其主要化学成分（质量分数）如下：Zn15.2%，Pb22.3%，Ag0.85%，Fe3.2%，S6.7%，SiO₂18.5%，以及少量其他杂质元素。X射线衍射（XRD）分析表明，渣中锌主要以ZnO、ZnSO₄·H₂O形态存在；铅主要以PbS、PbO及少量金属Pb形式存在；银则主要以Ag₂S和金属Ag形式赋存，且部分银包裹于铅矿物中。2.2试验药剂与设备试验所用药剂包括硫酸（分析纯）、氢氧化钠（分析纯）、硫化钠（分析纯）、双氧水（分析纯）等，均为市售。主要试验设备有：恒温磁力搅拌器、真空抽滤装置、pH计、原子吸收分光光度计（AAS）、X射线衍射仪（XRD）及扫描电子显微镜（SEM-EDS）。2.3试验方法与流程本研究提出的异步回收工艺流程主要包括：铅银渣→锌的选择性酸性浸出→过滤→锌浸出液（净化回收锌）→浸锌渣→铅银的碱性硫化浸出→过滤→铅银浸出液（分离回收铅银）→尾渣。锌的酸性浸出试验：称取一定量的铅银渣置于烧杯中，按设定液固比加入蒸馏水，然后缓慢加入一定浓度的硫酸溶液作为浸出剂，必要时加入少量双氧水作为氧化剂。将烧杯置于恒温磁力搅拌器上，在设定温度下搅拌反应一定时间。反应结束后，立即真空抽滤，分离得到锌浸出液和浸锌渣。分析浸出液中锌及主要杂质金属离子浓度，计算锌浸出率及铅银损失率。浸锌渣中铅银的碱性硫化浸出试验：将上述步骤得到的浸锌渣洗涤后，按设定液固比加入氢氧化钠溶液，搅拌均匀后加入一定量的硫化钠作为浸出剂。在设定温度下搅拌反应一定时间后，真空抽滤，得到铅银浸出液和最终尾渣。分析浸出液中铅、银浓度，计算铅、银浸出率。三、试验结果与讨论3.1锌的选择性酸性浸出试验结果与讨论3.1.1硫酸浓度对锌浸出率的影响在液固比4:1、浸出温度60℃、搅拌时间2h、搅拌速率400r/min的条件下，考察硫酸浓度（体积分数）对锌浸出率及铅银损失率的影响，结果如图1所示（此处省略实际图表，以文字描述）。随着硫酸浓度的增加，锌浸出率逐渐提高。当硫酸浓度从5%增加到15%时，锌浸出率从68.5%提升至92.3%；继续增加硫酸浓度至20%，锌浸出率仅微增至92.8%，增幅趋于平缓。这是因为当硫酸浓度较低时，H⁺浓度不足，无法充分溶解渣中的氧化锌及硫酸锌；随着H⁺浓度升高，溶解反应推动力增大，锌溶出速率加快。然而，过高的硫酸浓度会导致溶液酸度增强，可能使部分铁等杂质金属同步溶出，同时也会增加后续中和工序的药剂消耗。值得注意的是，随着硫酸浓度升高，铅的损失率也有小幅上升，从5%硫酸时的1.2%增至15%硫酸时的3.5%。这可能是由于部分PbO等易溶铅化合物在酸性条件下发生溶解。银的损失率始终维持在0.5%以下，表明在酸性浸出阶段，银基本不溶出，主要留在浸渣中。综合考虑锌浸出率和铅损失率，初步选定硫酸浓度为15%。3.1.2液固比对锌浸出率的影响固定硫酸浓度15%、浸出温度60℃、搅拌时间2h、搅拌速率400r/min，改变液固比（2:1、3:1、4:1、5:1、6:1）进行试验。结果显示，液固比从2:1增加到4:1时，锌浸出率显著提高，从79.2%升至92.3%。继续增大液固比至6:1，锌浸出率变化不大，维持在92.5%左右。液固比过小，矿浆黏度大，传质阻力增加，锌离子扩散困难，导致浸出不完全；液固比增大，矿浆流动性变好，传质条件改善，有利于锌的浸出。但液固比过大会导致浸出液中锌离子浓度降低，增加后续溶液处理的难度和成本。因此，选择适宜的液固比为4:1。3.1.3浸出温度对锌浸出率的影响在硫酸浓度15%、液固比4:1、搅拌时间2h、搅拌速率400r/min的条件下，考察浸出温度（30℃、45℃、60℃、75℃、90℃）的影响。结果表明，温度对锌浸出率有显著影响。在30℃时，锌浸出率仅为75.6%；随着温度升高至60℃，浸出率达到92.3%；进一步升温至90℃，浸出率略升至93.1%。升高温度能加快离子扩散速度和化学反应速率，从而促进锌的溶出。