赤鐵礦除鐵法在濕法煉鋅工藝中的應(yīng)用

張成松，趙 婷

（長沙有色冶金設(shè)計研究院有限公司，湖南長沙 410011）

赤鐵礦除鐵法在濕法煉鋅工藝中的應(yīng)用

張成松，趙 婷

（長沙有色冶金設(shè)計研究院有限公司，湖南長沙 410011）

闡述了濕法煉鋅赤鐵礦法的原理和主要步驟；對幾種熱酸浸出除鐵方法從工藝條件、渣的成分及優(yōu)缺點進行了比較；介紹了赤鐵礦法除鐵目前在國內(nèi)外的應(yīng)用情況。

赤鐵礦法；濕法煉鋅；除鐵

目前鋅冶煉企業(yè)普遍采用濕法煉鋅技術(shù)，濕法煉鋅的產(chǎn)量已占世界總鋅產(chǎn)量的80%以上。濕法煉鋅包括常規(guī)浸出法（回轉(zhuǎn)窯揮發(fā)法）、熱酸浸出法、氧壓浸出法三大類，其中熱酸浸出法又可分為黃鉀鐵釩法、針鐵礦法、赤鐵礦法三類。目前應(yīng)用最廣泛的主要有常規(guī)浸出法和黃鉀鐵釩法。

鋅精礦中鐵的含量普遍很高，多數(shù)情況下鐵含量接近或超過10%，在濕法煉鋅浸出過程中沉鐵效果對鋅浸出率的提高有很大的影響。為了提高鋅浸出率，同時更好地提取其它有價金屬，使鐵渣資源化，需要更先進的除鐵方法來取代常規(guī)浸出法和黃鉀鐵釩法。因此，針鐵礦法、赤鐵礦法以及氧壓浸出法也正在逐步地得到廣泛推廣和應(yīng)用［1～4］。

1 赤鐵礦法除鐵

赤鐵礦法除鐵是使硫酸鋅水溶液中的鐵主要以赤鐵礦（Fe2O3）形態(tài)沉淀除去的鋅熱酸浸出液除鐵方法。鐵（Ⅲ）水解成赤鐵礦的過程必須在高溫高壓下進行，除鐵率大于90%。赤鐵礦渣沉降過濾性能好，含鐵高（58%～60%），含鋅低（0.5%～1.0%）。

沉鐵原理：在Fe2O3－－H2O體系內(nèi)，當(dāng)硫酸鐵濃度較高時，在溶液酸度高的情況下，將溫度控制在458～473 K，溶液中的Fe3＋便水解成黃色的堿式硫酸鐵沉淀：

而當(dāng)溶液酸度低時，溶液中的Fe3＋便水解生成赤褐色的Fe2O3沉淀：

故在高溫條件（458～473 K）下，當(dāng)溶液酸度不高時，F(xiàn)e3＋水解形成以Fe2O3為主，并混以Fe（OH）SO4的沉淀物，此沉淀物稱為赤鐵礦渣，其主要成分為：Fe 58%～60%，Zn 0.5%～1.0%，S 3%。

根據(jù)某些含鐵較高精礦的特點，普遍采用的赤鐵礦法主要包括以下步驟：

1.中性浸出渣熱酸還原浸出。中性浸出渣的浸出條件為溫度90～95℃，始酸115 g／L，終酸控制50～55 g／L。渣中的大部分有價金屬如鋅、銅和鎘隨鐵一起溶解進入溶液。浸出液經(jīng)濃密后，上清液送至預(yù)中和；底流經(jīng)壓濾后，濾液返回至預(yù)中和工段，濾渣送浮選工序。

2.熱酸還原浸出渣的浮選。濾渣經(jīng)浮選出的硫精礦返回至沸騰焙燒；浮選尾礦（Pb－Ag渣）經(jīng)高壓壓濾機壓濾，干燥后經(jīng)煙化爐處理回收其中的鋅、銦、鉛、銀等有價金屬，所產(chǎn)煙化爐水碎渣為高溫固化渣，可作為建材外售。

