濕法煉鋅鐵礬渣處理改造實(shí)踐

馬菲菲， 李志強(qiáng)

(白銀有色集團(tuán)股份有限公司西北鉛鋅冶煉廠， 甘肅 白銀 730900)

?

濕法煉鋅鐵礬渣處理改造實(shí)踐

馬菲菲， 李志強(qiáng)

(白銀有色集團(tuán)股份有限公司西北鉛鋅冶煉廠， 甘肅 白銀 730900)

大部分鋅濕法生產(chǎn)過(guò)程采用黃鉀鐵礬法煉鋅，生產(chǎn)流程長(zhǎng)，鋅金屬損失較大，鋅損失主要是浸出工序產(chǎn)生的鉛銀渣與鐵礬渣帶走的損失，約占總損失的60%以上。所以降低渣含鋅，是提高鋅總回收率的主要途徑。本文闡述了一種沉礬礦漿不經(jīng)液固分離直接進(jìn)入中性浸出工序，鐵礬渣經(jīng)Ⅰ段、Ⅱ段酸浸，最終達(dá)到降低鐵礬渣含鋅，減少鋅金屬損失的目的。

渣含鋅； 鐵礬渣； 液固分離； 酸浸

濕法煉鋅主要分焙燒、浸出、凈化、電解、熔鑄、硫酸等六個(gè)主要工序。浸出的目的是利用稀硫酸溶液(電解廢液)使鋅焙砂中的鋅以硫酸鋅的形態(tài)進(jìn)入溶液，其它雜質(zhì)如鐵、砷、銻等盡可能少的進(jìn)入溶液。國(guó)內(nèi)大部分鋅濕法生產(chǎn)過(guò)程中浸出工序主要采用黃鉀鐵礬法，包括中性浸出、高溫高酸浸出、預(yù)中和、沉礬等工序以及各工序的固液分離。浸出各工序的固液分離主要依靠濃密機(jī)沉降作用或廂式壓濾機(jī)壓濾分離。濕法煉鋅浸出工序生產(chǎn)流程長(zhǎng)，工藝復(fù)雜，操作繁瑣，鋅金屬損失量較大。浸出工序鋅損失主要包括飛揚(yáng)損失、跑冒滴漏損失以及浸出兩渣(鉛銀渣與鐵礬渣)帶走的鋅損失，浸出兩渣帶走的鋅損失約占鋅金屬總損失的60%以上。所以降低浸出兩渣含鋅，是提高鋅總回收率的主要途徑。

鉛銀渣主要來(lái)自中浸底流(或中浸渣)經(jīng)高溫?zé)崴峤龊螽a(chǎn)生的含鋅廢渣，由于熱酸浸出酸度較高，鋅金屬浸出率較高，鉛銀渣帶走的鋅金屬少，損失較小。

鐵礬渣主要來(lái)自沉礬沉鐵后形成的礬渣。沉礬沉鐵采用黃鉀鐵礬法，該反應(yīng)為產(chǎn)酸過(guò)程。國(guó)內(nèi)大多數(shù)廠家采用鋅焙砂作為中和劑中和沉礬產(chǎn)生的游離酸。由于沉礬酸度較低，不可避免的使鋅焙砂中未溶解的Zn殘留在鐵礬渣中，造成鋅金屬的損失。

1 存在的問(wèn)題

西北鉛鋅冶煉廠資環(huán)中心電鋅規(guī)模為2萬(wàn)噸，浸出系統(tǒng)在原鑫大公司處理次氧化鋅浸出工藝設(shè)備上進(jìn)行技術(shù)改造，主要處理含鐵<6%的焙砂。浸出系統(tǒng)主要采用黃鉀鐵礬法煉鋅工藝，包括中性浸出、Ⅰ段酸浸、Ⅱ段酸浸、沉礬等工序以及各工序的固液分離。Ⅰ段酸浸工序的固液分離主要靠濃密機(jī)的自由沉降作用，其它工序均采用廂式壓濾機(jī)的壓濾分離，固液分離過(guò)程中不可避免的造成了“跑、冒、滴、漏”，且鐵礬渣含鋅較高，高達(dá)6.5%以上,鋅金屬損失量較大。表1為2011年10月至2012年4月鐵礬渣含鋅。

