新疆克孜鋅尾礦中鋅的回收利用工藝研究

王　攀，桑世華，唐明林，傅　超（成都理工大學(xué)材料與化學(xué)化工學(xué)院，礦產(chǎn)資源化學(xué)四川省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川　成都　610059）

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新疆克孜鋅尾礦中鋅的回收利用工藝研究

王攀，桑世華*，唐明林，傅超
（成都理工大學(xué)材料與化學(xué)化工學(xué)院，礦產(chǎn)資源化學(xué)四川省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都610059）

摘要：對(duì)新疆克孜鋅尾礦中鋅的回收工藝展開(kāi)了研究，對(duì)鋅尾礦的礦物組成、化學(xué)成分、尾礦粒級(jí)、鋅分布規(guī)律、鋅賦存狀態(tài)進(jìn)行了研究；此外，還對(duì)鋅尾礦進(jìn)行了氨水溶浸和重選工藝的研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：超重力分選鋅精礦的品位可以達(dá)到30%以上，鋅的總回收率可達(dá)65%以上；氨水溶浸鋅的提取率可以達(dá)到65%以上。本試驗(yàn)鋅品位很低，平均品位只有1.6%，考慮到經(jīng)濟(jì)成本和生產(chǎn)效率的因素，可采用超重力分選法富集鋅。

關(guān)鍵詞：鋅尾礦；超重力分選；氨浸鋅

修回日期：2015-09-29

0　前言

我國(guó)是一個(gè)礦業(yè)大國(guó)，礦業(yè)固體廢料的積存量和年排放量十分巨大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2000年以前,我國(guó)礦山產(chǎn)出的尾礦總量為50.26億t。2000年以后，我國(guó)礦山年排放尾礦達(dá)到6億t。按此推算,現(xiàn)有尾礦的總量在140億t左右。這些尾礦中大多含有各種有色、黑色、稀貴、稀土和非金屬礦物等,是寶貴的二次礦產(chǎn)資源[1]。目前，這類(lèi)廢料多以自然堆積法儲(chǔ)存于尾礦庫(kù)中。這些尾礦不僅要侵占大量的土地，污染著礦區(qū)與周邊地區(qū)的環(huán)境，每年還需要投入大量并且是無(wú)法收回的廢料處理資金，尾礦已成為礦山企業(yè)沉重的包袱。充分利用尾礦資源來(lái)發(fā)展節(jié)地、節(jié)能、環(huán)保利廢的新型工業(yè)產(chǎn)品是尾礦處理最直接有效的途徑,也必將對(duì)我國(guó)的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生重大而深遠(yuǎn)的影響。

目前，低品位氧化鋅資源利用率較低，資源浪費(fèi)嚴(yán)重，已開(kāi)采礦山中鋅品位多在10%以上。對(duì)于10%以下的低品位氧化鋅礦，選礦難度較大，成本較高，鋅回收率一般只有50%～60%[2]，目前尚沒(méi)有成熟、經(jīng)濟(jì)的直接冶煉工藝。

新疆克孜氧化鋅礦是福建紫金礦業(yè)公司控股的民營(yíng)企業(yè)，該礦山具有探、采、選一條龍生產(chǎn)線，生產(chǎn)規(guī)模較大，日處理原礦能力達(dá)1萬(wàn)t，目前采用浮選法生產(chǎn)工藝，日產(chǎn)硫化鋅精礦400 t左右，日排放尾礦9600 t，尾礦中淺余鋅平均品位1.6%，日排放金屬鋅總量100 t左右，這將是一筆巨大的經(jīng)濟(jì)損失，該企業(yè)對(duì)這尾礦資源的二次利用十分重視。企業(yè)自身試驗(yàn)研究多年，后又委托國(guó)內(nèi)相關(guān)科研院所和大學(xué)做相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究[3]，分別采用浮選[4]、重選、磁選、化學(xué)選等方法進(jìn)行尾礦中氧化鋅的回收工藝研究[5]，均未達(dá)到該單位生產(chǎn)的要求。我們根據(jù)上述單位試驗(yàn)結(jié)果，開(kāi)展了該尾礦的不同粒級(jí)、物質(zhì)組分、礦物成分及鋅在尾礦中賦存狀態(tài)的分析研究，采用超重力分選和氨水溶浸的方法分別對(duì)尾礦中的鋅進(jìn)行回收工藝研究，并且獲得了較為滿(mǎn)意的結(jié)果。

