氧化鋅煙塵在濕法煉鋅過程中適用性的研究

和貴方， 伍賀東， 王 闖， 李 晶， 毛 勇， 付天磊

（呼倫貝爾馳宏礦業(yè)有限公司， 內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021000）

某北方冶煉公司鋅系統(tǒng)采用真正的全濕法煉鋅工藝，即，兩段氧壓浸出—中和—凈化—鋅電積工藝。生產(chǎn)中鋅精礦含銦（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）140 g/t左右，鋅精礦經(jīng)過兩段氧壓浸出作業(yè)后，產(chǎn)出的二段氧壓浸出渣渣率一般在55%左右，含銦（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）60 g/t左右，即，銦的浸出率在75%左右；產(chǎn)出的一段浸出液ρ[In3+]一般在 20～25 mg/L 左右，ρ[H2SO4]為 3～5 g/L，原設(shè)計采用消石灰或碳酸鈣粉一步中和沉銦工藝存在銦渣渣量大、含銦品位較低（僅700～800 g/t左右）以及銦回收酸浸濾液ρ[In3+]過低（僅200 mg/L左右）等問題。這不僅嚴(yán)重影響銦的回收率和銦回收正常作業(yè)，而且嚴(yán)重威脅鋅系統(tǒng)安全，特別是當(dāng)一段浸出液酸度過高時，導(dǎo)致銦渣渣量更大、含銦品位更低，銦回收作業(yè)無法維系，銦渣無法快速外排。為解決上述問題，2015年呼倫貝爾馳宏礦業(yè)有限公司通過開展兩步沉銦工藝試驗研究，即，預(yù)中和—中和沉銦工藝，同時已通過了生產(chǎn)驗證，解決銦渣渣量大、含銦品位低以及當(dāng)一段浸出液酸度過大時，通過預(yù)中和進(jìn)行緩沖，減少酸度變化對后續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)的沖擊。

2015年鉛系統(tǒng)產(chǎn)出的氧化鋅煙塵由于長期堆存，占用資金量大，為解決其去向，考慮使用氧化鋅煙塵作為預(yù)中和的中和劑，為此，將氧化鋅煙塵、焙砂作為預(yù)中和的中和劑進(jìn)行對比分析，進(jìn)行適用性工藝研究。

1理論分析

1.1 工藝原理

中和車間預(yù)中和工藝是利用中和劑焙砂進(jìn)行預(yù)中和，將初始酸度pH為3～5左右的一段浸出液升至pH=3.0附近。現(xiàn)考慮使用鉛系統(tǒng)產(chǎn)出的氧化鋅煙塵作為中和劑進(jìn)行預(yù)中和，在pH上升過程中，焙砂或氧化鋅煙塵發(fā)生的反應(yīng)式如下[1-5]：

此外，焙砂或氧化鋅煙塵中少量堿性脈石和少量其他氧化物如NiO、CaO、MgO和CuO等也參與中和反應(yīng)，但這些數(shù)量少，可以認(rèn)為主要的中和反應(yīng)仍然為ZnO和PbO。

在中和反應(yīng)中，中和所形成的PbSO4和水解產(chǎn)生的膠體Fe(OH)3會包裹中和劑，造成中和劑的利用率降低[6]。

2 試驗方法

2.1 試驗原輔料

原料：一段上清液，成分見“3試驗結(jié)果與討論”中所示；輔料：氧化鋅煙塵（來自鉛廠）、焙砂（外購），見下頁表1。

2.2 試驗步驟

1）控制一段液溫度75～80℃條件下，用1 000 mL量筒量取數(shù)份1 000 mL一段液倒入對應(yīng)燒杯中，燒杯編號分別為1號、2號、3號、4號、5號……。

2）計算1 L一段液預(yù)中和的中和劑（氧化鋅煙塵、焙砂）理論加入量，按照計算公式：單位體積溶液氧化鋅煙塵或焙砂實際消耗量大約等于K（ρ[H2SO4]×1.1+ρ[Fe3+]×2.88），其中 K 是計量系數(shù)。

