微波强化含铟包裹型烟尘浸出机理研究

As an important indium-bearing resources--from zinc hydrometallurgical process, zinc oxide flue dust(ZOFD) has the characteristics of complicated indium- carrying minerals and multi-components phases composition, the state-of-art technology appears the greatest bottleneck is lower recovery of indium. In this project, embedded indium-bearing flue dust was chosen as the research object. Microwave enhanced roast is used for recovery indium from ZOFD due to its special heating and capability in molecular level, and roasting mechanism research and metal ion migration mechanism of indium under microwave heating were investigated. The interaction mechanism of microwave selective heating on embedded minerals phase will be studied by means of analyzing the magnetic properties and the temperature rise characteristics of ZOFD in the microwave field. To build the dynamics model of enhanced roast process, the change rule of roasting reaction kinetic parameters and its influence on the diffusion coefficient of indium will be studied. The microscopic mechanism of indium metal ion migration process and the regulative mechanism between roasting and leaching process with multi-factor coupling will be established. This project will enrich and promote the theory of recovery indium under external field and provide theoretical basis for the application of new technology.

炼锌副产物氧化锌烟尘作为重要的含铟资源，因其载铟物相结构复杂、化学成分各异导致铟提取效率低。本项目以包裹型含铟氧化锌烟尘为研究对象，深入研究包裹型含铟氧化锌烟尘的物相组成与结构特点，结合微波焙烧具有体加热、选择性加热，可降低焙烧温度，破坏包裹体结构的诸多优势，拟开展微波低温硫酸化焙烧含铟氧化锌烟尘过程反应机理及组元溶出机制研究。通过研究包裹型烟尘的电磁特性及其在微波场中温升行为，揭示微波选择性加热对包裹体矿相作用机制；探索反应过程动力学参数变化规律及对铟溶出扩散系数的影响，构建微波焙烧过程的动力学模型；揭示微波低温硫酸化焙烧过程目标元素物相转化与组元迁移规律，建立微波硫酸化焙烧-湿法浸出多因素耦合调控机制。本项目旨在丰富和发展外场强化提铟理论，并为新技术应用提供理论支持。

氧化锌烟尘是铅冶炼还原渣和锌浸出渣等固体废料采用烟化炉烟化或回转窑挥发处理得到的中间产物，其中铟含量往往达到几百克吨甚至更高，是一种重要的铟二次资源。由于铅锌冶炼矿源不同，收集得到的氧化锌烟尘组分差异大，物相较为复杂，常规方法难以实现铟的高效浸出。因此，研究含铟氧化锌烟尘中铟的强化提取对缓解我国铟资源供求矛盾问题具有重要意义。本项目以典型湿法炼锌系统产生的含铟包裹型氧化锌烟尘为研究对象，基于微波的热效应和非热效应，提出了微波低温硫酸化焙烧含铟氧化锌烟尘的研究思路。在分析确定氧化锌烟尘元素组成和含铟物相与大宗物相的嵌布关系基础上，采用谐振腔微扰法测定了焙烧物料的微波介电特性，试验温度范围内介电损耗因子和损耗正切分别为0.15~3.52和0.06~1.11。采用微波中性辅助浸出富集氧化锌烟尘中的铟，在保证铟几乎不损失的情况下使铟的品位提高了 42.23%，构建了In-Fe-Zn-H2O系的E-pH图，当离子浓度较高时，离子稳定区面积减小、固体稳定区面积增大。采用微波焙烧处理和常规焙烧处理对比，发现微波低温硫酸化焙烧氧化锌烟尘可以提高铟浸出率至少8%以上，微波在促使含铟包裹体解离、促进少量硫化矿相在硫酸化过程的氧化反应等具有明显的强化作用；动力学研究表明常规焙烧和微波焙烧条件下反应的表观活化能分别为33.19 kJ•mol-1和12.68 kJ•mol-1，说明了经微波焙烧处理后氧化锌烟尘中铟的浸出过程由常规焙烧处理的混合控制变为内扩散控制，传质过程得到强化。系统地研究了主要参数对铟浸出率的交互影响规律，建立了各响应因子与响应值的数学模型，在最佳工艺参数条件下，铟浸出率预测值为92.89 %，实验验证铟浸出率为92.78%。项目研究结果丰富了微波强化复杂矿物的机制和理论体系，拓宽了微波冶金技术应用覆盖面。项目研究期限内，共发表论文7篇，其中SCI/EI收录4篇，北大中文核心论文3篇，申请国家发明专利5件，较好的完成了既定任务。