仝一,陈龙义

(长沙有色冶金设计研究院有限公司,湖南长沙 410011)

硫化锌精矿加压氧浸工艺的酸平衡分析

(长沙有色冶金设计研究院有限公司,湖南长沙 410011)

硫化锌精矿加压氧浸工艺的酸平衡除了与精矿中耗酸组分有关外,还与浸出条件以及中和剂的选择有关。控制浸出条件和选择合适的沉铁中和剂有助于维护整个生产系统的动态酸平衡。

加压氧浸;湿法炼锌;酸平衡;除铁;中和剂

硫化锌精矿加压氧浸工艺是将硫化锌精矿在硫酸溶液中直接加压氧化成硫酸锌溶液的湿法炼锌工艺,与常规湿法炼锌工艺相比,加压氧浸工艺具有流程短、原料适应性强、环保、综合回收效果好等特点。2009年9月,国内第一座100 kt/a锌加压氧浸车间在丹霞冶炼厂建成投产,并在较短时间内实现了达产达标[1],引起了行业内的广泛关注,为国内锌冶炼工业的清洁生产、技术升级提供了一个方向。目前,国内已投产或正在建设的锌加压氧浸工厂有:云南冶金集团的系列小规模氧压浸出工厂、丹霞冶炼厂100 kt/a电锌氧压浸出工厂、西部矿业100 kt/a电锌氧压浸出工厂、呼伦贝尔驰宏矿业有限公司200 kt/a铅锌冶炼厂等[2]。

与所有的湿法炼锌工艺一样,加压氧浸工艺的酸平衡直接影响锌冶炼系统的“三大平衡”问题——系统溶液中的金属平衡、体积平衡和渣平衡。而与其他湿法炼锌工艺不同的是,加压氧浸工艺的产酸及耗酸机理有其自身的一些特点。因此,有必要对锌加压氧浸工艺的酸平衡进行分析,以指导工艺路线选择和实际生产操作。

1 硫化锌精矿加压氧浸原理

以上反应在缺乏氧传递介质时进行速度较慢,而溶液中的铁能使反应变得活跃,此过程可由以下两个反应描述:

硫化锌与硫酸和氧反应生成硫酸锌和元素硫:

通常,在锌精矿中有足够可溶于酸的铁来满足浸出需要。

此外,CuFeS2中的铜也被浸出:

浸出过程中,PbS在高酸下形成PbSO4,进入渣中。

2 加压氧浸过程中的产酸机理

FeS2的氧化程度取决于浸出条件,在强氧化气氛及高温下,被氧化生成硫酸盐。

而在弱氧化气氛、低温及高酸下,被氧化生成元素硫[3]:

通常,在加压氧浸中,少于10%的精矿硫化物中硫被氧化成硫酸盐中硫:

M代表Zn、Pb、Cu和Fe。在浸出过程中,随着酸度的降低,形成了水合铁氧化物及矾渣,由水解反应从溶液中除去铁,同时,又生成一些硫酸:

3 原料中的耗酸元素

浸出过程消耗的硫酸通常来自于系统内锌电积废液中的游离酸及外加硫酸,精矿中的金属组分分为两类:一类与硫酸反应生成不溶盐,如铅、钙、钡等;另一类与硫酸反应生成可溶性盐,如锌、铁、铜、镉、镍、钴等。

锌在从浸出到电积的湿法炼锌全过程中理论上是不耗酸的。铁的耗酸情况,随浸出液除铁方法的不同而不同[4]。对于铜、镉、镍、钴等组分,由于采用锌粉置换的净化方法,参与转换它们的当量金属锌变为硫酸锌,在理论上也是不耗酸的。

因此,湿法炼锌过程的耗酸量取决于浸出物料中的铅、钙、钡的含量以及铁在浸出液中的含量和溶液除铁方法。

4 浸出液沉铁过程中的耗酸分析

通过设定加压氧浸的工艺条件,可以控制浸出液中的铁含量在0.6～1.8 g/L,以尽量减少后续除铁工段的负荷[5]。但如果精矿中铅和银的含量较高,就值得在浸出过程中限制铁的沉淀,以便从浸出渣分离高品位的铅银产品,这样的话,就会得到一个含铁高的浸出液。从含铁高的浸出液中沉铁的方法主要有黄钾铁矾法、针铁矿法、赤铁矿法等[6]。加压浸出液一般采用针铁矿法沉铁[7]。