表1 2011年10月至2012年4月鐵礬渣

鋅濕法浸出工藝流程見圖1。

圖1 原工藝流程圖

由表1可知，鐵礬渣含鋅均超過(guò)6.5%以上，主要由于鐵礬渣缺少酸洗工藝，使得不溶鋅較高，因此有必要降低鐵礬渣不溶鋅。

2 研究方案

2.1 方案內(nèi)容

本方案以黃鉀鐵礬法工藝為基礎(chǔ)，沉礬礦漿不經(jīng)液固分離，礦漿直接沖礦進(jìn)入中性浸出工序。礦漿中的鐵礬渣先經(jīng)Ⅰ段高溫低酸(溫度為85～90 ℃，終酸為30～40 g/L)浸出，溶解鐵礬渣中夾雜的部分未溶的氧化鋅及生渣，初步溶解鐵酸鋅及硫化鋅。Ⅰ段底流進(jìn)入Ⅱ段高溫高酸(溫度為90～95 ℃，終酸為80～90 g/L)浸出，進(jìn)一步溶解鐵礬渣中難溶的鐵酸鋅、硫化鋅，與鉛銀渣互混形成酸浸渣，酸浸渣直接外排。

2.2 方案論證

2.2.1 黃鉀鐵礬機(jī)理研究

3Fe2(SO4)3+12H2O+A2SO4=

2AFe3(SO4)2(OH)6+6H2SO4

(1)

由反應(yīng)(1)可以看出，形成鐵礬的反應(yīng)為放酸過(guò)程，必須中和上述反應(yīng)產(chǎn)生的硫酸，一般采用鋅焙砂作為中和劑，鋅焙砂中的ZnO參與沉鐵反應(yīng)：

3Fe2(SO4)3+5ZnO+2AOH+5H2O=

2AFe3(SO4)2(OH)6+5ZnSO4

(2)

在晶種作用下，加快沉礬速度，形成鐵礬。

2.2.2 降低鐵礬渣含鋅的試驗(yàn)

沉礬過(guò)程中采用鋅焙砂作中和劑中和沉礬產(chǎn)生的游離酸，由于酸度較低，不可避免的使部分Zn殘留在鐵礬渣中，渣中的鋅主要包括鐵酸鋅(ZnO·Fe2O3)、硫化鋅(ZnS)以及部分氧化鋅(ZnO)，造成鋅金屬的損失。據(jù)化驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，鐵酸鋅(ZnO·Fe2O3)中的鋅量占渣中總鋅的60%以上，這說(shuō)明在一般的濕法煉鋅浸出工藝過(guò)程中，鐵酸鋅(ZnO·Fe2O3)將不溶解進(jìn)入渣中。因此有必要研究鐵酸鋅(ZnO·Fe2O3)在浸出時(shí)的溶解條件。

根據(jù)鐵酸鋅(ZnO·Fe2O3)浸出動(dòng)力學(xué)可知，(ZnO·Fe2O3)屬于難以分解的鐵氧體。

根據(jù)鐵酸鋅(ZnO·Fe2O3)浸出熱力學(xué)可知， ZnO·Fe2O3浸出是分兩段進(jìn)行的。首先在低酸下ZnO·Fe2O3+2H+=Zn2++H2O+Fe2O3溶出鋅，隨后在高酸下按反應(yīng)Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O溶出，即鋅比鐵優(yōu)先溶出。因此鐵酸鋅的浸出需要采用多段浸出。

本方案中沉礬礦漿不經(jīng)液固分離，沉礬礦漿直接沖礦進(jìn)入中性浸出，中性浸出經(jīng)液固分離后渣依次進(jìn)入Ⅰ段高溫低酸及Ⅱ段高溫高酸浸出，對(duì)鐵礬渣進(jìn)行了兩段酸洗浸出，鐵礬渣中大部分鐵酸鋅(ZnO·Fe2O3)、硫化鋅(ZnS)溶解，有效的降低了渣含鋅。

3.2.3 黃鉀鐵礬不溶酸試驗(yàn)

模擬沉礬試驗(yàn)，沉鐵過(guò)程中放出的酸采用氫氧化鈉試劑中和，形成較純凈的鐵礬渣。鐵礬渣加入始酸為120 g/L，F(xiàn)e3+為18.5 g/L 的Ⅱ段酸浸礦漿中反應(yīng)1.5 h，取液固比為5∶1。

表2 120 g/L酸中沉礬礦漿的酸、鐵含量

由以上數(shù)據(jù)看出：鐵含量并未增加，證明黃鉀鐵礬在Ⅱ段酸浸酸度條件下基本不溶解，可實(shí)現(xiàn)沉礬礦漿不經(jīng)液固分離直接沖礦，進(jìn)入一段、二段浸出。

2.2.4 液固比試驗(yàn)

資環(huán)中心處理焙砂含鐵<6%；

氧化液酸度為75～85 g/L，取酸度為80 g/L；

Ⅰ段酸浸濾液酸度為30～40 g/L，取酸度為35 g/L；

Ⅰ段酸浸鐵含量為8～12 g/L，取10 g/L，沉礬含鐵為2 g/L，鐵礬渣含鐵為18%。

2.2.4.1 沉礬經(jīng)液固分離后液固比試驗(yàn)

