硫化鋅精礦加壓氧浸工藝的酸平衡分析

仝一,陳龍義

(長沙有色冶金設計研究院有限公司,湖南長沙 410011)

硫化鋅精礦加壓氧浸工藝的酸平衡分析

(長沙有色冶金設計研究院有限公司,湖南長沙 410011)

硫化鋅精礦加壓氧浸工藝的酸平衡除了與精礦中耗酸組分有關外,還與浸出條件以及中和劑的選擇有關?？刂平鰲l件和選擇合適的沉鐵中和劑有助于維護整個生產系統(tǒng)的動態(tài)酸平衡。

加壓氧浸;濕法煉鋅;酸平衡;除鐵;中和劑

硫化鋅精礦加壓氧浸工藝是將硫化鋅精礦在硫酸溶液中直接加壓氧化成硫酸鋅溶液的濕法煉鋅工藝,與常規(guī)濕法煉鋅工藝相比,加壓氧浸工藝具有流程短、原料適應性強、環(huán)保、綜合回收效果好等特點。2009年9月,國內第一座100 kt/a鋅加壓氧浸車間在丹霞冶煉廠建成投產,并在較短時間內實現(xiàn)了達產達標[1],引起了行業(yè)內的廣泛關注,為國內鋅冶煉工業(yè)的清潔生產、技術升級提供了一個方向。目前,國內已投產或正在建設的鋅加壓氧浸工廠有:云南冶金集團的系列小規(guī)模氧壓浸出工廠、丹霞冶煉廠100 kt/a電鋅氧壓浸出工廠、西部礦業(yè)100 kt/a電鋅氧壓浸出工廠、呼倫貝爾馳宏礦業(yè)有限公司200 kt/a鉛鋅冶煉廠等[2]。

與所有的濕法煉鋅工藝一樣,加壓氧浸工藝的酸平衡直接影響鋅冶煉系統(tǒng)的“三大平衡”問題——系統(tǒng)溶液中的金屬平衡、體積平衡和渣平衡。而與其他濕法煉鋅工藝不同的是,加壓氧浸工藝的產酸及耗酸機理有其自身的一些特點。因此,有必要對鋅加壓氧浸工藝的酸平衡進行分析,以指導工藝路線選擇和實際生產操作。

1 硫化鋅精礦加壓氧浸原理

以上反應在缺乏氧傳遞介質時進行速度較慢,而溶液中的鐵能使反應變得活躍,此過程可由以下兩個反應描述:

硫化鋅與硫酸和氧反應生成硫酸鋅和元素硫:

通常,在鋅精礦中有足夠可溶于酸的鐵來滿足浸出需要。

此外,CuFeS2中的銅也被浸出:

浸出過程中,PbS在高酸下形成PbSO4,進入渣中。

2 加壓氧浸過程中的產酸機理

FeS2的氧化程度取決于浸出條件,在強氧化氣氛及高溫下,被氧化生成硫酸鹽。

而在弱氧化氣氛、低溫及高酸下,被氧化生成元素硫[3]:

通常,在加壓氧浸中,少于10%的精礦硫化物中硫被氧化成硫酸鹽中硫:

M代表Zn、Pb、Cu和Fe。在浸出過程中,隨著酸度的降低,形成了水合鐵氧化物及礬渣,由水解反應從溶液中除去鐵,同時,又生成一些硫酸:

3 原料中的耗酸元素

浸出過程消耗的硫酸通常來自于系統(tǒng)內鋅電積廢液中的游離酸及外加硫酸,精礦中的金屬組分分為兩類:一類與硫酸反應生成不溶鹽,如鉛、鈣、鋇等;另一類與硫酸反應生成可溶性鹽,如鋅、鐵、銅、鎘、鎳、鈷等。

鋅在從浸出到電積的濕法煉鋅全過程中理論上是不耗酸的。鐵的耗酸情況,隨浸出液除鐵方法的不同而不同[4]。對于銅、鎘、鎳、鈷等組分,由于采用鋅粉置換的凈化方法,參與轉換它們的當量金屬鋅變?yōu)榱蛩徜\,在理論上也是不耗酸的。

因此,濕法煉鋅過程的耗酸量取決于浸出物料中的鉛、鈣、鋇的含量以及鐵在浸出液中的含量和溶液除鐵方法。

4 浸出液沉鐵過程中的耗酸分析

通過設定加壓氧浸的工藝條件,可以控制浸出液中的鐵含量在0.6～1.8 g/L,以盡量減少后續(xù)除鐵工段的負荷[5]。但如果精礦中鉛和銀的含量較高,就值得在浸出過程中限制鐵的沉淀,以便從浸出渣分離高品位的鉛銀產品,這樣的話,就會得到一個含鐵高的浸出液。從含鐵高的浸出液中沉鐵的方法主要有黃鉀鐵礬法、針鐵礦法、赤鐵礦法等[6]。加壓浸出液一般采用針鐵礦法沉鐵[7]。

