一種用于濕法鋅冶煉清潔生產(chǎn)的高效除鐵方法

王令明

(長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南長(zhǎng)沙 410011)

1 引言

除鐵是濕法鋅冶煉的重要課題，濕法鋅冶煉中焙燒、浸出、凈化、電積及熔鑄基本相同，唯一區(qū)別是采用不同的除鐵方法而產(chǎn)生了各種濕法鋅冶煉工藝流程［1］。

1.1 常規(guī)法

鋅精礦經(jīng)焙燒后，采用中性浸出及低酸浸出，鋅浸出率大約70%，渣率約60%，鐵都留在浸出渣中，由于浸出渣含鋅高，一般采用回轉(zhuǎn)窯揮發(fā)回收氧化鋅，鐵從窯渣除去，窯渣含鋅約1% ～2%，含鐵約25% ～30%，該法產(chǎn)出鐵渣為火法處理的固化渣，重金屬離子得到很好的固化，便于渣堆存及銷售，但該法存在焦炭或煤能耗大，耐火材料損耗大及低濃度SO2煙氣需處理等問(wèn)題。

1.2 高溫高酸法

鋅精礦經(jīng)焙燒后，采用高溫高酸浸出，鋅浸出率大約96% ～97%，大部分鋅被浸出進(jìn)入溶液，同時(shí)大量的鐵也被浸出進(jìn)入溶液，一般浸出溶液含F(xiàn)e20～30g/l，需對(duì)進(jìn)入浸出溶液中鐵進(jìn)行單獨(dú)除鐵處理以滿足凈化要求，為此產(chǎn)生了三種除鐵方法。

(1)黃鉀鐵礬法

采用鉀鹽、鈉鹽或氨鹽將浸出溶液中三價(jià)鐵離子形成黃鉀鐵礬渣而除鐵，渣率約50%，渣含鋅約4% ～6%，含鐵約25% ～30%，該法產(chǎn)出釩渣為濕法粘狀渣，屬危險(xiǎn)固廢，需放置防滲漏的特殊渣場(chǎng)堆存，對(duì)環(huán)境有不利影響。

(2)針鐵礦法

采用空氣或氧氣將浸出溶液中二價(jià)鐵離子氧化成三價(jià)鐵離子，然后采用石灰石中和，形成針鐵礦渣而除鐵，渣率約40%，渣含鋅約8%，含鐵約35% ～40%，該法產(chǎn)出鐵渣為濕法石膏渣，需放置防滲漏渣場(chǎng)堆存，表層可以草木復(fù)墾，滿足環(huán)保要求。

(3)赤鐵礦法［2］

在高溫高壓條件下，將浸出溶液中二價(jià)鐵離子氧化形成赤鐵礦渣而除鐵，渣率約20%，渣含鋅約1%，含鐵約50% ～60%，該法產(chǎn)出鐵渣為濕法粉狀渣，可直接銷售水泥廠。

目前唯一采用赤鐵礦法除鐵工藝的鋅廠是日本Iijima冶煉廠，該廠鋅精礦經(jīng)焙燒，采用中性浸出及低酸浸出，中浸上清液即浸出硫酸鋅溶液送凈化、電積及熔鑄產(chǎn)出鋅錠，低酸渣經(jīng)SO2加壓浸出，產(chǎn)出浸出渣作為回收Pb、Ag、Cu的原料，浸出上清液經(jīng)二段石灰石中和后，在高溫高壓條件下，將浸出溶液中二價(jià)鐵離子氧化形成赤鐵礦渣而除鐵。