表1 輔料中和劑質(zhì)量

3）稱取計算的中和劑用量，分別對應(yīng)1號、2號、3號、4號、5號……燒杯，將各組中和劑再平均分成若干份在攪拌作用下間隔一定時間均勻加入一段液中，即，預(yù)中和為2 h，其中1 h內(nèi)加入中和劑，各組中和劑平均分為20份，每3 min加入一份（抖動逐步加入），待中和劑全部加入完畢再攪拌1 h即可。

4）到達(dá)指定時間后，料漿送抽濾，預(yù)中和后液用量筒計量體積后取樣送分析化驗，預(yù)中和渣經(jīng)烘干稱質(zhì)量后送分析化驗。

5）預(yù)中和后液相關(guān)記錄及計算。抽濾速度=預(yù)中和后液體積/（抽濾時間×抽濾漏斗面積），單位為mL/（min·cm2），其中抽濾漏斗面積=πr2，r為抽濾漏斗半徑。

6）預(yù)中和渣相關(guān)記錄。渣濕質(zhì)量=抽濾后含水分的預(yù)中和渣（含濾紙）質(zhì)量-濾紙質(zhì)量=含水分的預(yù)中和渣（不含濾紙），稱質(zhì)量時對濾紙去皮操作，g；濾紙質(zhì)量單獨記錄在試驗記錄表，便于干質(zhì)量計算，g；渣干質(zhì)量=烘干后樣品（含濾紙）質(zhì)量—濾紙質(zhì)量＝干燥的預(yù)中和渣（不含濾紙），g。

3 試驗結(jié)果與討論

3.1 條件試驗

根據(jù)前面所述，開展氧化鋅煙塵、焙砂精礦用量條件試驗，試驗結(jié)果見下頁表2。

通過表2可知：

1）氧化鋅煙塵。隨著用量增加，液計銦損失率變化不大，都低于10%，部分出現(xiàn)負(fù)值，可能是部分煙塵中的銦進(jìn)入溶液所致，也可能是分析誤差所致，為確保預(yù)中和效果，銦損失較低，選擇K=0.35作為最優(yōu)條件。

2）焙砂。隨著用量增加，液計銦損失率變化呈遞減趨勢，都低于10%，部分出現(xiàn)負(fù)值，可能是部分焙砂中的銦進(jìn)入溶液所致，也可能是分析誤差所致，參考2015年試驗結(jié)果和生產(chǎn)數(shù)據(jù)，仍然選擇K=0.625作為最優(yōu)條件。

3）輔料單耗用量。焙砂（4.8 g/L）大于氧化鋅煙塵（2.7 g/L）。

后續(xù)經(jīng)過平行試驗，進(jìn)一步確定，同時考察雜質(zhì)元素增量，特別是F、Cl的增量。

3.2 平行試驗

根據(jù)表2結(jié)果，開展氧化鋅煙塵、焙砂用量平行試驗，試驗結(jié)果見下頁表3。

通過表3可知：

3.2.1 銦的損失率

1）液計銦的損失率：氧化鋅煙塵－5.15%，焙砂平均值－5.37%，兩者基本相當(dāng)，呈現(xiàn)負(fù)值可能是部分煙塵中的銦進(jìn)入溶液所致，也可能是分析誤差所致。

2）渣計銦的損失率：氧化鋅煙塵0.46%，焙砂平均值3.72%，兩者均低于10%，但氧化鋅煙塵更低，表明兩者均是少量銦入渣。

以渣計銦的損失率為準(zhǔn)，以液計銦的損失率僅作為參考值。

3.2.2 一段液1號與預(yù)中和后液元素含量對比

1）Zn。使用氧化鋅煙塵平均增加19 g/L，而焙砂平均減少20 g/L（是分析誤差所致），因為無論使用哪種中和劑，元素鋅的增量都應(yīng)為正值。

2）Fe。使用氧化鋅煙塵或焙砂，F(xiàn)e2+、Fe3+平均含量都是減少，這是因為部分Fe3+水解入渣所致。

3）Cu、Cd。使用氧化鋅煙塵或焙砂，Cu、Cd 平均含量都是略微減少，但個別數(shù)據(jù)波動大，是分析誤差所致。

4）F。使用氧化鋅煙塵或焙砂，F(xiàn)的個別含量和平均含量都是增加，增量介于8～9 mg/L，但使用氧化鋅煙塵F平均含量為15.38 mg/L略大于使用焙砂F平均含量為14.27 mg/L。

