黃鉀鐵礬法煉鋅工藝在青海高海拔地區(qū)的可行性

張文琴

（西部礦業(yè)股份有限公司，青海 西寧 810000）

黃鉀鐵礬法煉鋅工藝是在20世紀(jì)70年代，由挪威諾爾斯克鋅公司、澳大利亞電鋅公司和西班牙的亞斯士里安鋅公司，在同一個(gè)時(shí)期各自進(jìn)行詳細(xì)研究，總結(jié)出來(lái)的新型煉鋅工藝，并取得專(zhuān)利權(quán)。1968年挪威諾爾斯克鋅公司埃特海姆電鋅廠改革了傳統(tǒng)的濕法煉鋅流程，首先采用黃鉀鐵礬法煉鋅工藝，減少了鐵對(duì)鋅浸出率的影響和鐵對(duì)溶液凈化的影響。此法應(yīng)用于濕法煉鋅后，鋅的回收率提高到96%～98%，并使浸出過(guò)程產(chǎn)出可棄去的廢渣，免去了傳統(tǒng)濕法流程再處理此類(lèi)殘?jiān)穆闊?。繼上述三家公司后，加拿大、荷蘭、比利時(shí)、聯(lián)邦德國(guó)和墨西哥及美國(guó)等國(guó)家也開(kāi)始了工業(yè)應(yīng)用。我國(guó)的黃鉀鐵礬法煉鋅工藝在20世紀(jì)80年代首先應(yīng)用于廣西柳州市有色金屬冶煉總廠。

1 黃鉀鐵礬法煉鋅工藝的特點(diǎn)

黃鉀鐵礬法煉鋅工藝實(shí)質(zhì)是通過(guò)高溫高酸浸出，把鋅焙砂中的鐵酸鋅分解，提高鋅的浸出率，可使鋅的浸出率大于98%，鐵的浸出率達(dá)到70%～90%，浸出液中鐵的含量達(dá)到30 g/L左右。然后加入鈉、鉀或氨的化合物，使弱酸性的溶液中的鐵呈三價(jià)鐵化合物沉淀。這種黃鉀鐵礬沉淀物的沉降、過(guò)濾和洗滌等性質(zhì)均比氫氧化鐵沉淀物的好，且?guī)ё叩匿\量也較少。

黃鉀鐵礬是一種復(fù)合物，其結(jié)構(gòu)與天然的草黃鉀鐵礬和黃鉀鐵礦相同，可用AFe3（SO4）2（OH）6分子式表示，式中A可以是Na＋、K＋、Rb＋、NH4＋或Ag＋。

黃鉀鐵礬沉淀反應(yīng)可以用下列典型方程式代表：

黃鉀鐵礬法煉鋅工藝的浸出工藝流程通常包括五個(gè)過(guò)程，即中性浸出、高溫高酸浸出、預(yù)中和、沉礬和鐵礬渣酸洗。其主要特點(diǎn)為：黃鉀鐵礬渣能帶走少量硫酸根，有利于濕法煉鋅過(guò)程中酸的平衡；黃鉀鐵礬渣是由黃鉀鐵礬晶形固體顆粒組成，有利于沉降、過(guò)濾和洗滌；黃鉀鐵礬化合物僅含有少量的Na＋、K＋、NH4＋等，沉礬劑消耗量少；黃鉀鐵礬沉淀反應(yīng)析出的酸量少，pH值控制在1～1.5，中和劑用量少，且得到有效利用；但鐵礬渣渣量大，不便于利用，且渣的堆存性能不好，不利于環(huán)境保護(hù)。

西部礦業(yè)股份有限公司下屬鋅業(yè)分公司，位于青海省西寧經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)甘河工業(yè)園區(qū)內(nèi)，平均海拔高度2 570 m，極端最低溫度-31.7℃。由于高海拔地區(qū)特殊的地理環(huán)境和條件，及黃鉀鐵礬法煉鋅工藝對(duì)二段高溫高酸浸出及沉礬的溫度要求嚴(yán)格，浸出溫度及沉礬溫度是否能達(dá)到要求，浸出率及回收率是否能達(dá)到同行業(yè)的指標(biāo)，需要通過(guò)相關(guān)的試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。為此，2010年6月，中國(guó)恩菲技術(shù)工程有限公司技術(shù)人員與我公司技術(shù)人員在鋅業(yè)分公司生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)黃鉀鐵礬法煉鋅工藝進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。試驗(yàn)分小型試驗(yàn)和工業(yè)試驗(yàn)兩個(gè)階段。

2 小型試驗(yàn)

小型試驗(yàn)的主要目的是驗(yàn)證沉礬前液是否能達(dá)到沉礬要求的溫度及高溫高酸浸出的技術(shù)指標(biāo)，為工業(yè)試驗(yàn)提供參考數(shù)據(jù)。

2.1 沉礬前液溫度測(cè)定試驗(yàn)

配制沉礬前液：Zn 133 g/L，F(xiàn)e 19 g/L，硫酸30g/L。加熱至溶液沸騰（30 min溫度不變），記錄溶液沸騰溫度為94～95℃。

根據(jù)成熟的工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在此溫度下能保證沉礬除鐵的各項(xiàng)指標(biāo)，此試驗(yàn)參數(shù)可以作為工業(yè)試驗(yàn)的參考數(shù)據(jù)，無(wú)需進(jìn)行沉礬小型試驗(yàn)和工業(yè)試驗(yàn)。

2.2 浸出試驗(yàn)

2.2.1 中性浸出

在3 L燒杯中加入575 mL廢電解液，補(bǔ)水至2 L，加熱升溫至60℃，加入焙砂及10 g二氧化錳，計(jì)時(shí)開(kāi)始。反應(yīng)2 h后停止試驗(yàn)，真空抽濾，量出溶液體積，取樣分析，濾渣為酸浸原料。

