針鐵礦沉鐵工藝在常壓富氧直接浸出工藝中的應(yīng)用

龍 雙（株洲冶煉集團(tuán)股份有限公司，湖南株洲 412004）

針鐵礦沉鐵工藝在常壓富氧直接浸出工藝中的應(yīng)用

龍 雙
（株洲冶煉集團(tuán)股份有限公司，湖南株洲 412004）

在生產(chǎn)實(shí)踐中通過(guò)不斷對(duì)針鐵礦沉鐵工藝進(jìn)行摸索，確定了穩(wěn)定運(yùn)行的工藝條件：控制1＃～5＃沉鐵反應(yīng)器pH值最佳范圍為：2.5～3.0、3.0～3.5、3.0～3.5、3.0～3.5、3.0～3.5；氧氣用量分別為：80 m3／h、120m3／h、120m3／h、150 m3／h、150m3／h；晶種返回量為0.3倍總流量。按上述條件穩(wěn)定控制，其鐵渣含鐵品位可達(dá)35%以上，沉鐵后液含鐵小于1 g／L，合格率達(dá)到96%，系統(tǒng)銅的保留率達(dá)85%以上。

針鐵礦沉鐵；pH值；氧氣；晶種

濕法煉鋅中焙砂或鋅精礦通過(guò)浸出，得到含高濃度Fe3＋（或Fe2＋）的ZnSO4溶液，工藝中必須對(duì)鐵進(jìn)行分離［1～3］。目前成熟的除鐵工藝有黃鈉（鉀）鐵礬法、針鐵礦法和赤鐵礦法等。黃鈉（鉀）鐵礬法應(yīng)用最為廣泛，但過(guò)程中產(chǎn)渣量大，且渣回收利用難；赤鐵礦法對(duì)原料的綜合利用好，能回收多種有價(jià)金屬，渣利用性能較好，但過(guò)程對(duì)設(shè)備要求高，能耗高，投資大；針鐵礦法對(duì)過(guò)程pH值控制要求嚴(yán)格，較前兩種工藝難于控制，但溶液沉鐵后質(zhì)量高，且產(chǎn)物針鐵礦可作為二次資源利用，渣量少，渣的過(guò)濾性能好［4～10］。常壓富氧直接浸出工藝是株洲冶煉集團(tuán)股份有限公司建廠以來(lái)投資最高，技術(shù)最復(fù)雜、工程難度最大的項(xiàng)目，其工藝分為“富氧順流浸出、硫浮選、還原、預(yù)中和、針鐵礦沉鐵”五個(gè)工序，在沉鐵工藝中，通過(guò)技術(shù)人員的不斷努力與技術(shù)創(chuàng)新，確定了一套適合自身物料特點(diǎn)的控制參數(shù)，通過(guò)實(shí)踐表明，該工藝運(yùn)行穩(wěn)定，沉鐵后溶液中全鐵能穩(wěn)定小于1 g／L，鐵渣鐵品位高達(dá)35%以上。

1 針鐵礦沉鐵過(guò)程控制條件的確定

硫化鋅精礦經(jīng)過(guò)常壓富氧直接浸出后，其酸浸出溶液送還原工序通過(guò)加入硫化鋅精礦控制其溶液Fe3＋含量，再送至預(yù)中和工序，通過(guò)加入鋅焙砂調(diào)節(jié)pH值，使溶液pH值符合針鐵礦法沉鐵工藝參數(shù)要求，針鐵礦法沉鐵工序由五臺(tái)反應(yīng)器串聯(lián)構(gòu)成，溶液在反應(yīng)器中通過(guò)加入氧氣和添加鋅焙砂或石灰乳調(diào)節(jié)pH值來(lái)沉鐵，沉鐵合格后溶液送下道工序繼續(xù)處理。