(1)中浸液固比。

中浸焙砂加入量：80/(1.5×56%×75%)=130 g/L=0.13 t/m3；

中浸渣量(干渣量)：0.13 t/m3×50%=0.065 t/m3；

液固比：1/0.065=15∶1；

注：1.5為硫酸與鋅摩爾質(zhì)量比，56%為鋅焙砂中鋅的品位，75%為中浸鋅浸出率。

(2)沉礬液固比。

沉礬焙砂加入量：(35-15)/(1.5×56%×75%)=32 g/L=0.032 t/m3；

沉礬渣量(干渣量)：0.032 t/m3×50%=0.016 t/m3；

生成鐵礬渣量：(10-2)/18%=44 g/L=0.044 t/m3；

液固比：1/(0.016+0.044)=17∶1；

注：1.5為硫酸與鋅摩爾質(zhì)量比，56%為鋅焙砂中鋅的品位，75%為沉礬鋅浸出率，18%指鐵礬渣中鐵品位。

2.2.4.2 沉礬不經(jīng)液固分離后液固比試驗(yàn)

液固比：1/(0.065+0.016+0.044)=8∶1。

綜上所述，黃鉀鐵礬在120 g/L基本不溶解，可不經(jīng)液固分離直接沖礦，沖礦后得到中性浸出礦漿液固比為8∶1，完全滿足生產(chǎn)要求。

3 工業(yè)實(shí)踐

按照以上方案進(jìn)行工藝改造，浸出工藝流程見圖2。

沉礬礦漿不經(jīng)液固分離，礦漿直接沖礦進(jìn)入中性浸出工序，鐵礬渣依次經(jīng)過(guò)Ⅰ段高溫低酸及Ⅱ段高溫高酸酸洗浸出，渣含鋅有了很大程度的降低。表3為工藝改造后2012年6至12月酸浸渣含鋅指標(biāo)。

表3 2012年6至12月酸浸渣含鋅指標(biāo) %

圖2 改造后工藝流程圖

圖3 工藝改造前后渣含不溶鋅指標(biāo)對(duì)比

4 結(jié)論

4.1 創(chuàng)新性

目前國(guó)內(nèi)濕法煉鋅沉礬工序采用濃密機(jī)或廂式壓濾機(jī)進(jìn)行液固分離，濾液進(jìn)入中性浸出工序，濾渣經(jīng)酸洗工序(溫度為85～90 ℃，終酸為45～65 g/L)浸出，過(guò)濾后鐵礬渣外排。本方案中沉礬礦漿不經(jīng)液固分離，礦漿直接沖礦進(jìn)入中性浸出工序，該應(yīng)用在國(guó)內(nèi)同行業(yè)領(lǐng)域?qū)偈讋?chuàng)。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益(以資環(huán)中心2萬(wàn)t核算)

(1)沉礬礦漿不經(jīng)固液分離，簡(jiǎn)化了浸出工藝，鐵礬渣得到充分浸出，降低了渣含鋅，渣含鋅由6.5%降低到了5%以下，降低了1.5多個(gè)百分點(diǎn)，

減少270 t鋅金屬損失，年創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益230多萬(wàn)元。

(2)沉礬礦漿不經(jīng)固液分離，減少了沉礬固液分離的設(shè)備(濃密機(jī)或廂壓機(jī))及備品備件投入20萬(wàn)元，年節(jié)省電35.64萬(wàn)kWh，年節(jié)約電費(fèi)14萬(wàn)元。

(3)避免了沉礬固液分離過(guò)程中的“跑、冒、滴、漏”，減少了金屬鋅損失，降低了鐵礬渣對(duì)環(huán)境污染。

4.3 研究方向

鐵礬渣返回系統(tǒng)進(jìn)一步浸出，雖然降低了總渣量與渣含鋅，但使得浸出Ⅰ段、Ⅱ段工序處理量增大。同時(shí)兩渣互混降低了最終產(chǎn)出渣的稀貴金屬品位，加大了今后綜合回收的難度，這也將是我們下一步研究方向。

Practice of jarosite residue treatment in Zn hydrometallurgy

MA Fei-fei, LI Zhi-qiang

The jarosite method is adapted to smelt zinc in most of zinc hydrometallurgy production process, with characteristics of long production process and large zinc metal loss.The zinc loss is mainly due to the loss away by lead silver slag and jarosite residue produced in leaching process, the total loss is about more than 60%, so reducing zinc contained in slag is an important way to improve the total zinc recovery rate. This paper expounded a kind of process that jarosite residue slurry is directly flow into the neutral leaching process without solid liquid separation, after acid leaching in I segment and II segment, zinc contained in jarosite residue was decreased, the loss of zinc metal was reduce finally.

zinc contained in slag; jarosite residue; solid liquid separation; acid leaching

馬菲菲(1988—)，陜西漢中人，本科，主要從事濕法冶煉技術(shù)工作。

2014-- 06-- 13

2014-- 07-- 04

TF813

B

1672-- 6103(2015)03-- 0025-- 04