針鐵礦沉鐵反應式:

在沉鐵過程中,pH值控制在3～3.5之間,因此,需要加入中和劑中和沉鐵反應產生的酸。沉鐵反應采用的中和劑一般為鋅焙砂(ZnO)、次氧化鋅煙塵或石灰石(CaO)。如果是與常規(guī)沸騰焙燒相結合的加壓氧浸系統(tǒng),一般采用鋅焙砂作為中和劑,可以得到含鐵較高的中和渣。如果是新建的獨立加壓氧浸系統(tǒng),由于鋅焙砂的來源問題,一般采用石灰石作為中和劑。

以鋅焙砂為中和劑時,中和反應為:

中和劑中的鋅進入溶液中,如前所述,鋅在從浸出到電積的濕法煉鋅全流程中并不耗酸。

以石灰石為中和劑時:

中和反應產生了石膏渣,是耗酸反應。

5 酸平衡措施

加壓氧浸過程中的產酸反應主要是精礦硫化物中的硫被直接氧化成硫酸鹽中的硫。

加壓氧浸過程中的耗酸反應主要是精礦中的鉛、鈣、鋇等組分形成了不溶性硫酸鹽,以及后續(xù)工段加入的石灰石中和劑形成了石膏渣。

因此,主要應從控制加壓氧浸的工藝條件以及選擇合適的中和劑這兩方面入手,對酸平衡進行調節(jié)。

5.1 控制浸出工藝條件

在強氧化氣氛及高溫下,FeS2被氧化生成硫酸鹽及硫酸,為系統(tǒng)增加了更多的硫酸。相反,在弱氧化氣氛、低溫及高酸下,FeS2被氧化生成元素硫,減少了浸出過程中硫酸的產生。

5.2 選擇中和劑

在對浸出液進行針鐵礦沉鐵時,選擇鋅焙砂為中和劑,不會對整個生產系統(tǒng)帶來酸耗;而選擇石灰石為中和劑,則會從系統(tǒng)中帶走硫酸。如果浸出液中的鐵含量高,全部采用石灰石為中和劑將會從系統(tǒng)中帶走過量的硫酸;如果浸出液中的鐵含量低,采用石灰石為中和劑可以平衡掉浸出過程產生的酸,而且還可以帶走溶液中的氟離子,這對后續(xù)的鋅電積工段是有利的。

6 結 語

硫化鋅精礦的加壓氧浸過程是一個產酸過程,產酸量取決于浸出工藝條件。在對浸出液進行沉鐵時,可以搭配使用鋅焙砂和石灰石為中和劑,并根據(jù)實際情況調整和選擇石灰石中和劑的最佳比例,以中和掉浸出過程產生的酸、維護系統(tǒng)的動態(tài)酸平衡。

[1] 李有剛,李波.鋅氧壓浸出工藝現(xiàn)狀及技術進展[J].中國有色冶金,2010,39(3):26-29.

[3] K R Buban,M J Collins,I M Masters.Iron control in zinc pressure leach process[J].JOM,1999,51(12):23-25.

[4] 利選民.濕法煉鋅中酸的平衡[J].有色金屬(冶煉部分), 1991,(1):39-43.

[5] M.J.Col-lins,R.J.Kalanchey,I.M.Masters,等.高海拔下鋅的高浸出率——謝里特為中國西部礦業(yè)公司進行的鋅氧壓浸出研究[J].中國有色冶金,2009,(3):16-21.

[6] 彭容秋.重金屬冶金學[M].長沙:中南大學出版社,2004.271 -280.

[7] 駱昌運.針鐵礦除鐵工藝在丹霞冶煉廠的應用實踐[J].有色金屬工程,2011,(3):44-46.

Abstract:In the oxygen pressure leaching of ZnS concentrate,the acid balance has relations with the concentrate composition of acid consumption,the leaching conditions and the neutralizing agent choice.Controlling the leaching conditions and choosing suitable iron removal neutralizing agent contribut to the maintenance of the entire production system for dynamic balance of acid.

Key words:oxygen pressure leaching;zinc hydrometallurgy;acid balance;iron removal;neutralizing agent

Analyses of Acid Balance in the Oxygen Pressure Leaching of ZnS Concentrate

TONG Yi-zhe,CHEN Long-yi
(Changsha Engineering and Research Institute Ltd.of Nonferrous Metallurgy,Changsha410011,China)

TF803.2+1

A

1003-5540(2012)02-0038-02

2012-02-20

仝一(1980-),男,工程師,國家注冊咨詢工程師(投資),主要從事有色冶金工程設計和研究工作。