1.1 過(guò)程pH值控制的確定

pH值是針鐵礦法沉鐵的關(guān)鍵控制參數(shù)，為了確定針鐵礦沉鐵最佳過(guò)程pH值控制參數(shù)，在晶種返回量為沉鐵流量的0.4倍，沉鐵流量為150 m3／h，沉鐵5個(gè)槽氧氣量用量分別為100 m3／h、150 m3／h、150 m3／h、150 m3／h、150 m3／h的條件下，通過(guò)在反應(yīng)器中均勻加入一定量鋅焙砂或石灰乳來(lái)控制過(guò)程不同反應(yīng)pH值，考察其對(duì)鐵渣形態(tài)和含鐵品位的影響，其試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1，表1中所有數(shù)據(jù)均為不同時(shí)間段的10組試驗(yàn)數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值。

表1 1＃～5＃反應(yīng)器pH值均控制在3.5～4.0時(shí)對(duì)針鐵礦沉鐵過(guò)程的影響

從表1可知，當(dāng)針鐵礦沉鐵過(guò)程pH值控制在3.5～4.0時(shí)，其溶液中Fe2＋沉淀速率較快，溶液在經(jīng)過(guò)第二個(gè)反應(yīng)器后，F(xiàn)e2＋的沉淀率即達(dá)到96%，但過(guò)程Cu2＋出現(xiàn)大量沉淀，不利于溶液中銅的回收，同時(shí)各反應(yīng)器出口渣型為氫氧化鐵膠體而非針鐵礦型，過(guò)濾性能差，鐵渣含鐵品位偏低，僅為23.6%，故沉鐵過(guò)程pH控制宜低于4.0，為此降低沉鐵過(guò)程pH值，控制pH值處于3.0～3.5之間，其試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 1?！?＃反應(yīng)器pH值均控制在3.0～3.5時(shí)對(duì)針鐵礦沉鐵過(guò)程的影響

從表2可知，當(dāng)針鐵礦沉鐵過(guò)程pH值控制在3.0～3.5時(shí)，過(guò)程Fe2＋沉淀速度比較緩慢，且Fe3＋含量始終小于1 g／L，基本滿(mǎn)足針鐵礦沉淀?xiàng)l件，同時(shí)各反應(yīng)器出口渣為晶體狀，過(guò)濾性能良好，5＃反應(yīng)器出口鐵渣含鐵品位較高，為31.8%，但沉鐵過(guò)程中出現(xiàn)1＃反應(yīng)器中Cu2＋沉淀50%左右，2＃～5＃反應(yīng)器中Cu2＋濃度基本不變。為此降低沉鐵1＃反應(yīng)器過(guò)程pH值在2.5～3.0，其它反應(yīng)器pH值維持不變，其試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 1＃反應(yīng)器pH值控制2.5～3.0，2?！?＃反應(yīng)器pH控制3.0～3.5時(shí)對(duì)針鐵礦沉鐵過(guò)程的影響

從表3可知，當(dāng)下調(diào)1＃反應(yīng)器沉鐵過(guò)程pH值2.5～3.0時(shí)，整個(gè)過(guò)程Cu2＋保留率可達(dá)到85%以上，且沉鐵5＃反應(yīng)器出口溶液質(zhì)量高，渣過(guò)濾性能好，鐵渣含鐵品位達(dá)到32.4%。為進(jìn)一步摸索pH值對(duì)針鐵礦沉鐵過(guò)程的影響，繼續(xù)下調(diào)各反應(yīng)器pH值，將1＃～5＃反應(yīng)器pH值均按2.5～3.0控制，其試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 1?！?＃反應(yīng)器pH值控制在2.5～3.0時(shí)對(duì)針鐵礦沉鐵過(guò)程的影響

從表4可知，沉鐵1?！?＃pH值按2.5～3.0控制后，系統(tǒng)銅保留率高達(dá)95%，各反應(yīng)器出口渣易過(guò)濾，5＃反應(yīng)器出口鐵渣品位為32.1%，但沉鐵后液中Fe2＋含量偏高，大于1 g／L，影響后續(xù)工藝中Fe的控制。

