常压装置富氧浸出闪锌矿.pdf

第6 l 卷第4 期 2 009 年11 月 有色金属 N o n f e I r O B SM e t a J s V 0 1 ．6 1 。N o ．4 N o v e m b e r ．2009 常压装置富氧浸出闪锌矿 陈永强1 ．- ，邱定蕃2 ，王成彦2 ，尹 飞2 1 ．北京科技大学冶金与生态工程学院，北京10 0 0 8 3 ；2 ．北京矿冶研究总院，北京10 0 0 4 4 摘 要在反应釜模拟常压富氧浸出条件，研究锌精矿常压富氧浸出过程。结果表明，最佳浸出条件为精矿粒度一4 4 p , m 大 于9 2 ％，浸出温度3 7 3 K ，转速8 0 0 r ／m i n ，液固比L ／S 5 1 m L ／g ，[ z n ] 始 0 ．7 6 m o l ／L ，n H 2 S 0 4 ／n Z n I ．2 7 ，氧分压P 0 2 ] 0 ．3 M P a ，浸出时间5 h 。在最佳浸出条件下。锌的浸出率大于9 5 ％。 关键词冶金技术；闪锌矿；常压富氧浸出 中图分类号T F 8 1 3 T F 8 0 3 ．2 1文献标识码A文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 9 0 4 0 0 6 0 0 5 锌的冶炼方法分为火法和湿法两大类，目前世 界上主要的炼锌方法为湿法⋯。在加压浸出炼锌 法应用之前，无论是火法炼锌还是湿法炼锌，都首先 要对硫化锌精矿进行焙烧，但二者又稍有不同。火 法炼锌的焙烧在将硫化锌氧化同时除去硫砷锑等杂 质，湿法炼锌的焙烧需要生成少量的硫酸盐以补偿 电解和浸出时的硫酸损失。且应尽量减少铁酸锌的 生成。 锌精矿加压浸出的研究始于2 0 世纪5 0 6 0 年 代，但到7 0 年代才开始进行工业应用。1 9 7 7 年，加 拿大S h e r r i t tG o r d o n 公司与C o m i n e o 公司联合在 T r a i l 建立了第一家硫化锌精矿的加压酸浸厂“1 。 目前国内外已建成多家锌精矿加压浸出工厂。 在锌精矿加压酸浸实现工业化的同时，传统的 常压浸出工艺也进行了较多的研究。用空气作氧化 剂进行搅拌浸出，受氧溶解度和锌精矿浸出动力学 条件所限，所需浸出时间较长，通常在2 4 h 左右，锌 浸出率才能达到9 5 ％以上1 。 近几年以浆液高度来增加氧压的富氧空气搅拌 浸出装置在芬兰的奥特昆普冶炼厂建成，在常压搅 拌浸出设备 帕丘克槽 中达到加压浸出的效果，从 而实现以往加压浸出设备中完成的锌精矿直接浸 出，该工艺的特点以常压浸出设备替代加压浸出设 备，节省了建设投资和维修费用，省去了沸腾焙烧， 烟气制酸和浸出渣的再处理工序，而且可与传统的 湿法炼锌工艺相衔接，具有很好的应用前景。 以硫化锌精矿为原料，在反应釜中模拟锌精矿 常压富氧浸出的浸出条件，进行了锌精矿常压富氧 浸出试验研究。通过单因素条件试验，得出最佳浸 出条件为精矿粒度一4 4 p , m 大于9 2 ％，浸出温度 3 7 3 K ，转速8 0 0 r ／m i n ，L ／S 5 1 m L ／g ，[ z n ] 始 0 ．7 6 m o L ／L ，酸锌摩尔比r t , H S O 。 ／n Z n 1 ．2 7 ， 氧分压P O 0 ．3 M P a ，浸出时间5 h 。并进行了综合 条件试验研究，在最佳浸出条件下，锌的浸出率大于 9 5 ％。 1实验方法 1 ．