試驗(yàn)條件：時(shí)間2 h，溫度60 ℃，液固比8∶1，始酸40 g/L左右，終酸pH=5.0。

試驗(yàn)結(jié)果：中浸濾液體積為2 265 mL（溶液顏色為白色)。溶液分析結(jié)果：Zn 41.23g/L，F(xiàn)e 0.0026g/L，終點(diǎn)pH=5.0（pH試紙）。

2.2.2 高溫高酸浸出

在3 L燒杯中加入1 L廢液，加入30 mL濃硫酸，補(bǔ)廢電解液體至1 800 mL，升溫加熱至94℃時(shí)加入中浸渣，計(jì)時(shí)開(kāi)始，攪拌反應(yīng)4 h，其間，補(bǔ)廢液量1 660 mL。反應(yīng)完成后真空抽濾，量出溶液體積并取溶液樣分析，浸出渣烘干后取樣分析。

試驗(yàn)條件：時(shí)間4 h，溫度94℃，始酸180 g/L左右，終酸50 g/L左右。試驗(yàn)結(jié)果：酸浸濾液體積為2 190 mL（淡黃色），抽濾時(shí)間45 min。溶液分析結(jié)果：Zn 77.18 g/L，F(xiàn)e 12.74 g/L，In 0.0066 g/L，硫酸酸度61.5 g/L。酸浸濕渣量：97.2 g（含三張濕濾紙），干渣量：41.82g。酸浸渣(未水洗)分析結(jié)果：Zn 12.33%（分析未屏蔽Pb），F(xiàn)e 19.16%，水溶鋅1.44%。

在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，各進(jìn)行了兩次中性浸出和高溫高酸浸出小型試驗(yàn)，其鋅總浸出率為95%～97%，渣率為16%～18%。此試驗(yàn)參數(shù)可以作為工業(yè)試驗(yàn)的參考數(shù)據(jù)。

3 工業(yè)試驗(yàn)

工業(yè)試驗(yàn)是在西部礦業(yè)股份有限公司鋅業(yè)分公司生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的。利用鋅業(yè)分公司生產(chǎn)的中性浸出底流，進(jìn)行了四次高溫高酸浸出試驗(yàn)，并對(duì)所產(chǎn)的高浸濾液集中進(jìn)行預(yù)中和及沉礬處理。工業(yè)試驗(yàn)的主要目的是測(cè)定工業(yè)生產(chǎn)條件下的沉礬溶液沸點(diǎn)以及高溫高酸浸出的浸出率。

3.1 高溫高酸浸出試驗(yàn)

在工業(yè)槽中分別加入32 m3的廢液和25 m3的中浸底流，通蒸汽升溫至85℃左右，再加入濃硫酸3 m3，反應(yīng)過(guò)程中不再補(bǔ)酸，控制溫度在≥92℃，攪拌反應(yīng)4 h。

試驗(yàn)條件：時(shí)間4 h,溫度≥92℃，始酸160～180 g/L，終酸50 g/L左右。

通過(guò)在相同試驗(yàn)條件下的四次高溫高酸浸出試驗(yàn)，高浸濾液平均成分：Zn 142.21 g/L，F(xiàn)e 39.28 g/L，硫酸52.40 g/L。高浸渣平均成分：Zn 8.37%，F(xiàn)e 13.72%，Zn酸1.11%，Zn水4.10%（未水洗）。

通過(guò)對(duì)高浸渣的計(jì)量，計(jì)算總浸出渣率為18%～22%，Zn總浸出率為98%左右。

3.2 預(yù)中和試驗(yàn)

在工業(yè)槽中加入高溫高酸浸出壓濾后液，取樣分析始酸，攪拌升溫，控制溫度在60℃左右，根據(jù)始酸加入氧化鋅中和至終點(diǎn)酸度10～20g/L，進(jìn)行壓濾，濾液待用。

試驗(yàn)條件：時(shí)間2 h，溫度60℃左右，始酸50 g/L左右，終酸10～20 g/L。

試驗(yàn)結(jié)果：預(yù)中和前液成分：Zn 141.03g/L，F(xiàn)e 34.02g/L，硫酸47.35 g/L。預(yù)中和后液成分：Zn161.8 g/L，F(xiàn)e總31.74 g/L，F(xiàn)e3+31.23 g/L，F(xiàn)e2+0.51 g/L，硫酸19.41 g/L。

3.3 沉礬試驗(yàn)

在工業(yè)槽中加入預(yù)中和壓濾后液，取樣分析始酸、鐵、鋅濃度，通蒸汽攪拌升溫，直至所測(cè)溫度不再變化為止，記錄最終溶液溫度。

沉礬試驗(yàn)溫度：最終溶液溫度為93℃。測(cè)定完溫度后，加入硫酸鈉和錳粉，攪拌半小時(shí)加入氧化鋅中和至pH=3.5左右，取樣分析溶液含鐵3.61 g/L，加石灰中和至pH=4.5～5.0。三次取樣分析濾液含鐵分別為：0.0058 g/L，0.0080 g/L，0.03 g/L。

4 結(jié)語(yǔ)

青海西寧甘河工業(yè)園高海拔地區(qū)能達(dá)到沉礬所需的作業(yè)溫度，并能確保除鐵的各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)；高溫高酸浸出渣率18%～22%，Zn總浸出率為98%左右，達(dá)到了國(guó)內(nèi)類(lèi)似鋅冶煉企業(yè)生產(chǎn)指標(biāo)。因此，在高海拔地區(qū)采用黃鉀鐵礬法煉鋅工藝是可行的。

[1] 張樂(lè)如.鉛鋅冶煉新技術(shù)[M].長(zhǎng)沙，2006.