1　尾礦物質(zhì)組分研究

本試驗(yàn)的尾礦取自新疆克孜氧化鋅尾礦，分別對(duì)礦樣進(jìn)行物質(zhì)組分，賦存物相，礦物組成，礦物粒度進(jìn)行分析。

1.1尾礦的多元素分析及物相分析

尾礦的多元素分析結(jié)果見(jiàn)表1，物相分析結(jié)果見(jiàn)表2。

表1　尾礦多元素分析結(jié)果

表2　尾礦物相分析結(jié)果

1.2尾礦的礦物組成[6]

表3　尾礦礦物組成分析

1.3鋅尾礦粒度分析

尾礦不同粒級(jí)鋅的分布規(guī)律結(jié)果見(jiàn)表4。

表4　尾礦粒度分析結(jié)果

圖1　尾礦粒級(jí)分布曲線

尾礦粒級(jí)分布曲線如圖1所示，從尾礦的粒級(jí)分布可見(jiàn)，+140目的產(chǎn)率占38.39%，鋅的金屬分布率23.58%；+180目的產(chǎn)率占72.76%，鋅金屬分布率為58.16%。從不同粒級(jí)尾礦砂中鋅的分布規(guī)律可以看出，隨粒級(jí)細(xì)度（目數(shù)）的增加，鋅的含量增高，具有一定的富集規(guī)律，理論上可以證實(shí)尾礦砂中含鋅礦物（菱鋅礦、硅鋅礦、閃鋅礦）具有易磨碎性，大量SiO2（石英）具有硬性，韌性，不易解離，這樣適當(dāng)增加磨礦細(xì)度有利于鋅的富集。

2　超重力選礦工藝試驗(yàn)

2.1超重力分選方法原理

本重選方法是利用含鋅礦物與其他非金屬礦物間的密度之差，采用新型超重力選礦機(jī)在強(qiáng)化重力場(chǎng)的作用下，比重大和比重小的礦物的重力差被極大地放大，重礦物改變運(yùn)動(dòng)軌跡下沉，輕礦物顆粒懸浮在水的上層作為尾礦排出，從而實(shí)現(xiàn)輕重礦物顆粒按比重分選[7]，輕礦物從選礦機(jī)上部排除，重礦物從選礦機(jī)下部移出得到連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)富集。超重力選礦流程圖如圖2。

圖2　超重力分選試驗(yàn)流程圖

2.2試驗(yàn)結(jié)果

從表5重選的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，超重力選礦，鋅精礦的品位可以達(dá)到30%以上，鋅的回收率可達(dá)65%以上，對(duì)鋅有一定的富集效果。由于該尾礦砂含鋅量較低，其價(jià)值也較低，工藝流程要簡(jiǎn)單，生產(chǎn)規(guī)模要大，生產(chǎn)成本要低才有經(jīng)濟(jì)效益，綜合考慮，重選試驗(yàn)回收尾礦中的鋅具有實(shí)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

表5　超重力分選實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3　氨浸工藝試驗(yàn)

3.1氨浸方法原理

氨浸是在氨銨鹽體系中，用NH3·H2O或者銨鹽做浸出和絡(luò)合劑，使礦石中的鋅以鋅氨配合物的形式溶解出來(lái)進(jìn)入溶液，實(shí)現(xiàn)有價(jià)金屬鋅與其他成分的分離[8]。實(shí)驗(yàn)以氨水作為浸出劑，氨水浸出氧化鋅礦，鋅離子與氨水發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)[9-12]，Zn2+與NH3反應(yīng)生成[Zn（NH3）n]2+配合離子，根據(jù)Johnson H E等[13]繪制的Zn-NH3-H2O體系的φpH圖發(fā)現(xiàn)，pH處于8～11時(shí)，[Zn（NH3）4]2+為優(yōu)勢(shì)組元，鋅離子以[Zn（NH3）4]2+形式溶解進(jìn)入溶液，配離子與氨的絡(luò)合穩(wěn)定常數(shù)lgβn[14]如表6所示，由表6可知，這些金屬元素可以和氨絡(luò)合形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，又根據(jù)表1數(shù)據(jù)，可以知道除Zn以外，能夠生成穩(wěn)定絡(luò)合物的其他金屬離子含量極低，幾乎可以忽略，所以進(jìn)入溶液的穩(wěn)定絡(luò)合物主要是[Zn（NH3）4]2+。

3.2氨浸工藝流程圖

圖3　氨浸工藝流程

3.3試驗(yàn)結(jié)果

表6　配離子與氨的絡(luò)合穩(wěn)定常數(shù)lgβn (18℃～25℃)