3.溶液的凈化和中和。熱酸還原浸出后液用焙砂進行中和，使影響赤鐵礦質(zhì)量的元素大部分沉淀析出，主要為砷和銻，銅部分沉淀。中和時間1 h，溫度45～50℃，終點控制pH≤1.5。中和液經(jīng)濃密，中和底流中如有價金屬（Cu）的含量較高，則可再經(jīng)過一段終浸回收有價金屬；如有價金屬含量較低，則可返回至熱酸還原浸出。上清液送置換沉銦工序。

4.赤鐵礦除鐵。浸出車間送來的除鐵后液（含F(xiàn)e2＋25～30g／L，含酸pH值為4.0～4.5，含Zn 120～130 g／L）用蒸汽加熱到180℃以上，其中的亞鐵在壓力1 800 kPa，氧分壓200～250 kPa的高壓釜內(nèi)氧化并水解成赤鐵礦，鐵的沉淀率達90%～95%。具體流程如圖1所示。

圖1 赤鐵礦法原則流程圖

2 幾種除鐵方法的比較

為了更直觀表述黃鉀鐵釩法、針鐵礦法和赤鐵礦法三種熱酸浸出除鐵方法的特點，分別將三種除鐵方法的操作條件比較列于表1，三種方法沉淀渣的主要成分列于表2，三種除鐵方法的主要優(yōu)缺點列于表3。

表1 黃鉀鐵釩法、針鐵礦法和赤鐵礦法操作條件比較

表2 三種方法沉淀渣的主要成分 %

表3 黃鉀鐵釩法、針鐵礦法和赤鐵礦法優(yōu)缺點比較

3 赤鐵礦法應(yīng)用及研究現(xiàn)狀

據(jù)了解，目前國內(nèi)對赤鐵礦法除鐵的研究較少，岳明等對鋅浸出液三價鐵直接水解赤鐵礦法除鐵進行了研究探討，分析了硫酸鹽溶液體系內(nèi)三價鐵沉淀氧化鐵和二價鐵沉淀的不同之處，并對鋅浸出液赤鐵礦法除鐵工藝的影響因素進行了分析［5］。國外也有公司在試驗室采用常壓狀態(tài)下的赤鐵礦除鐵工藝來降低運行成本，但都沒有成功的工業(yè)生產(chǎn)實踐。

3.1 日本Iijima（飯島）鋅廠

日本Iijima（飯島）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200 kt／a電鋅，工廠建成一直生產(chǎn)至今已40余年［6］。該廠工藝流程為鋅精礦經(jīng)沸騰焙燒，含硫煙氣送制酸，鋅焙砂經(jīng)中性浸出，中性上清液送凈化、電積及熔鑄生產(chǎn)電鋅，中浸渣經(jīng)酸性浸出，酸浸渣作為Pb－Ag渣外售，含F(xiàn)e溶液送赤鐵礦除鐵，產(chǎn)生鐵渣外售水泥廠。

赤鐵礦除鐵主要技術(shù)參數(shù)：（1）高壓釜體積：V立＝25 m3，3臺，V臥＝100 m3，3臺，三級閃蒸；（2）溫度：200℃；（3）壓力：1.8 MPa；（4）鋅精礦含F(xiàn)e：7%；（5）除鐵前液含F(xiàn)e：38～46 g／L；（6）除鐵后液含F(xiàn)e：3.5～6 g／L；（7）月產(chǎn)鐵渣量：4 159 t（Fe 56%）。

3.2 德國魯爾鋅廠

1979年世界上第二家采用赤鐵礦除鐵法的工廠為德國魯爾鋅廠，生產(chǎn)規(guī)模135 kt／a電鋅，該廠采用鋅精礦沸騰焙燒、高溫高酸濕法煉鋅工藝，含F(xiàn)e溶液采用赤鐵礦除鐵方法，該廠運行了十余年后中止了赤鐵礦除鐵方法，據(jù)報道主要原因為：一是生產(chǎn)成本高，二是系統(tǒng)工程化問題多，如給料，釜內(nèi)結(jié)垢。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，鋅焙砂中性浸出產(chǎn)出含鋅高的中浸渣外售，沒有設(shè)置鋅浸出渣處理裝置，由于種種原因，該廠于1994年停產(chǎn)。