綜上所述，針鐵礦沉鐵過(guò)程pH值最佳控制范圍為：1＃反應(yīng)器2.5～3.0，2?！?＃反應(yīng)器3.0～3.5。

1.2 過(guò)程氧氣用量的確定

預(yù)中和后液中的鐵主要以Fe2＋形式存在，沉鐵過(guò)程中形成針鐵礦必須先將溶液中Fe2＋緩慢氧化為Fe3＋后再形成FeOOH（針鐵礦）晶體，其過(guò)程氧化速度太快，將導(dǎo)致溶液中Fe3＋濃度偏高，產(chǎn)生大量Fe（OH）3（氫氧化鐵膠體）絮狀沉淀，不利于針鐵礦形成，同時(shí)也影響渣的過(guò)濾性能，氧化速度太慢，F(xiàn)e2＋未沉淀完全，沉鐵后液中Fe2＋含量偏高，不利于后續(xù)工序穩(wěn)定控制。

在晶種返回量為沉鐵流量的0.4倍，沉鐵流量為150 m3／h，沉鐵1＃反應(yīng)器pH值控制在2.5～3.0，沉鐵2?！?＃反應(yīng)器pH值控制3.0～3.5的條件下，在1?！?＃反應(yīng)器氧氣用量100 m3／h、150 m3／h、150 m3／h、150 m3／h、150 m3／h的基礎(chǔ)上，通過(guò)調(diào)節(jié)1?！?＃反應(yīng)器氧氣用量（針鐵礦沉鐵基本大部分1?！?＃反應(yīng)器中進(jìn)行，4＃～5＃反應(yīng)器中氧氣基本過(guò)量加入，確保沉鐵后液質(zhì)量），考察其對(duì)鐵渣形態(tài)和含鐵品位的影響，其試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 增加1＃反應(yīng)器氧氣用量對(duì)針鐵礦沉鐵過(guò)程的影響

從表5可知，在其它反應(yīng)器中氧氣用量不變的條件下，增加1＃反應(yīng)器的氧氣量，不利于針鐵礦沉鐵，各反應(yīng)器出口渣呈膠體狀，過(guò)濾性能差，5＃反應(yīng)器出口鐵渣含鐵品位僅為27.4%，為此降低1＃反應(yīng)器的氧氣量，其試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 降低1＃反應(yīng)器氧氣用量對(duì)針鐵礦沉鐵過(guò)程的影響

從表6可知，在其它反應(yīng)器中氧氣用量不變的條件下，降低1＃反應(yīng)器的氧氣量，有利于針鐵礦沉鐵，各反應(yīng)器出口渣呈晶體狀，過(guò)濾性能好，5＃反應(yīng)器出口鐵渣品位高達(dá)32.9%，為此確定1＃反應(yīng)器的氧氣量控制在80 m3／h左右，繼續(xù)降低2＃反應(yīng)器的氧氣量，其試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7和表8。

表7 降低2＃反應(yīng)器氧氣用量對(duì)針鐵礦沉鐵過(guò)程的影響

表8 繼續(xù)降低2＃反應(yīng)器氧氣用量對(duì)針鐵礦沉鐵過(guò)程的影響

從表7和表8可知，降低2＃反應(yīng)器的氧氣用量，對(duì)針鐵礦沉鐵的渣過(guò)濾性能和含鐵品位影響不大，但從5＃反應(yīng)器出口溶液Fe2＋含量來(lái)看，2＃反應(yīng)器的氧氣用量不宜過(guò)低，為此確定2＃反應(yīng)器的氧氣用量控制在120 m3／h左右，同時(shí)繼續(xù)下調(diào)3＃反應(yīng)器的氧氣用量為120 m3／h左右，其試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表9。

表9 降低3＃反應(yīng)器氧氣用量對(duì)針鐵礦沉鐵過(guò)程的影響

從表9可知，降低3＃反應(yīng)器的氧氣用量，提高了針鐵礦沉鐵的渣品位，5＃反應(yīng)器出口渣含F(xiàn)e高達(dá)35.8%，但從5＃反應(yīng)器出口溶液Fe2＋含量來(lái)看，3＃反應(yīng)器的氧氣用量不宜再降低，為此確定3＃反應(yīng)器的氧氣用量控制在120 m3／h左右。

綜上所述，針鐵礦沉鐵過(guò)程中1＃～5＃反應(yīng)器氧氣用量分別為80 m3／h、120 m3／h、120 m3／h、150 m3／h、150 m3／h。