1 试验原料 试验所用锌精矿由湖南某冶炼厂提供，锌精矿 主要化学成分见表1 。经水筛测得该精矿的粒度分 布，一0 ．0 7 4 m m 占8 7 ％。 表1锌精矿主要元素化学 T a b l e1C h e m i c a lc o m p o s i t i o no fs p h a l e r i t ec o n c e n t r a t e 元素 Z nF eP bI n SS iC d 含晕／％4 6 ．8 37 ．6 22 ．4 10 ．0 1 2 22 8 ．0 81 ．9 60 ．2 8 含量／％0 ．9 1 0 ．5 00 ．1 50 ．2 3 0 ．1 80 ．3 2 1 1 9 9 ／t 收稿日期2 0 0 9 0 3 0 4 基金项目国家重点基础研究发展计划资助项目 2 0 0 7 C B 6 1 3 5 0 5 作者简介陈永强 1 9 7 2 一 ，男，山东庆云县人，高级工程师，博士 生，主要从事有色金属湿法冶金等方面的研究。 锌精矿X R D 图谱如图1 所示。从图l 可见，锌 精矿中，除大量的闪锌矿之外，还有少量的黄铁矿、 磁黄铁矿、方铅矿等其他硫化矿和锌的碳酸盐 万方数据 第4 期陈永强等常压装置富氧浸出闪锌 6 l 菱锌矿。此外，该精矿中还含有一定量的石英、滑石 及石膏等非金属矿物。其中石英和滑石系矿石中原 有脉石矿物，而石膏为浮选过程中添加的石灰形成。 锌的载体矿物主要为闪锌矿和铁闪锌矿，少量 菱锌矿及数量更少的异极矿。其中闪锌矿、铁闪锌 矿含锌占精矿总锌的9 3 ％以上，而菱锌矿和异极矿 分别占到5 ．5 5 ％和1 ．1 8 ％，由于菱锌矿较闪锌矿更 易溶，因此事实上精矿中可供酸浸回收的锌应在近 9 9 ％左右。 闪锌矿普遍含铁，尽管含量相对较低，但由于它 们的矿物量较大，构成精矿中铁的主要载体。次要 的载铁矿物为黄铁矿、磁黄铁矿等硫化矿。磁铁矿、 褐铁矿及含铁硅酸盐因矿物量较少，不是铁矿物的 重要载体。 锌精矿中的铜主要富集在黄铜矿中，其次富集 在铜蓝等次生硫化铜中。砷主要富集在毒砂中，其 次呈类质同象分散在部分黄铁矿中。铅多数载于方 铅矿，少数富存在白铅矿中。 图1 锌精矿X R D 图谱 F i g ．1X R Dp a t t e r n so fs p h a l e r i t ec o n c e n t r a t e 1 ．2 试验过程 国外锌精矿常压富氧浸出在高约3 0 m 的帕丘 克气体搅拌槽中进行，为了模拟帕丘克槽下半部的 浸出环境，试验在加压釜中进行。加压釜内衬钛胆。 内容积为2 0 0 0 m L ，机械搅拌，设有通氧阀门、取样阀 门及压力表，为垂直作业方式，釜盖与釜体通过六角 螺栓固定封紧。 锌精矿富氧浸出试验在2 L 加压釜内逐个进行。 加压釜内衬钛胆，钛质搅拌桨叶，磁力传动搅拌。温 度可控制，搅拌转速由光电转速表测定，人工调速。 瓶装工业氧气经减压阀调节氧分压。预热到规定温 度后通氧气，到设定压力，开始计时。试验结束后停 止通氧，通冷却水降温至7 0 。C 后卸压出釜。浸出渣 经洗涤烘干称量，细磨混样后取样分析。 2 试验结果与讨论 锌精矿富氧浸出条件试验考察了磨矿细度、温 度、氧分压、酸度、浸出时间和铁离子等因素对z n 和 I n 浸出率的影响，以及在不同的浸出条件下F e ，A g ， P b 等杂质的行为。 2 ．1 磨矿细度对锌精矿浸出的影响 精矿经过细磨后比表面积增加，有利于浸出的 进行。