硫化鋅精礦氧壓浸出過程中的沉鐵機(jī)理

陳龍義

(長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410019)

硫化鋅精礦中主要成分是鋅和硫，約占精礦總含量的80%，此外，不同的鋅精礦含鐵量約在5%～15%之間，還含有一定的鉛、銅、鎘、鎳、鈷等元素，部分硫化鋅精礦還含有一定量高附加值的鎵、鍺、銦等稀散金屬。硫化鋅精礦主要元素成分如表1。

表1 硫化鋅精礦主要元素成分

從上表中可以直觀的看出：在硫化鋅精礦中，除主要成分鋅和硫外，鐵是最主要的元素，以何種方式將鐵分離出來是鋅冶煉重點(diǎn)考慮的內(nèi)容之一。

而在鋅濕法冶煉過程中，鐵的走向決定工藝流程的長(zhǎng)短，并直接影響鋅的浸出率，是鋅冶煉企業(yè)工藝選擇的重點(diǎn)考慮內(nèi)容之一[1-4]。

在硫化鋅精礦氧壓浸出全濕法鋅冶煉過程中，通過合理控制高壓釜內(nèi)的溫度、酸度、氧分壓等條件下進(jìn)行氧壓浸出，可將鐵沉淀進(jìn)入渣中。

1 氧壓浸出過程中鋅和鐵的浸出機(jī)理

硫化鋅精礦氧壓浸出是一種強(qiáng)化浸出工藝，目前硫化鋅氧壓浸出工藝主要是采用兩段逆流加壓浸出。硫化鋅精礦在一定溫度、酸度與氧分壓條件下在高壓釜內(nèi)反應(yīng)，精礦中以硫化物形式存在的硫被氧化為單質(zhì)硫，進(jìn)入浸出渣中。在第二段浸出過程中，原料中大部分鋅、ZnS·FeS和Fe7S8兩種形態(tài)存在的鐵等金屬均能從原礦中溶出，并以可溶性硫酸鹽形式進(jìn)入浸出液，再逆流返回第一段氧壓浸出，而黃鐵礦（FeS2）和黃銅礦（CuFeS2）只有極少部分能溶解。硫化鋅精礦氧壓浸出主要化學(xué)反應(yīng)如下：

反應(yīng)過程中鐵起到一定的傳遞氧的媒介作用，可以促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。

2 不同氧壓浸出條件下Fe的沉鐵機(jī)理

鐵離子只有在高酸條件下才是穩(wěn)定的，而在一定的酸度和溫度條件下鐵容易與水或者水中其他離子結(jié)合產(chǎn)生沉淀。

在硫化鋅精礦氧壓浸出工藝過程中，第二段氧壓浸出進(jìn)入溶液的鐵隨著浸出液返回第一段氧壓浸出。通過控制第一段氧壓浸出高壓釜內(nèi)條件，可選擇性使鐵沉淀進(jìn)入渣中，其中鐵主要以三種形式沉淀，分別是針鐵礦形式、黃鉀鐵礬形式和赤鐵礦形式。

2.1 針鐵礦沉鐵機(jī)理

在Fe2O3-SO3-H2O體系下，針鐵礦沉鐵一般控制溫度在90攝氏度以上，且溫度高有利于加快沉鐵速度和提高沉鐵率。第一段氧壓浸出過程中，在控制酸度的情況下，會(huì)產(chǎn)生一定量的針鐵礦沉淀[5]，反應(yīng)式如下：

通常情況下，針鐵礦的生成要求酸度較低，生成穩(wěn)定的針鐵礦要控制pH值2以上。

因此，上述針鐵礦生成反應(yīng)不是硫化鋅精礦氧壓浸出過程中高壓釜內(nèi)沉鐵的主流反應(yīng)。

2.2 黃鉀鐵礬沉鐵機(jī)理

在一定溫度、酸度以及有一價(jià)陽離子（A+）存在的情況下，硫酸體系中三價(jià)鐵離子會(huì)形成黃鉀鐵礬類礦物沉淀下來的生成[3]，生成黃鉀鐵礬反應(yīng)式如下：

從反應(yīng)式可以看出，黃鉀鐵礬生成過程中有酸的產(chǎn)生，必須將酸中和才能使鐵礬的生成過程持續(xù)，因此，黃鉀鐵礬生成酸度不能太高。

此外，黃鉀鐵礬類礦物的形成是一個(gè)吸熱的過程，因此其在低溫條件下生成速度緩慢，隨著溫度的升高，鐵礬生成速度加快。

但溫度超過180℃時(shí)，黃鉀鐵礬開始分解，并轉(zhuǎn)化成赤鐵礦[6-8]。

2.3 赤鐵礦沉鐵機(jī)理

在氧壓浸出過程中，F(xiàn)e2O3-SO3-H2O體系溫度在50℃時(shí)就開始存在相對(duì)穩(wěn)定的針鐵礦（α-FeOOH），當(dāng)溫度上升至120℃時(shí)，溶液中開始析出Fe2O3，并且對(duì)著溫度的升高Fe2O3相的穩(wěn)定性也逐漸提高[9-11]，此外針鐵礦和黃鉀鐵礬也會(huì)隨著溫度的升高發(fā)生水解反應(yīng)生成Fe2O3。赤鐵礦沉鐵反應(yīng)式如下：

高溫下α-FeOOH水解反應(yīng)式如下：

高溫下黃鉀鐵礬水解反應(yīng)式如下：

在高壓釜內(nèi)，溫度達(dá)到140℃、溶液含酸15g/l以下時(shí)，鐵除了以黃鉀鐵礬和針鐵礦形式沉淀外，還有少量赤鐵礦。隨著高壓釜內(nèi)溫度的升高，赤鐵礦不斷增加，在155℃或更高時(shí)，主要為赤鐵礦沉淀[12]。

3 結(jié)語

（1）從理論上分析了氧壓浸出過程中的沉鐵機(jī)理：當(dāng)控制第一段氧壓浸出壓力11kPa、溫度150℃、終酸10g/l時(shí)，鐵主要以黃鉀鐵礬形態(tài)沉入渣中，同時(shí)有部分以赤鐵礦形態(tài)沉入渣中，此外，還有少量以針鐵礦形態(tài)沉入渣中。

（2）得出了氧壓浸出同時(shí)沉鐵工藝的浸出終酸及溫度控制的區(qū)間，為現(xiàn)有硫化鋅精礦氧壓浸出工藝生產(chǎn)操作參數(shù)的確定提供參考。

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