表7　氨浸試驗(yàn)結(jié)果

由表7氨浸試驗(yàn)結(jié)果表明鋅的浸出率可達(dá)65%以上，該尾礦鋅的賦存狀態(tài)由表2得知，鋅主要是以氧化鋅礦形式存在，主要是菱鋅礦和異極礦，若采用浮選法，鋅的回收率低，因?yàn)楦∵x法只適合硫化礦不適合于氧化礦，采用酸法提鋅，碳酸鹽含量較高，不適用于酸浸。故該尾礦只適合于氨浸分離富集鋅，從浸出率來(lái)看氨浸法具有一定的分離富集作用。

4　結(jié)果與討論

根據(jù)以上不同工藝的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，采用氨浸法和超重力選法，鋅的回收率均能達(dá)到65%以上，但是考慮到該尾礦品位低，經(jīng)濟(jì)價(jià)值不太高，控制經(jīng)濟(jì)成本和生產(chǎn)效率是關(guān)鍵因素。而氨浸法工藝生產(chǎn)流程長(zhǎng)，工藝復(fù)雜，生產(chǎn)時(shí)間長(zhǎng)，而且運(yùn)輸氨水增加運(yùn)輸費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)成本高；重選工藝具有工藝流程簡(jiǎn)短，經(jīng)濟(jì)成本低，生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，所以前期處理可以先通過(guò)超重力分選法將氧化鋅初步富集，后期生產(chǎn)再利用氨浸法進(jìn)行第二次富集，得到經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的電解鋅產(chǎn)品。

5　結(jié)論

（1）新疆克孜鋅尾礦經(jīng)光譜分析、化學(xué)多元素分析、鋅物相分析、尾礦礦物組成及有關(guān)特性分析結(jié)果表明：該尾礦中鋅品位為1.60%，鋅尾礦主要為菱鋅礦，約占72.63%，硅酸鋅及其它為27.37%。該尾礦的主要特征為脈石量大，鋅品位低。

（2）本次研究針對(duì)鋅尾礦性質(zhì)特點(diǎn)，分別進(jìn)行了氨浸和重選多種選礦方法的條件試驗(yàn)和流程試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：采用氨浸法和重選法均可以回收大部分鋅，回收率可達(dá)65%以上，但是與重選法相比，氨浸法工藝流程長(zhǎng)，生產(chǎn)時(shí)間長(zhǎng)，氨水運(yùn)輸成本高，生產(chǎn)環(huán)境惡劣，而重選工藝具有工藝流程簡(jiǎn)短，經(jīng)濟(jì)成本低，生產(chǎn)效率高，所以前期處理選擇重選法初步富集鋅，后期生產(chǎn)再利用氨浸法進(jìn)行第二次富集，得到經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的電解鋅產(chǎn)品。

（3）通過(guò)研究，使克孜鋅尾礦庫(kù)中的鋅金屬得到了有效的回收，提高了經(jīng)濟(jì)效益，使資源得到更加合理的利用。其研究成果對(duì)同類(lèi)礦山低品位氧化鋅礦具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和很好的借鑒作用。

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Study on Recycling Process of Zinc from Xinjiang Kezi Zinc Tailings

WANG Pan，SANG Shi-hua*，TANG Ming-lin，F(xiàn)U Chao
(Collegeof Materialsand Chemistry&Chemical Engineering,Chengdu Universityof Technology,Mineral Resources Chemistry Key Laboratoryof Sichuan Higher Education Institutions,Chengdu，Sichuan610059,China)

Abstract：In this paper, the recycling process of zinc from Xinjiang Kezi zinc tailings was studied. Mineral composition, chemical composition, distribution of zinc, and mode of occurrence of zinc were also studied. Besides, some methods such as ammonia leaching zinc and super gravity separation were applied to the research of zinc tailings. The experimental results show that the grade of zinc concentrate can be reached more than 30%, and the total recovery rate of zinc can be reached more than 65% by the method of super gravity separation; The extraction rate of zinc can be reached more than 65% by the method of ammonia leaching. Finally, the average grade of zinc in this work is very low, only 1.6%, considering the factors of economic cost and production efficiency, we eventually adopted super gravity separation method to enrich zinc.

Keywords：zinc tailings; super gravity separation; ammonia leaching zinc

文章編號(hào)：1006-4184（2016）2-0035-04

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金(No.41373062)，四川省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2014GZ0189）和四川省高校創(chuàng)新科研團(tuán)隊(duì)（2015TD0009聯(lián)合資助。

作者簡(jiǎn)介：王攀（1989-），男，四川遂寧人，碩士研究生，研究方向：礦產(chǎn)資源化學(xué)工程。

*通訊作者：桑世華。E-mail：sangsh@cdut.edu.cn。