同时磨矿也是一种机械活化过程，磨矿中 5 ％一1 0 ％的能量转化为化学能储存在晶格中，晶体 内部出现缺陷，化学反应活性增加。矿物粒度细虽 有利于浸出的进行，但是必然增加磨矿成本，并使浸 出矿浆液固分离困难。 试验固定条件温度1 0 0 0 C ，转速 7 0 0 r ／m i n ，L ／ S 5 1 m L ／g ，[ Z n ] 始 O g ／L ，[ F e 3 ] 始 5 9 ／L ，／／, H ，S 0 4 ／n Z n 1 ．2 7 ，P D ． 0 ．3 M P a ，时间4 h 。试 验结果见图2 。 试验结果表明，当磨矿细度达到一4 4 m 占 9 0 ％时，锌的浸出率达到9 0 ％左右，粒度再细浸出 率基本不变，铟和铁的浸出规律与锌基本一致。精 矿细磨对银、铅的浸出影响很小。 2 ．2 浸出温度对锌精矿浸出的影响 温度对硫化矿加压浸出过程影响显著。通常随 着浸出温度升高，金属浸出率增大。这是由于升高 温度不仅可以加快反应速率，而且可以促进氧键断 裂，溶解的氧分子裂解成氧原子。然而温度升高也 万方数据 6 2 有色金属第6 1 卷 母 、 龉 丑 财 磨矿细度，_ 4 舢m ％ 图2 磨矿粒度对浸出的影响 F i g ．2 E f f e c to fp a r t i c l es i z eo fs p h a l e r i t e c o n c e n t r a t eo nl e a c h i n gp r o c e s s 有不利的效应，当氧分压小于3 ～4 M P a 时，氧的溶 解度随温度升高而降低J 。 试验固定条件磨矿细度一4 4 I 山m 占9 0 ％，转速 7 0 0 r ／m i n ，P o ． 0 ．3 M P a ，L ／S 5 1 m L ／g ， [ Z n ] 始 O g ／L ，[ F e 3 ] 始 5 9 ／L ，n H 2 s 0 4 ／n Z n 1 ．2 7 ，时间4 h 。试验结果见图3 。 试验结果表明，反应温度高，锌浸出率上升。试 验条件下，温度由8 5 ℃升到1 0 0 ℃，锌浸出率由 7 7 ．9 8 ％升到8 9 ．2 0 ％。渣含锌由2 0 ．1 2 ％降到 1 1 ．2 ％。铟浸出率由8 2 ．7 8 ％升到9 5 ．9 3 ％。温度 高于1 0 0 。C 时，锌的浸出率有所增加，但铟浸出率有 所下降，这可能是由于铁水解沉淀，将铟夹带人渣的 缘故。 堡 瓣 丑 燃 温度／“ c 图3 温度对浸出的影响 F i g ．3 E f f e c to ft e m p e r a t u r eo nl e a c h i n gp r o c e s s 2 ．3 浸出过程氧分压对锌精矿浸出的影响 氧化酸浸是一个气液固三相化学反应过程，在 一定范围内，氧分压越大就越有利于反应的进行，但 氧压增大会使元素硫氧化成硫酸的量增多，且要求 帕丘克槽体高度明显增加，实践操作难以实现。 试验固定条件温度1 0 0 。C ，磨矿细度一 4 4 斗m 9 0 ％，转速 7 0 0 r ／m i n ，L ／S 5 1 m L ／g ， [ z n ] 始 O g ／L ，[ F e 3 ] 始 5 9 ／L ，n H 2 S 0 4 I n Z n 1 ．2 7 ，时间4 h 。试验结果见图4 。 逆 爵 弓| 嬲 P o ．, ／M P a 图4 氧分压对浸出的影响 F i g ．