3.3 國內(nèi)某廠［7］

國內(nèi)某廠鋅精礦含鐵高，富含稀散金屬，鋅冶煉采用沸騰焙燒制酸－高溫高酸黃鉀鐵礬除鐵工藝，黃鉀鐵礬渣采用揮發(fā)窯處理，稀散金屬富集到氧化鋅煙塵中而回收，該法主要存在四大問題：（1）鐵礬渣渣量大（礬渣渣率45%），含鋅高，鋅損失大；（2）處理黃鉀鐵礬渣焦耗高于中浸渣，造成生產(chǎn)成本高；（3）稀散金屬揮發(fā)率低，造成金屬損失多；（4）還原揮發(fā)過程中產(chǎn)生低濃度SO2煙氣需處理，造成環(huán)保壓力大。對此，該廠通過熱酸還原浸出－赤鐵礦除鐵小型試驗研究及半工業(yè)試驗研究取得了預(yù)期效果，試驗結(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。鑒于國內(nèi)大規(guī)模鋅精礦加壓氧浸工廠的建成且順利達產(chǎn)達標(biāo)的業(yè)績，加壓氧浸技術(shù)及設(shè)備的工程化難題在國內(nèi)可以解決，該廠委托有鋅加壓氧浸生產(chǎn)實踐經(jīng)驗的長沙有色冶金設(shè)計研究院有限公司設(shè)計，共同開發(fā)赤鐵礦除鐵方法，這是國內(nèi)首家自主研發(fā)用于工業(yè)生產(chǎn)實踐的工廠，有很大的挑戰(zhàn)性，但對于濕法煉鋅鐵渣的處理方式，將是一個發(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。

4 結(jié) 語

赤鐵礦法投資和操作費用高于黃鉀鐵礬法和針鐵礦法，但由于它具有鋅精礦中的全部有價成分都能回收，產(chǎn)生的產(chǎn)品都可銷售，所有作為中間產(chǎn)品的渣可進一步加工而無需堆存的特點。在處理含鐵和其它有價金屬（如金、銀、鉛、銅、銦等）高的鋅精礦較其它兩種高酸浸出除鐵方法具有很強的優(yōu)勢。

隨著鋅冶煉企業(yè)競爭日趨激烈，提高工藝流程原料適應(yīng)性，盡量回收有價金屬，降低生產(chǎn)運營成本，減少環(huán)境污染，是企業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的必經(jīng)之道。同時隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和設(shè)備制造水平的不斷提高，赤鐵礦法在國內(nèi)運用已不存在技術(shù)難點，因此，赤鐵礦法必將成為未來鋅冶煉企業(yè)技術(shù)選擇的主要方向之一。

［1］ 北京有色冶金設(shè)計研究總院，長沙有色冶金設(shè)計研究院，南昌有色冶金設(shè)計研究院，等.重有色金屬冶煉設(shè)計手冊（鉛鋅鉍卷）［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2008.

［2］ 彭容秋.鉛鋅冶金學(xué)［M］.北京：科學(xué)出版社，2003.

［3］ 周玉琳.濕法煉鋅中鐵的行為與控制方法［J］.湖南有色金屬，2009，（6）：18－21.

［4］ 楊斌.對濕法煉鋅中熱酸浸出——黃鉀鐵礬工藝的探討［J］.甘肅冶金，2010，（3）：56－59.

［5］ 岳明，孫寧磊，鄒興，等.鋅浸出液三價鐵直接水解赤鐵礦法除鐵的探討［J］.中國有色冶金，2012，（4）：80－84.

［6］ 郭天立（摘譯）.飯島鋅精煉廠最近的生產(chǎn)［J］.有色冶煉，2003，（2）：81－86.

［7］ 傅永良.高銦鋅精礦非礬渣提鋅銦及除鐵［D］.長沙：中南大學(xué)，2009.

App lacation of the Hematite Process for Removing Iron in the Zinc Hydrometallurgical Production

ZHANG Cheng-song，ZHAO Ting
（Changsha Engineering and Research Institute Ltd.of NonferrousMetallurgy，Changsha 410011，China）

The principle and main steps of the hematite process used in the zinc hydrometallurgical production were expounded.The several hot acid leaching methods of removing iron were compared according to the process conditions，residues composition，advantages and disadvantages.The currentapplication athome and abroad of the hematite process for removing iron was also introduced.

hematite process；zinc hydrometallurgical production；iron elimination

TF803.2

：A

：1003－5540（2014）02－0039－03

2014－01－28

張成松（1980－），男，工程師，主要從事有色冶金設(shè)計工作。