單段加壓浸出的可行性討論

劉 寶，宋亞利

（四川會理鑫沙鋅業(yè)有限責(zé)任公司，四川 涼山 615105）

1 鋅精礦冶煉技術(shù)現(xiàn)狀

鋅精礦的處理分為火法和濕法兩大類?；鸱掍\分為平罐、豎罐、密閉鼓風(fēng)爐、電爐等幾大類。平罐煉鋅已被淘汰。濕法煉鋅是當(dāng)前比較環(huán)保的冶煉方法，可分為傳統(tǒng)濕法浸出、加壓浸出和富氧浸出三大類。

1.1 傳統(tǒng)濕法煉鋅技術(shù)

傳統(tǒng)濕法操作工藝主要為“沸騰焙燒→浸出→液體凈化→鋅電積”。但是產(chǎn)出的浸出渣含鋅較高，必須對浸出渣再次進(jìn)行處理才能保證鋅回收率。根據(jù)中性浸出渣處理方法的不同，一般采用：一、回轉(zhuǎn)窯、煙化爐揮發(fā)法；二、熱酸浸出—黃鉀鐵釩法或針鐵礦法。

常規(guī)浸出法即采用回轉(zhuǎn)窯或煙化爐還原揮發(fā)生產(chǎn)氧化鋅，氧化鋅經(jīng)堿洗、酸浸后返回中性浸出工序。該技術(shù)較為簡單，易于操作，鋅總回收率92%～95%，渣含鋅可降至1.6%左右。

熱酸浸出—黃鉀鐵釩法即為將中性浸出渣在85℃～95℃下浸出，控制合理終酸，能使鋅的浸出率達(dá)到97%以上，經(jīng)處理后溶液鐵含量可降低到2g/L以下。

熱酸浸出—針鐵礦法與黃鉀鐵礬法相比，該法渣量較少，渣含鐵高，便于回收利用，渣含鋅低損失較小。但該法較難控制，不容易掌握，工廠應(yīng)用較少。

1.2 鋅精礦常壓富氧浸出技術(shù)

在高溫、常壓、通入氧氣的條件下,將礦漿及廢液打入立式攪拌反應(yīng)器內(nèi)，連續(xù)的浸出硫化鋅精礦，鐵作為反應(yīng)中的催化劑，最終生成ZnSO4溶液及元素硫，該技術(shù)浸出率高，渣量少，且可直接處理鋅浸出渣，解決了火法的污染問題。但其缺點(diǎn)在于：反應(yīng)時間較長16h～24h；反應(yīng)容器較大；漿化設(shè)備較多。

1.3 鋅精礦加壓浸出技術(shù)

與傳統(tǒng)濕法煉鋅工藝和富氧浸出相比，加壓浸出具有很多優(yōu)勢：①硫化鋅精礦直接加壓浸出工藝中，渣含鋅小于3%；通過浮選及熔硫過濾后能得到高品位的硫磺，硫磺產(chǎn)率可達(dá)75%以上。②硫化鋅精礦直接加壓浸出可處理低品位的高鐵ZnS精礦；在生產(chǎn)中還可以與焙燒工序相結(jié)合提高產(chǎn)能。③硫化鋅精礦直接加壓浸出最主要的優(yōu)點(diǎn)是能回收硫化鋅精礦中的硫，不用加入硫酸制備系統(tǒng)，因此該工藝沒有二氧化硫氣體的產(chǎn)生，對環(huán)境沒有污染。④硫化鋅精礦直接加壓浸出的原料中的硫以硫磺的形式回收，方便運(yùn)輸與儲存，且硫磺價格高于硫酸的售價。⑤硫化鋅精礦直接加壓浸出的核心設(shè)備制作要求比較高，現(xiàn)場操作的自動化程度高，主要反應(yīng)過程都在加壓釜中進(jìn)行，工人的工作條件好，生產(chǎn)環(huán)境得到很大的改善。

目前，加壓釜、加壓泵等設(shè)備已實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，ZnS精礦的加壓浸出工藝已發(fā)展成為國內(nèi)電鋅生產(chǎn)的主流工藝，但大多數(shù)冶煉廠采用的多是兩段工藝。本文將嘗試對單段加壓浸出的可行性進(jìn)行討論。

2 試驗(yàn)原理

在高溫、高壓、通入氧氣和加入添加劑的條件下，利用硫酸選擇性浸出高鐵硫化鋅精礦中的鋅的性質(zhì)，使鋅精礦在硫酸介質(zhì)中反應(yīng)，最后鋅以硫酸鋅的形態(tài)進(jìn)入溶液，而硫被氧化以元素硫的形態(tài)進(jìn)入渣中，主要反應(yīng)是：2ZnS+2H2SO4+O2=2ZnSO4+2H2O+2S0；在有鐵離子存在的條件下，鋅的浸出率大大提高，鐵作為氧傳遞的媒介。反應(yīng)如下：ZnS+Fe2(SO4)3→ZnSO4+2FeSO4+S0；2FeS O4+H2SO4+0.5O2→Fe2(SO4)3+H2O。