4 E f f e c to fo x y g e np a r t i a lp r e s s u r e o nl e a c h i n gp r o c e s s 图4 结果表明，在试验条件范围内，氧压增加， 锌和银浸出率有所上升，氧压0 ．3 M P a 一0 ．4 M P a 时， 锌浸出率稳定在9 5 ％左右，铟浸出率在9 6 ％左右。 当氧压到0 ．3 M P a 时，铁的浸出率达到最大值，氧压 再高有所下降，这是由于浸出液中三价铁量随氧压 增加而增加，由此使铁水解成矾的数量增加，终了浸 出液含铁下降。 2 ．4 搅拌转速对锌精矿浸出的影响 搅拌转速反映了矿浆搅拌强度，其作用是使气 一夜一固三相充分接触，减少反应物及生成物的扩 散阻力。 试验固定条件温度1 0 0 。C ，磨矿细度一 4 4 I x m 9 0 ％，L ／S 5 1 m L ／g ，[ z n ] 始 0 9 ／L ， [ F e 3 ] 始 5 9 ／L ，n H 2 s O 。 ／n z n 1 ．2 7 ，P o ，] 0 ．3 M P a ，时间4 h 。试验结果见表2 。 表2 搅拌速度对浸出的影响 T a b l e2E f f e c to fa g i t a t o rs p e e do nl e a c h i n g p r o c e s s 从表2 可以看出，当转速达到8 0 0 r ／m i n 以上 时，浸出效果好，锌和铟的浸出率稳定在9 5 ％左右。 2 ．5 浸出时间对锌精矿浸出的影响 试验固定条件温度1 0 0 。C ，磨矿细度一 万方数据 第4 期陈永强等常压装置富氧浸出闪锌 6 3 4 4 p , m 9 0 ％，转速 8 0 0 r ／m i n ，L ／S 5 l m L ／g ， [ Z n ] 始 O g ／L ，[ F e 3 ] 始 5 9 ／L ，n H 2 s 0 4 ／，l z n 1 ．2 7 ，P 。， 0 ．3 M P a ，。试验结果见图5 。 图5 表明，随着浸出时间的延长，锌的浸出逐渐 上升，浸出时间从2 h 上升6 h ，锌的浸出率从 8 4 ．2 8 ％上升到9 6 ．7 7 ％。铟的浸出受时间的影响 很小，浸出时间为2 h 时浸出率为9 6 ．4 7 。当浸出时 间大于4 h ，铁的浸出率基本稳定在6 2 ％左右，银的 浸出率在7 ％左右。 术 、 龉 丑 璐 时问，h 图5 浸出时间对浸出的影响 F i g ．5 E f f e c to fl e a c h i n gt i m eo nl e a c h i n gp r o c e s s 2 ．6 酸锌摩尔比对锌精矿浸出的影响 工业生产浸出始液为电解后液，酸含量基本不 变，所以浸出初始酸度以始液的硫酸量与精矿中锌 量的摩尔比表达。一般而言，足够酸度是生成硫酸 锌和浸出铟所必需的。 试验固定条件温度1 0 0 ℃，磨矿细度一4 4 p 。m 占9 0 ％，转速 8 0 0 r ／m i n ，L ／S 5 1 m L ／g ，[ Z n ] 始 O g ／L ，[ F e “] 始 5 9 ／L ，P o ， 0 ．3 M P a ，时间5 h 。 试验结果见图6 。 图6 结果表明，随着始液酸锌摩尔比的增加， 锌、铟、铁的浸出率都有所增加，酸锌比由1 ．1 2 增加 到1 ．2 7 ，锌的浸出率从8 9 ．5 ％增加到9 5 ．5 8 ％，铟的 浸出率从9 5 ．9 9 ％增加到9 8 ．9 9 ％。酸锌摩尔比大 于1 ．2 7 时，锌、铟的浸出率基本不变化，而铁的浸出 有所增加，这比传统的高温高压酸浸锌精矿酸锌比 增加了0 ．