一种从锌浸渣中用强磁场复合超声浸出镓锗的方法及装置

本发明涉及冶金，尤其是涉及一种从锌浸渣中用强磁场复合超声浸出镓锗的方法及装置。

背景技术：

1、镓(ga)和锗(ge)是用于众多高科技领域的国家重要战略资源，比如半导体、红外光学、生物医学以及催化剂领域。截止今日，仍没有在自然界发现独立的ga、ge原矿，但这些稀散金属可以从有色金属矿材的冶金过程，比如：锌矿、铅矿和铝矿中作为副产物进行回收。

2、锌精矿是典型的湿法冶金回收锌过程的副产物，通常以zn、sio2、cu、fe和pb作为主要元素，且含0.2～0.5wt.％ge和0.3～0.4wt.％ga，ga和ge元素与fe和sio2游离或结合的方式存在，ga和ge很难从这些结合物中进行分离和回收，当前对于从锌精矿中回收ga和ge的工业化流程还有待优化，特别是对于ge的回收率很低。

3、针对矿物中稀散金属的浸出，常见方法有：(1)湿法工艺：常压酸浸法、高压硫酸浸法、硫酸熟化法和碱浸法。(2)火法工艺：烟化挥发法和真空蒸馏法。(3)火法-湿法联合工艺：还原分选-锈蚀法、碱熔-酸浸法。但是这些方法普遍存在浸出率低、对温度和ph值要求高、处理量小、锌的挥发率高、产生的废渣及用过的试剂难于处理造成一定的环境污染等问题。鉴于铅锌矿中ga和ge存在的特殊性，ga和ge以类质同象、吸附状态和细微粒独立矿物等形式存在，化学性能稳定，很难利用常压酸浸法或火法处理方法进行有效浸出。ga和ge在锌浸渣中的分布较分散，提取比较困难。ga和ge的存在形态和方式，是否与外加试剂发生作用，对浸出后ga和ge是否容易萃取都有重要影响。因此亟需一种不受外加试剂的影响而提高ga和ge浸出率的方法及装置。

4、研究表明1t的磁场产生的能量是11.2j/mol，与常规化学反应活化能相比可以忽略，但当磁场强度足够大时候，达到几十t时，磁场与反应物分子的作用能量可以达到几十焦耳，这足以对一些常规的化学反应产生显著作用。超声波是一种声波，属于机械波，由物质在传播介质中以较高频率振动产生，20～1000khz的超声波与物质相互作用时，会造成相位、振幅等的快速变化，引起传播介质的理化特性、生物特性或状态的改变，或带来此种改变进程的加快，而产生一系列效应：如机械力学、物理热学、化学、电学和生物等。这些效应可以普遍归结为以下三种基本作用：热作用，机械作用及空化作用。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种从锌浸渣中用强磁场复合超声浸出镓锗的方法及装置。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、本发明的技术方案之一为提供一种从锌浸渣中用强磁场复合超声浸出镓锗的方法，包括如下步骤：

4、s1、将锌粉置换渣饼烘干、研磨，得到锌粉置换渣粉；

5、s2、将s1步骤得到的锌粉置换渣粉与低浓度硫酸混合后密封，在磁场环境下，加热、通入氧气，并进行搅拌、超声，过滤后得到第一段酸浸渣和第一段酸浸液；

6、s3、将s2步骤得到的第一段酸浸渣与高浓度硫酸混合后密封，在磁场环境下，加热、通入氧气，并进行搅拌、超声，过滤后得到第二段酸浸渣和第二段酸浸液；

7、s4、将s3步骤得到的第二段酸浸渣烘干，即得到浸出镓和锗的锌粉置换渣。

8、进一步地，s2步骤中，低浓度硫酸的浓度为20g/l，低浓度硫酸与锌粉置换渣粉的比例为(5ml：1g)～(20ml：1g)。

9、进一步地，s3步骤中，高浓度硫酸的浓度为200g/l，高浓度硫酸与第一段酸浸渣的比例为(5ml：1g)～(20ml：1g)。

10、进一步地，s2和s3步骤中，磁场的强度为1～40t；加热的温度为0～1000℃；氧气压力为0.65mpa；搅拌的转速为1～2000r/min；超声的功率为1～1000w，超声的频率为20khz。