1.3 晶種返回流量的確定

晶種返回在針鐵礦沉鐵過(guò)程中發(fā)揮了重要的作用。工業(yè)生產(chǎn)中將沉鐵濃密機(jī)底流部分返回作為晶種，在其它條件不變的情況下，通過(guò)調(diào)整晶種返回量流量，考察期對(duì)5＃反應(yīng)器出口溶液含鐵、鐵渣含鐵品位和鐵渣含鋅品位的影響，其試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表10。

表10 晶種返回量與溶液鐵含量、鐵渣含鋅、鐵渣含鐵的關(guān)系

從表10可知，加大過(guò)程晶種返回量，鐵渣中未被充分利用的中和劑會(huì)再次被利用，從而降低鐵渣中鋅含量，提高了鐵渣品位，但當(dāng)返回量超過(guò)總流量的1／2時(shí)，系統(tǒng)含固明顯增加，影響傳質(zhì)過(guò)程，溶液殘鐵量也明顯增加，故考慮到系統(tǒng)渣平衡，在不影響沉鐵質(zhì)量的情況下確定了最小的晶種返回量為0.3倍總流量。

2 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

針鐵礦沉鐵工藝各項(xiàng)控制條件確定后，實(shí)施后一年來(lái)各項(xiàng)參數(shù)及指標(biāo)月平均值與實(shí)施前一年月平均值對(duì)比見(jiàn)表11。

表11 工藝參數(shù)優(yōu)化前后各項(xiàng)參數(shù)及指標(biāo)月平均值與實(shí)施前月平均值對(duì)比

從表11可知，前后生產(chǎn)情況的變化主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

1.沉鐵渣品位上升幅度高達(dá)34.3%，在相同鋅精礦投入量的生產(chǎn)條件下，鐵渣量減量幅度達(dá)68.6%，有效降低了渣處理成本。

2.鐵渣含鋅量降低，降低幅度達(dá)33.37%，減少了鋅的損失。銅在沉鐵過(guò)程的保留率提高24.12%，提高了系統(tǒng)銅的回收率。

3.沉鐵后液含鐵小于1 g／L，合格率由77%提升至96.87%，提高幅度達(dá)19.87%，整個(gè)沉鐵工藝實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

3 結(jié) 論

在針鐵礦沉鐵工序中分別控制1?！?＃反應(yīng)器pH值最佳范圍為：12.5～3.0、3.0～3.5、3.0～3.5、3.0～3.5、3.0～3.5；氧氣用量分別為：80 m3／h、120 m3／h、120 m3／h、150 m3／h、150 m3／h；晶種返回量為0.3倍總流量時(shí)，鐵渣含鐵品位可達(dá)35%以上，沉鐵后液含鐵小于1 g／L，合格率達(dá)到96%，系統(tǒng)銅的保留率達(dá)85%以上。經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐表明，該工藝具有技術(shù)含量高、成熟可靠、鐵渣含鐵品位高、生產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定等顯著特點(diǎn)。

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The Industrial Application of Goethite in Atmospheric Oxygen Enriched Direct Leaching Project

LONG Shuang
（Zhuzhou Smelting Group Co．，Ltd．，Zhuzhou 412004，China）

In the practice，through the continuous production of goethite iron sink technology for exploration to determine the conditions of stable operation：Control1?！?＃optimum reactor pH value range 2.5～3.0，3.0～3.5，3.0～3.5，3.0～3.5，3.0～3.5；The amount of oxygen are 80 m3／h，120 m3／h，120 m3／h，150 m3／h，150 m3／h；Seed return amount is 0.3 times the total flow.According to the above conditions，the iron cake grade achieves to above 35%，the heavy iron liquid iron is less than 1 g／L pass rate of 96%，the retention rate of copper in the system is up to 85%.

goethite；pH value；oxygen；seed

TF803.2＋1

A

1003－5540（2016）02－0029－04

2016－02－27

龍 雙（1984－），男，工程師，主要從事冶煉生產(chǎn)及技術(shù)管理工作。