针铁矿沉铁反应式:

在沉铁过程中,pH值控制在3～3.5之间,因此,需要加入中和剂中和沉铁反应产生的酸。沉铁反应采用的中和剂一般为锌焙砂(ZnO)、次氧化锌烟尘或石灰石(CaO)。如果是与常规沸腾焙烧相结合的加压氧浸系统,一般采用锌焙砂作为中和剂,可以得到含铁较高的中和渣。如果是新建的独立加压氧浸系统,由于锌焙砂的来源问题,一般采用石灰石作为中和剂。

以锌焙砂为中和剂时,中和反应为:

中和剂中的锌进入溶液中,如前所述,锌在从浸出到电积的湿法炼锌全流程中并不耗酸。

以石灰石为中和剂时:

中和反应产生了石膏渣,是耗酸反应。

5 酸平衡措施

加压氧浸过程中的产酸反应主要是精矿硫化物中的硫被直接氧化成硫酸盐中的硫。

加压氧浸过程中的耗酸反应主要是精矿中的铅、钙、钡等组分形成了不溶性硫酸盐,以及后续工段加入的石灰石中和剂形成了石膏渣。

因此,主要应从控制加压氧浸的工艺条件以及选择合适的中和剂这两方面入手,对酸平衡进行调节。

5.1 控制浸出工艺条件

在强氧化气氛及高温下,FeS2被氧化生成硫酸盐及硫酸,为系统增加了更多的硫酸。相反,在弱氧化气氛、低温及高酸下,FeS2被氧化生成元素硫,减少了浸出过程中硫酸的产生。

5.2 选择中和剂

在对浸出液进行针铁矿沉铁时,选择锌焙砂为中和剂,不会对整个生产系统带来酸耗;而选择石灰石为中和剂,则会从系统中带走硫酸。如果浸出液中的铁含量高,全部采用石灰石为中和剂将会从系统中带走过量的硫酸;如果浸出液中的铁含量低,采用石灰石为中和剂可以平衡掉浸出过程产生的酸,而且还可以带走溶液中的氟离子,这对后续的锌电积工段是有利的。

6 结 语

硫化锌精矿的加压氧浸过程是一个产酸过程,产酸量取决于浸出工艺条件。在对浸出液进行沉铁时,可以搭配使用锌焙砂和石灰石为中和剂,并根据实际情况调整和选择石灰石中和剂的最佳比例,以中和掉浸出过程产生的酸、维护系统的动态酸平衡。

[1] 李有刚,李波.锌氧压浸出工艺现状及技术进展[J].中国有色冶金,2010,39(3):26-29.

[3] K R Buban,M J Collins,I M Masters.Iron control in zinc pressure leach process[J].JOM,1999,51(12):23-25.

[4] 利选民.湿法炼锌中酸的平衡[J].有色金属(冶炼部分), 1991,(1):39-43.

[5] M.J.Col-lins,R.J.Kalanchey,I.M.Masters,等.高海拔下锌的高浸出率——谢里特为中国西部矿业公司进行的锌氧压浸出研究[J].中国有色冶金,2009,(3):16-21.

[6] 彭容秋.重金属冶金学[M].长沙:中南大学出版社,2004.271 -280.

[7] 骆昌运.针铁矿除铁工艺在丹霞冶炼厂的应用实践[J].有色金属工程,2011,(3):44-46.

Abstract:In the oxygen pressure leaching of ZnS concentrate,the acid balance has relations with the concentrate composition of acid consumption,the leaching conditions and the neutralizing agent choice.Controlling the leaching conditions and choosing suitable iron removal neutralizing agent contribut to the maintenance of the entire production system for dynamic balance of acid.

Key words:oxygen pressure leaching;zinc hydrometallurgy;acid balance;iron removal;neutralizing agent

Analyses of Acid Balance in the Oxygen Pressure Leaching of ZnS Concentrate

TONG Yi-zhe,CHEN Long-yi
(Changsha Engineering and Research Institute Ltd.of Nonferrous Metallurgy,Changsha410011,China)

TF803.2+1

A

1003-5540(2012)02-0038-02

2012-02-20

仝一(1980-),男,工程师,国家注册咨询工程师(投资),主要从事有色冶金工程设计和研究工作。