上述各種濕法鋅冶煉除鐵工藝可以歸納為二大類:一類是以常規(guī)法為代表火法處理浸出渣工藝，該法特點(diǎn)是一種棄渣(含鐵)，以火法固化渣排去，棄渣便于堆存及銷售，對(duì)環(huán)保有利，但存在鋅浸出率低，需采用回轉(zhuǎn)窯處理浸出渣回收氧化鋅，能耗大，低濃度SO2煙氣需處理等問(wèn)題;另一類以高溫高酸法為代表濕法處理浸出渣工藝，該法特點(diǎn)是產(chǎn)二種棄渣，一種是浸出底流產(chǎn)出高浸渣，另一種是從上清液中除鐵產(chǎn)出鐵渣，由于是濕法渣需特殊渣場(chǎng)堆存，對(duì)環(huán)保不利，但采用高溫高酸浸出，鋅浸出率高，工藝過(guò)程簡(jiǎn)單。

2 傳統(tǒng)赤鐵礦法除鐵工藝

日本Iijima鋅廠于1971年首家建成采用赤鐵礦除鐵法工廠，生產(chǎn)規(guī)模200kt/a電鋅，工廠建成一直生產(chǎn)至今已40余年。

赤鐵礦除鐵法原理是，在高溫(200℃)、高壓(1.8MPa)條件下，當(dāng)硫酸濃度不高時(shí)，溶液中的Fe3+便會(huì)發(fā)生水解反應(yīng)得到赤鐵礦(Fe2O3)沉淀［3］。

該工藝流程特點(diǎn)如下:

(1)浸出渣采用SO2還原壓力浸出，將SO2壓入反應(yīng)器中，維持壓力 152～202KPa，溫度 100～110℃，反應(yīng)式:ZnO·Fe2O3+2H2SO4+SO2→ZnSO4+2 FeSO4+2H2O

(2)采用硫化沉銅，中和沉鎵及銦。在H2S除銅之后，溶液分兩段用石灰石中和到pH4.5，可產(chǎn)出供銷售用的石膏。

(3)高壓氧氣氧化沉鐵。由于鐵以FeSO4存在，它在中和時(shí)保持在溶液中，通過(guò)加熱使溫度升到180～200℃，在1.32～2.03MPa壓力作用下，鐵以α-Fe2O3沉出，反應(yīng)式:

圖1是日本Iijima鋅廠工藝流程圖［4］

圖1 日本Iijma鋅廠工藝流程圖

1979年日本幫助德國(guó)魯爾鋅廠(Datteln)建成了世界上第二個(gè)赤鐵礦法煉鋅廠，生產(chǎn)規(guī)模135kt/a電鋅，由于種種原因，該廠于1993年中止了赤鐵礦除鐵方法，據(jù)報(bào)導(dǎo)主要原因?yàn)?一是生產(chǎn)成本高，二是系統(tǒng)工程化問(wèn)題多，如給料、釜內(nèi)結(jié)垢等，該廠于1991年增加了一套鋅精礦直接加壓氧浸裝置，鋅精礦氧壓浸出產(chǎn)出Pb-Ag渣外售，沒(méi)有設(shè)置鋅浸出渣處理設(shè)施，該工廠已于1994年停產(chǎn)［5］。

3 高效除鐵工藝流程描述

本方法是一種用于濕法鋅冶煉清潔生產(chǎn)過(guò)程中的高效除鐵工藝，鐵渣能作為資源綜合利用。本高效除鐵方法包括下列步驟:

(1)鋅精礦經(jīng)焙燒進(jìn)入中性浸出，控制溫度約60℃，終點(diǎn)pH5.0，中浸上清液即浸出硫酸鋅溶液;

(2)將中浸底流進(jìn)行熱酸還原浸出，把以鐵酸鋅等形式存在的難溶鋅在高溫高酸下進(jìn)一步浸出，同時(shí)加入過(guò)量還原劑硫化鋅精礦，把溶液中Fe3+還原成Fe2+，控制溫度約90℃，終酸50g/l，底流渣進(jìn)濃密過(guò)濾;

(3)采用氧化鋅煙塵對(duì)熱酸還原浸出上清液進(jìn)行預(yù)中和，控制溫度約50℃，終點(diǎn)pH1.5。對(duì)預(yù)中和上清液采用鋅粉置換沉銦，控制溫度約60℃，終點(diǎn)pH4.0，富銦渣送銦回收系統(tǒng)。