但60℃以后，温度对浸出率的提升作用已不明显，考虑到能耗成本，选择60℃作为适宜浸出温度。3.1.4浸出时间对锌浸出率的影响在上述优化条件（硫酸15%、液固比4:1、60℃、400r/min）下，考察浸出时间（30min、60min、90min、120min、150min）的影响。结果显示，锌浸出率随时间延长而增加。前60min内，锌浸出率快速提升至85.2%；120min时达到92.3%；继续延长至150min，浸出率仅增加0.5个百分点，表明反应已基本达到平衡。因此，确定最佳浸出时间为120min。综合上述试验结果，锌的最佳酸性浸出条件为：硫酸浓度15%（体积分数），液固比4:1，浸出温度60℃，搅拌时间2h，搅拌速率400r/min。在此条件下，锌的浸出率可达92.3%左右，铅损失率约3.5%，银损失率低于0.5%，实现了锌与铅银的初步有效分离。3.2浸锌渣中铅银的碱性硫化浸出试验结果与讨论浸锌渣经洗涤、干燥后，主要含有铅（以PbS、金属Pb为主）、银（以Ag₂S、金属Ag为主）以及大量脉石成分。针对此，试验采用氢氧化钠-硫化钠体系进行铅银的协同浸出。3.2.1硫化钠浓度对铅银浸出率的影响在NaOH浓度2mol/L、液固比5:1、浸出温度80℃、搅拌时间3h、搅拌速率400r/min的条件下，考察硫化钠浓度（以Na₂S·9H₂O计，质量浓度）对铅银浸出率的影响。结果表明，当硫化钠浓度从20g/L增加到60g/L时，铅浸出率从45.2%显著提高至89.6%，银浸出率从52.3%提高至91.5%；继续增加硫化钠浓度至80g/L，铅浸出率微增至90.2%，银浸出率达到92.1%。硫化钠作为配位剂，提供S²⁻离子，与Pb²⁺、Ag⁺形成稳定的[PbS₃]²⁻和[AgS]⁻等络合离子进入溶液。浓度过低，配位能力不足，铅银浸出不完全；浓度过高，不仅增加药剂成本，还可能导致溶液中硫离子过量，对后续铅银分离提纯产生不利影响。因此，选择硫化钠浓度为60g/L较为适宜。3.2.2氢氧化钠浓度对铅银浸出率的影响固定硫化钠浓度60g/L、液固比5:1、浸出温度80℃、搅拌时间3h、搅拌速率400r/min，改变NaOH浓度（1mol/L、2mol/L、3mol/L、4mol/L）进行试验。结果显示，NaOH浓度对铅银浸出率影响较大。当NaOH浓度从1mol/L增加到2mol/L时，铅浸出率从76.5%提升至89.6%，银浸出率从82.1%提升至91.5%；继续增加NaOH浓度至3mol/L，铅银浸出率分别为89.8%和91.8%，变化甚微。NaOH不仅为体系提供碱性环境，防止硫化物水解，还能溶解部分酸性脉石，并可能与铅形成某些羟基络合物。但过高的碱浓度会增加溶液黏度，且对设备腐蚀加剧。故选择NaOH浓度为2mol/L。3.2.3浸出温度与时间对铅银浸出率的影响在硫化钠60g/L、NaOH2mol/L、液固比5:1、搅拌速率400r/min的条件下，综合考察了浸出温度和时间的影响。结果表明，升高温度和延长时间均有利于铅银的浸出。在80℃条件下，反应2h时，铅银浸出率分别达到85.3%和88.7%；反应3h时，浸出率分别提升至89.6%和91.5%；继续延长至4h，浸出率提升不明显。在60℃时，即使反应4h，铅银浸出率也仅为82.1%和85.6%。因此，选择浸出温度80℃，浸出时间3h。在上述优化条件下，浸锌渣中铅的浸出率可达89.6%，银的浸出率可达91.5%，实现了铅银的高效浸出。四、结论1.针对铅银渣的特性，采用“先酸浸锌，后碱硫浸铅银”的湿法异步回收工艺是可行的。该工艺能有效实现锌与铅银的分步分离与回收，避免了同步浸出时的相互干扰。2.锌的最佳酸性浸出条件为：硫酸浓度15%（体积分数），液固比4:1，浸出温度60℃，搅拌时间2h，搅拌速率400r/min。在此条件下，锌的浸出率可达92.3%，铅损失率