高鐵高硅鋅渣處理試驗(yàn)研究

蘇瑞春

（云南錫業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司研究設(shè)計(jì)院，云南 個(gè)舊 661000）

在鋅的生產(chǎn)和消耗過(guò)程中，有大量的含鋅工業(yè)廢渣產(chǎn)生，由于鋅礦資源日益減少而鋅消耗量的不斷增加，國(guó)內(nèi)外對(duì)從工業(yè)廢渣中的提鋅技術(shù)越來(lái)越重視[1]。提鋅技術(shù)主要有火法和濕法兩種處理工藝[1，2]，火法工藝能耗高，工藝較為復(fù)雜，投資大，而濕法對(duì)于低品位、小規(guī)模的物料，生產(chǎn)成本低，工藝相對(duì)簡(jiǎn)單。某鉛鋅冶煉廠產(chǎn)出的鋅渣含鋅16%左右，但含硅、鐵高，本文采用氧壓硫酸浸出的方法處理高鐵高硅鋅渣，考察了初始濃度、液固比和浸出溫度等因素對(duì)鋅、鐵浸出率的影響，為該類物料的處理提供技術(shù)支撐。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

礦物組成分析

形狀為燒結(jié)大塊物料含鋅廢渣，經(jīng)破碎磨礦過(guò)200目篩處理，取樣分析，其分析結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 鋅渣主要化學(xué)成分 單位：%

從表1可以看出，廢料主要含有約16%鋅、26%鐵和20%的二氧化硅，鉛、鈣含量約4%。

1.2 工藝原理

廢渣中的鋅主要以ZnO、ZnO·Fe2O3和2ZnO·SiO3形式存在，鐵主要以Fe2O3、Fe3O4和FeO·SiO2等形式存在，它們?cè)诹蛩嶂蟹磻?yīng)如下：

ZnO+H2SO4=ZnSO4+H2O

Fe2O3+3 H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O

Fe3O4在稀硫酸溶液中不溶出，但在濃硫酸中部分溶出。

ZnO·Fe2O3屬于難溶的鋅物質(zhì)，在低酸條件下基本不溶出，高酸沸騰條件下部分溶出。

硅酸鋅和硅酸鐵在浸出時(shí)能夠溶解[3，4]，但在反應(yīng)過(guò)程中易形成膠狀的硅酸，呈半固體狀態(tài)失去流動(dòng)性，影響礦漿的沉降和過(guò)濾。提高反應(yīng)溫度和壓力，浸出過(guò)程生成的硅酸在高溫高壓的條件下可轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀走^(guò)濾的脫水SiO2進(jìn)入渣中，解決礦漿難過(guò)濾的問(wèn)題。

圖1 Fe2O3-SO3-H2O系平衡狀態(tài)圖[5]

提高溫度和壓力，根據(jù)在75℃～200℃下鐵和硫酸的濃度小于100g/l的Fe2O3-SO3-H2O系平衡狀態(tài)圖1看出，在高價(jià)鐵溶液中，相應(yīng)的Fe2(SO4)3濃度可能形成不同組分的化合物，稀的溶液中（Fe3+＜1g/l）形成針鐵礦，較濃的溶液中（Fe3+＞20g/l）形成H3O[Fe3(SO4)2(OH)6]水合氫黃鐵礬，在175℃～200℃高溫下隨著鐵濃度的變化而生成不同的化合物，三價(jià)鐵濃度較低時(shí)形成Fe2O3赤鐵礦，三價(jià)鐵濃度較高時(shí)形成Fe2O3·2SO3·H2O或FeSO4OH（鐵的羥基硫酸鹽），溶液溫度由100℃提高到200℃可使鐵在高酸性介質(zhì)中沉出。

本次試驗(yàn)?zāi)康木褪翘岣呓鰷囟龋谘趸瘹夥障路磻?yīng)產(chǎn)生的二價(jià)鐵被氧化為三價(jià)鐵，溶液中的硫酸鐵又形成易于過(guò)濾的水合氫黃鐵礬入渣，降低溶液中的鐵含量，同時(shí)沉鐵時(shí)釋放出硫酸進(jìn)一步與鋅、鐵氧化物、硅酸鹽發(fā)生反應(yīng)，并且常壓低酸下難溶的鐵酸鋅，在高溫高壓下被酸大量溶解。因此提高浸出溫度，可將大量鐵以氧化鐵和鐵礬的形式沉淀入渣，減少用于浸出鐵氧化物的硫酸，同時(shí)可浸出常壓條件下難以浸出的鐵酸鋅，從而提高鋅的浸出率。

1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

主要設(shè)備：2L壓力釜、燒杯、攪拌器等。

2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程及討論

2.1 初始酸度試驗(yàn)

在氧壓浸出的情況下，分別進(jìn)行初始酸濃度120g/l、150g/l、220g/l和245g/l的試驗(yàn)，初始酸度與鋅鐵浸出率的關(guān)系見(jiàn)圖2。

圖2 初始酸度與鋅、鐵浸出率的關(guān)系

圖3 液固比與鋅、鐵浸出率的關(guān)系

從圖2可以看出，浸出液中鐵隨著初始酸度的增大而提高，鋅浸出率也隨初始酸度的提高而提高，但初始酸度150g/l時(shí)，鋅浸出率就達(dá)到91%以上，再提高初始酸度，鋅浸出率提高幅度不大，初始酸度245g/l時(shí)，鋅浸出率雖有所提高，但鐵也大部分浸出，不利于后續(xù)工序的處理，綜上所述，選擇初始酸度150g/l較佳。

2.2 液固比試驗(yàn)

在氧壓浸出的情況下，分別進(jìn)行了液固比3：1、4：1和5:1的試驗(yàn)，液固比與鋅鐵浸出率的關(guān)系見(jiàn)圖3。

從圖3可以看出，降低液固比，浸出液中的鋅鐵含量有所升高，雖然反應(yīng)時(shí)的初始酸度和反應(yīng)后的終酸基本一致，但是液固比3：1時(shí)鋅已大量浸出，又以硫酸鋅的形式結(jié)晶在渣中，渣不進(jìn)行洗滌鋅含量達(dá)到5.24%，以液固比5：1進(jìn)行渣洗滌，渣中鋅可降至1.56%，考慮到水系膨脹，較佳的液固比為5：1。

2.3 反應(yīng)溫度試驗(yàn)

在氧壓浸出的情況下，分別進(jìn)行反應(yīng)溫度95℃，120℃和150℃的試驗(yàn)，反應(yīng)溫度與鋅鐵浸出率的關(guān)系見(jiàn)圖4。

從圖4可以看出，浸出液中鋅、鐵含量隨反應(yīng)溫度的升高而增加，游離酸隨反應(yīng)溫度的升高而降低，鋅浸出率隨反應(yīng)溫度的升高而有所提高，考慮到在保證鋅浸出率時(shí)，浸出液中的殘酸較低，減輕后續(xù)凈化處理負(fù)擔(dān)，應(yīng)選擇浸出溫度150℃較佳。

圖4 反應(yīng)溫度與鋅、鐵浸出率的關(guān)系

3 結(jié)論

采用氧壓酸浸強(qiáng)化冶金技術(shù)處理高鐵硅鋅渣，較佳的工藝參數(shù)為液固比5：1，初始酸度150g/l，反應(yīng)溫度150℃，鋅浸出率可達(dá)90%以上，鐵浸出率為20%左右。