(4)將沉銦后液泵入反應(yīng)器，采用中溫中壓條件進(jìn)行高效除鐵，通入濃度98%以上氧氣，控制溫度約170～180℃，壓力約1000～1200kPa，在中溫中壓有氧情況下，沉銦后液中鐵沉錠進(jìn)入渣中，除鐵后礦漿通過(guò)閃蒸槽降溫降壓后，送除鐵濃密機(jī)分離，濃密上清液即除鐵后液送中性浸出，濃密底流經(jīng)壓濾洗滌為鐵渣;

(5)將步驟(1)所述中浸上清液即浸出硫酸鋅溶液送凈化、電積及熔鑄生產(chǎn)鋅錠。

本方法與傳統(tǒng)的赤鐵礦除鐵方法相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):

(1)比較表

表1 比較表

圖2 高效除鐵法工藝流程圖

(2)本高效除鐵是在中溫中壓條件下進(jìn)行，與傳統(tǒng)的高溫高壓赤鐵礦除鐵比較，能耗較低;

(3)本高效除鐵要求除鐵前液含F(xiàn)e＜25g/l，可得到除鐵后液最終含F(xiàn)e＜2g/l，除鐵效率高;

(4)本高效除鐵后液含鐵低，可直接返回中性浸出，能穩(wěn)定體系的正常生產(chǎn)工況;

(5)本高效除鐵渣含Zn＜1%，鋅損失小，鋅回收率高;

(6)本高效除鐵渣含F(xiàn)e50～60%，鐵渣可直接外售水泥廠或鋼鐵廠，資源綜合利用好;

(7)本高效除鐵渣可直接外售，不需渣場(chǎng)堆存，滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保要求;

(8)本高效除鐵是在一個(gè)密閉的反應(yīng)器內(nèi)完成，屬濕法鋅冶煉清潔生產(chǎn)。

圖2是本方法工藝流程圖［6］。

4 結(jié)語(yǔ)

濕法鋅冶煉中的赤鐵礦除鐵方法目前只有日本Iijima冶煉廠使用，相關(guān)資料報(bào)道不多，技術(shù)保密性強(qiáng)。國(guó)內(nèi)也有工廠做了赤鐵礦除鐵小型試驗(yàn)研究及半工業(yè)試驗(yàn)，取得了預(yù)期效果，試驗(yàn)結(jié)果表明:稀散金屬的回收率有較大提高，鐵渣能資源化利用，環(huán)保條件好，由于國(guó)內(nèi)大規(guī)模鋅精礦加壓氧浸工廠的建成已達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)，加壓氧浸技術(shù)及設(shè)備的工程化難題在國(guó)內(nèi)可以解決，國(guó)內(nèi)已具備條件自主研發(fā)用于工業(yè)生產(chǎn)的高效除鐵裝置，雖然有很大的挑戰(zhàn)性，但對(duì)于濕法鋅冶煉中鐵渣的處理，將是一個(gè)發(fā)展方向，具有節(jié)能降耗，資源再利用，環(huán)境友好的優(yōu)勢(shì)。

［1］戴江洪.當(dāng)今鋅濕法冶金現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)［M］.中國(guó)有色冶金，2012(4):27-30.

［2］岳明.鋅浸出液三價(jià)鐵直接水解赤鐵礦法除鐵的探討［J］.中國(guó)有色冶金，2012(4):80-84.

［3］彭容秋.鉛鋅冶金學(xué)［S］.北京:科學(xué)出版社，2003:347-349.

［4］H.Arima，Y.kudo.Autoclave application for zinc leach residue treatment by Akita Zinc Co.Ltd.

［5］E.Ozberk，M.J.Collins，Zinc pressure leaching at Ruhr-Zinc refinery.

［6］傅永良.高銦鋅精礦非礬渣提鋅銦及除鐵新工藝試驗(yàn)研究［J］.中南大學(xué)，2009.