11、本发明的技术方案之二为提供一种从锌浸渣中用强磁场复合超声浸出镓锗的装置，实施如上述技术方案之一所述的从锌浸渣中用强磁场复合超声浸出镓锗的方法，包括反应装置、用于搅动所述反应装置内物料的搅拌装置、超声装置、以及用于为所述反应装置提供强磁场的磁场发生装置，

12、所述反应装置包括反应釜体、设于所述反应釜体内的反应釜内衬、设于所述反应釜内衬外的加热套、用于测量所述反应釜内衬温度的热电偶、用于测量所述反应釜内衬压力的压力传感器探头以及用于通氧的氧气阀；

13、所述超声装置包括设于所述反应釜内衬内壁的超声丝以及与所述超声丝连接的超声发生器。

14、所述超声丝为超声作用装置，释放从超声发生器传输的超声功率以及超声频率，作用于与所述超声丝直接或间接接触的混合溶液。

15、进一步地，所述搅拌装置包括磁耦搅拌器、搅拌桨以及连接所述磁耦搅拌器和搅拌桨的联动轴。

16、更进一步地，所述联动轴上还套有轴保护套和轴保护架。所述轴保护套用于直接保护所述联动轴，使得其在受到外力碰撞时，具有一定的缓冲力。所述轴保护架则是为所述联动轴提供一定的支撑作用，以及保护设于所述联动轴上的零部件，如真空密封及测试表头等易受外力碰撞后灵敏度受损的零部件。

17、进一步地，所述磁场发生装置包括超导磁体。

18、更进一步地，所述磁场发生装置还包括与所述超导磁体连接并用于所述超导磁体降温的自循环水冷机。

19、进一步地，所述反应釜内衬选用聚四氟乙烯材料或哈氏合金材料。

20、进一步地，所述超声装置还与超声控制器连接，所述超声控制器用于调节超声功率、超声时间、超声方式等；所述磁耦搅拌器还与多功能控制机连接，所述多功能控制机用于调节搅拌转速、搅拌时间等；所述超磁导体还与磁场控制器连接，所述磁场控制器用于调节磁场强度、实时检测磁场强度等。

21、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

22、(1)研究表明1t的磁场产生的能量是11.2j/mol，与常规化学反应活化能相比可以忽略，但当磁场强度足够大时即达到几十t时，磁场与反应物分子的能力可以达到几十焦耳，这足以对一些常规的化学反应产生显著作用，因此，本发明在反应釜外部添加了超导磁体，使得锌粉置换渣在强磁场作用下受到洛伦兹力、磁化力、磁化能、磁力矩等作用，加快酸浸液流动、破碎复杂矿物结构、减少固液界面层，从而将更多金属元素从锌粉置换渣内部暴露出来。在磁场作用下，对反应的热力学和动力学都会有促进作用，一方面fe2+更容易被氧化为fe3+，另一方面在零场下为顺磁性的zno在12t下会转变为铁磁性。磁场产生的能力可能改变反应的顺序与机理，在不同磁场强度下，会造成元素在不同位置富集，因此通过磁耦搅拌器，驱动酸浸溶液在反应釜内持续搅拌，并最终通过抽滤的方式分离，从而实现酸浸渣中ga和ge的高效浸出。

23、(2)超声波是一种声波，属于机械波，由物质在传播介质中以较高频率振动产生，20～1000khz的超声波与物质相互作用时，会造成相位和振幅等快速变化，引起传播介质的理化特性、生物特性或状态的改变，或带来此种改变进程的加快，而产生一系列效应：如机械力学、物理热学、化学、电学和生物等。这些效应可以普遍归结为以下三种基本作用：热作用，机械作用及空化作用。较于钢铁企业的大规模生产，稀贵金属的回收处理明显小型化一点，所以超声波在稀贵金属回收方面的应用也更容易适用。一方面，超声波辅助强化可以代替固体样品的预处理，超声波促进和辅助加速了一些反应步骤，如溶解和浸出等。另一方面，超声可以提高浸出率的同时缩短浸出所需时间。因此通过超声先将锌粉置换渣破碎，使夹杂在矿物中的细小颗粒暴露，最后可以达到良好的浸出效果。在上述基础上，进行超声场和磁场的耦合，实现酸浸渣中ga和ge的高效浸出。

24、(3)本发明具有设备简单、控制方便和污染小等优点，本发明采用磁场耦合超声场下氧压浸出ga和ge的方法及装置，适配于传统酸液浸出ga和ge的连续化工业生产，也对其它元素如cu和fe等的浸出具有一定的借鉴价值。