反應(yīng)過程中隨著溶液酸度的降低，硫酸鐵便水解沉淀或是與(H3O)+、Pb2+、K+等離子結(jié)合生成鐵礬而進(jìn)入浸出渣：

在設(shè)定的浸出溫度下，絕大多數(shù)的硫化物中的硫轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫。黃鐵礦的硫較容易被氧化成硫酸根。添加劑在鋅精礦加壓浸出過程中非常重要。當(dāng)不加入添加劑時熔融的硫易包裹硫化礦物表面，阻礙反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行，因此添加劑對浸出的反應(yīng)過程及元素硫的生成是很關(guān)鍵的。實(shí)驗(yàn)選用木質(zhì)磺酸鈣作為添加劑。

表1 試驗(yàn)用ZnS精礦鋅精礦進(jìn)行了水篩粒度分析

2.1 鋅精礦主要元素分析結(jié)果

Zn 45.43；Fe 13.15；Cu 0.41；S 34.20;As 0.024；SiO20.85；Pb0.35；Cd 0.17。

2.2 粒度分析

鋅精礦加壓浸出過程中精礦粒度是影響浸出結(jié)果的重要因素之一，考慮到精礦粒度較粗無法滿足實(shí)驗(yàn)要求，對表1鋅精礦進(jìn)行了1.5小時的濕式再磨后作為實(shí)驗(yàn)原料，細(xì)磨后：+200～-300目占1.00%；小于-300目占99.00%。

2.3 主要元素物相分析

為確定鋅、鐵、硫在精礦中的存在形態(tài)，對鋅精礦中的鋅、鐵、硫進(jìn)行了化學(xué)物相分析，分析結(jié)果：鋅主要以ZnS形式存在，其它礦物含鋅較少；硫主要以硫化物形態(tài)存在；鐵95%以上以硫化物形式存在，2.51%以硅酸鹽形式存在，其它形式鐵較少。

3 試驗(yàn)研究方法

本次試驗(yàn)使用成熟的兩端加壓浸出的溫度、釜壓、木質(zhì)素加入量的參數(shù)，主要考察單段加壓浸出中酸鋅摩爾比與浸出時間的影響，小型試驗(yàn)在GSA型2L立式襯鈦加壓釜中進(jìn)行。將鋅精礦、添加劑、廢液等按一定比例混合放入釜中，密閉，攪拌，升溫。為防止升溫過程中發(fā)生設(shè)備的腐蝕，實(shí)驗(yàn)開始就通入一定量的氧氣。當(dāng)溫度達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求時，將釜壓調(diào)整至試驗(yàn)值，并開始計時。試驗(yàn)過程中嚴(yán)格控制反應(yīng)的溫度和壓力，溫度偏差控制在±3℃，總壓偏差控制在±0.1mpa。反應(yīng)結(jié)束后，通冷卻水進(jìn)行冷卻、降壓，物料經(jīng)固液分離后，對液體及渣進(jìn)行稱量，并進(jìn)行分析。

4 主要試劑

廢液：含鋅45g/L～60g/L；含酸145g/L～160g/L；氧氣：瓶裝，工業(yè)純。

5 試驗(yàn)結(jié)果與討論

試驗(yàn)中進(jìn)行了單段加壓浸出試驗(yàn)研究，與兩段逆流相比，單段浸出具有流程簡單，使用設(shè)備少，能耗低等優(yōu)點(diǎn)。試驗(yàn)主要條件為：精礦：100g；液固比：4～5/1；釜壓：1.0mpa；反應(yīng)溫度：150℃；木質(zhì)素；0.3%；反應(yīng)時間：1.5h；攪拌轉(zhuǎn)速：550r/min。

表2 單段加壓浸出探索試驗(yàn)條件及結(jié)果

由表2可以看出，采用單段加壓浸出，鋅浸出率可達(dá)到97%以上，渣含鋅低于3%。但終酸和溶液含鐵均較高，在酸鋅比1.1時，溶液中鐵含量約為3g/L～5g/L，終酸為15g/L～20g/L。

6 結(jié)論

推薦單段浸出綜合條件為：液固比：4～5/1；酸鋅摩爾比：1.1/1；釜壓：1.1mpa；溫度：150±5℃；木質(zhì)素：0.3%；反應(yīng)時間：1.5h～2h；在綜合條件下，鋅的浸出率可達(dá)到97%以上，溶液中鋅含量可達(dá)到150g/L以上，鐵含量在3g/L～5g/L，硫酸為15g/L～20g/L。采用單段加壓浸出，可減少設(shè)備的配置量，簡化工藝流程，便于操作，易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)平衡，且國內(nèi)外鋅精礦加壓企業(yè)在試車期間也是采用單段流程對系統(tǒng)進(jìn)行填充。但單段加壓浸出也存在終酸和溶液中鐵含量偏高的問題，后續(xù)中和及除鐵壓力較大。但是對單段加壓浸出進(jìn)行合理的控制可以提高產(chǎn)量，但是對操控要求較高，并且需要對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行合理放大。

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