新疆某高硅锌焙砂酸浸工艺优化

2018-05-05王志军苏立峰刘三平

中国资源综合利用 2018年2期

王志军，苏立峰，刘三平

（1.新疆和田广汇锌业有限公司，新疆和田 848000；2.北京矿冶研究总院，北京 100160）

新疆某铅锌冶炼厂的自产锌精矿具有含锌高、含铁低、杂质含量低等特点，目前主要在市场上外售。根据公司规划，拟在矿山附近新建10万t/a锌冶炼厂，形成完整的采选冶生产系统。本文根据该厂锌精矿的特点，以及新疆所处地理环境和周边工业发展现状，以锌焙砂为切入点，对常规酸浸工艺进行比较优化[1]。

1 原料性质

锌焙砂的化学分析结果分别如表1、表2、表3和表4所示。

表1 锌焙砂化学多元素分析（一）

表2 锌焙砂化学多元素分析（二）

表3 锌焙砂化学多元素分析（三）

表4 锌焙砂化学多元素分析（四）

从以上四个表中的分析数据可知，锌焙砂含Zn 67.26%，含S 0.17%，含Fe 1.86%，含SiO28.91%。焙砂中 Cu、Cd、Ni、Co、Pb、Ga、Ge、In 等有价元素含量低，综合回收价值偏低。

2 试验原理

2.1 浸出反应

锌焙砂的主要成分为ZnO，其中的主要杂质有氧化铜、氧化铁、硫化锌及部分难溶的铁酸盐ZnO·Fe2O3等。杂质的存在使浸出过程变得更加复杂，当用硫酸浸出时，其主要反应为：

此外，还会发生下列反应：

2.2 硫酸浓度对浸出反应的影响

上述反应中，反应（1）和反应（5）较易进行，反应（2）、反应（3）和反应（6）则较难，这些可根据反应物在酸性水溶液中的溶解pH值来进行比较。参加反应的各种金属氧化物和硫化物的溶解pH值如表5所示，其计算公式为：入溶液，造成锌浸出率低。为了获得较高的浸出率，应设法保持较高的酸浓度。

表5 有关物质在酸性水溶液中溶解的值

物质 pH0 298 pH0 373 pH0 473 ZnO 5.801 4.347 2.88 CuO 3.945 3.549 1.78 ZnO·Fe2O3 0.674 7 -0.152 4 --Fe2O3 -0.24 -0.991 -1.579 ZnS -1.586 -- --CuS -7.088 -- --

式中，K为溶解平衡常数；m为酸的H+数。

由表5可以看出，ZnO和CuO较易溶，其他则较难溶，随着温度的升高，溶解pH值均降低。反应（7）表面上看与酸度无关，但依赖于Fe2（SO4）3的浓度，而Fe2（SO4）3的浓度取决于反应（3）和反应（6）的进行情况，从而也取决于酸度，可见，酸浓度低时难以溶解铁酸锌[2-3]，也难以使ZnS转化为锌离子进

3 试验方法

两种酸浸试验方案如下：中性浸出—常规低酸浸出—高酸浸出；中性浸出—调整后低酸浸出—高酸浸出。

浸出试验前，预先配制浸出用溶液，之后将浸出剂加入烧杯中，开启搅拌，水浴升温。当温度升至设定值时，开始缓慢加入锌焙砂，加完后开始计时。试验中准确控制反应温度，可少量补水，维持体积基本不变。

反应结束后，经固液分离，溶液、渣分别分析。Zn2+用EDTA络合滴定法分析，硫酸、EDTA等化学试剂均为分析纯。

4 试验结果与讨论

4.1 中性浸出试验结果与讨论

在浸出液固比为10，浸出温度75℃，浸出时间3 h，初始硫酸浓度87 g/L，初始Zn2+浓度82 g/L，初始Fe2+浓度1 g/L，初始Mn4+浓度6 g/L的条件下，进行多组中性浸出试验。中浸试验结果如表6所示。

中性浸出试验结果表明，中浸试验结果稳定，平均渣率为31.23%，平均渣含Zn为31.75%，平均中浸浸出率为85.23%。中性浸出液、渣的主要成分分别如表7、表8所示。

表6 中浸试验结果

表7 中性浸出液主要成分

表8 中性浸出渣主要成分

4.2 中性浸出—常规低酸浸出—高酸浸出

在浸出液固比为4.17，浸出温度75～80℃，浸出时间3 h，初始硫酸浓度90 g/L，初始Zn2+浓度100 g/L的常规低酸浸出条件下，得到的相关试验结果如表9所示。

表9 常规滴酸浸出试验结果

常规低酸浸出试验结果表明，低浸平均渣率为63.01%，平均渣含Zn为9.92%，平均浸出率为79.42%。经过中浸、常规低酸浸出两段浸出后，平均渣率为18.57%，平均Zn浸出率为97.27%。焙砂经过中浸、常规低酸浸出之后，总Zn浸出率达97.27%，渣含Zn品位降至9.92%，为进一步提高总Zn浸出率，需要对低浸渣继续进行高酸浸出。

在浸出液固比为5，浸出温度95℃，浸出时间3 h，初始硫酸浓度180 g/L，初始Zn2+浓度50 g/L的高酸浸出条件下，得到的相关试验结果如表10所示。

经过中浸、调整后低酸两段浸出后，平均渣率为15.95%，平均Zn浸出率为97.87%。同时，低酸浸出终点酸度的提高，避免了浸出中硅过多的以硅胶形态存在于溶液中，从而改善了低酸浸出后矿浆的过滤性能，保证了后续工序的正常进行。焙砂经过中浸、调整后低酸浸出之后，总Zn浸出率达97.87%，渣含Zn品位降至8.99%，需要对低浸渣继续进行高酸浸出。

试验条件除液固比调整为5.1外，其他与常规高酸浸出一致。相关试验结果如表12所示。

表10 中性浸出—常规低酸浸出—高酸浸出试验结果

从表10的数据可知，平均高浸渣率为68.64%，平均高浸渣含Zn品位4.35%，平均渣计浸出率为68.50%。平均三段总渣率为12.60%，总浸出率达99.19%。

4.3 中性浸出—调整后低酸浸出—高酸浸出

常规低酸浸出后，矿浆过滤性能差，影响后续工序的正常进行。为改善矿浆过滤性能，对常规低酸浸出工艺进行优化调整。调整后的低酸浸出条件为：液固比4.44，浸出温度80℃，浸出时间3 h，始酸浓度115 g/L，初始Zn2+浓度100 g/L，初始Fe2+浓度12 g/L。在此条件下，得到的相关试验结果如表11所示。

从表11的试验结果可以看出，提高终点酸度后，低酸浸出平均渣率为49.87%，平均渣含Zn为8.99%，平均浸出率为85.84%。