5）Cl。使用氧化鋅煙塵或焙砂，Cl的個別含量和平均含量都是增加，但使用氧化鋅煙塵Cl平均含量為79.00 mg/L大于使用焙砂Cl平均含量為61.19 mg/L，前者增加的程度更大。

表2 條件實驗結(jié)果

6）As、Si。使用氧化鋅煙塵或焙砂，As、Si的個別含量和平均含量都是增加，增量基本相當(dāng)。

3.2.3 渣

1）渣率。氧化鋅煙塵所產(chǎn)預(yù)中和渣的渣率133.03%小于焙砂所產(chǎn)預(yù)中和渣的渣率212.50%。

2）渣成分。氧化鋅煙塵所產(chǎn)預(yù)中和渣含鋅低一些達(dá)到23.57%，但含鉛高達(dá)20.54%，雜質(zhì)元素Cl略高一些；焙砂所產(chǎn)預(yù)中和渣含鋅高一些達(dá)到34.07%，但含鉛低僅為1.29%，雜質(zhì)元素Cl略低一些。

4 結(jié)論

依據(jù)上述試驗，對于中和劑氧化鋅煙塵和焙砂得出以下結(jié)論：

1）單耗。氧化鋅煙塵單耗更低，僅為2.7 g/L。

2）渣率。氧化鋅煙塵所產(chǎn)預(yù)中和渣渣率更低，僅為133.03%。

3）雜質(zhì)元素。Cu、Cd影響不大，變化基本相當(dāng)；As、Si的增量基本相當(dāng)。

關(guān)鍵是F、Cl的增量：從試驗結(jié)果可以看到預(yù)中和后液 ρ（△F、△Cl）氧化鋅煙塵＞ρ（△F、△Cl）焙砂，其中，ρ（F氧化鋅煙塵）=15.38 mg/L高出 ρ（F焙砂）=14.27 mg/L約 1.11mg/L，ρ（Cl氧化鋅煙塵）=79.00mg/L高出 ρ（Cl焙砂）=61.19 mg/L約19 mg/L。

結(jié)合鉛系統(tǒng)2015年氧化鋅煙塵F、Cl的含量，對照表3，結(jié)果見表4。

表3 平行試驗結(jié)果

表4 氧化鋅煙塵F、Cl的含量對照表

結(jié)合表4可知：

2015年由于生產(chǎn)所產(chǎn)出的氧化鋅煙塵F、Cl具有一定波動性，即 w（F）為 0.005 4%～0.291 0%，w（Cl）為0.025 8%～0.058 0%，其對應(yīng)的算術(shù)平均值分別達(dá)到0.033 5%、0.038 8%，分別是本次試驗所用氧化鋅煙塵F（0.016%）的2.1倍、Cl（0.008 1%）的4.8倍，由此可見，將可能導(dǎo)致預(yù)中和后液引入更多的F、Cl，故存在一定的風(fēng)險。

綜上所述，雖然氧化鋅煙塵具有單耗低、渣率低的優(yōu)勢，但使用氧化鋅煙塵可能會引入較多的F、Cl，即使從鋅系統(tǒng)工藝角度上看，F(xiàn)元素可以在中和車間除鐵作業(yè)過程中通過加入的消石灰消除部分，但Cl元素由于無法從根本上消除，會加速鋅系統(tǒng)Cl元素的累積速度，因此，預(yù)中和采用氧化鋅煙塵作為中和劑，流程內(nèi)必須有效脫除F、Cl的工藝技術(shù)。

[1] 彭容秋.鋅冶金[M].長沙：中南大學(xué)出版社，2005.

[2] 劉志宏，唐朝波，張多默，等.銻鹽除鈷凈化工藝研究[J].中南大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2000，31（31）：225-227.

[3] 傅崇說.有色冶金原理[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1993.

[4] 《鉛鋅冶金學(xué)》編委會.鉛鋅冶金學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2003.

[5] 孫成余，張利波，羅永光，等.鋅電積過程中有機(jī)物的危害現(xiàn)狀及處理途徑分析[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2010（11）：28-29.

[6] 梅光貴，王德潤，周敬元，等.濕法冶金學(xué)[M].長沙：中南大學(xué)出版社，2001.