0 5 ，说明要在低温低压下浸出，需要的终 酸比高温高压酸浸要高一些。综合考虑确定酸锌摩 尔比控制在1 ．2 7 左右。 2 ．7 始液铁离子浓度对锌精矿浸出的影响 F o r w a r d 和V e h m a n 的研究发现铁的存在对闪 锌矿的浸出有一定的催化作用，可以促进闪锌矿的 浸出一。。而从焙砂酸浸渣的高酸浸出看，铁离子对 闪锌矿的浸出具有一定的作用。 试验固定条件温度1 0 0 ℃，磨矿细度一4 4 p , m 窆 铬 嚣 瞒 酸锌比n f H 2 S 0 4 ／n Z n 图6 酸锌摩尔比对浸出的影响 F i g ．6 E f f e c to fr a t i oo fn H 2 S 0 4 t on Z n o nl e a c h i n gp r o c e s s 占9 0 ％，转速 8 0 0 r ／m i n ，L ／S 5 1 m L ／g ，[ z n ] 始 0 9 ／L ，n H 2 S 0 4 ／n Z n 1 ．2 7 ，P D ． 0 ．3 M P a ，时 间5 h 。试验结果见图7 。 图7 表明，在试验条件范围内，铁离子对锌、铟 的浸出基本无影响，在始液有三价铁和无三价铁情 况下，锌铟的浸出率基本稳定在9 5 ％左右，这并不 能说明铁离子不参加反应。在试验酸度条件下浸 出，锌精矿中的铁自然会被浸出，从浸出时间条件试 验看，2 h 铁的浸出率已达到5 0 ％，浸出液含铁在 9 9 ／L 左右，而又由于所选的浸出时间为5 h ，所以始 液配不配入铁离子对浸出最终结果基本无影响，考 虑配人铁离子会增加后续工序除铁的负担，因此，始 液不加入铁离子。 堡 龉 弭 崩 图7 铁离子对浸出的影响 F i g ．7 E f f e c to fF e 3 c o n c e n t r a t i o no n l e a c h i n gp r o c e s s 2 ．8 锌精矿富氧浸出综合试验 在上述条件试验的基础上，优化试验条件，进行 了不同批次锌精矿富氧浸出综合试验，以考察工艺 对原料适应能力，浸出液配置锌浓度为5 0 9 ／L ，硫酸 浓度为1 8 0 9 ／L ，基本与废电解液相似。4 批次锌精 矿经湿式球磨3 0 r a i n ，成分及粒度分布见表3 。 万方数据 6 4 有色金属 第6 1 卷 试验固定条件温度1 0 0 。C ，转速 8 0 0 r ／m i n ，三／ S 5 1 m L ／g ，[ z n ] 始 5 0 9 ／L ，，l H 2 S 0 4 ／n Z n 1 ．2 7 ，P 0 2 0 ．3 M P a ，时间5 h 。试验结果见表4 。 表4 综合试验结果 T a b l e4R e s u l to fc o m p r e h e n s i v ee x p e r i m e n t s 从表4 可以看出，在试验条件下，4 批次精矿锌 的浸出率都大于9 4 ％，平均大于9 5 ％，工艺基本适 应此次提供的4 个矿样。铟的浸出率除1 矿样外， 浸出率均大于9 3 ％，可能与l 矿样铟的赋存状态有 关，有待扩试进一步研究。铅在溶液中仅为0 ．0 2 9 ／ 参考文献 [ 1 ] [ 2 ] 3 ] 4 ] 5 ] 6 ] 7 ] 8 ] L ，银小于0 ．5 m g ／L ，铅的液计浸出率小于0 ．5 ％，银 的液计浸出率小于2 ％。 3结论 试验结果表明，在常压装置中直接富氧浸出锌 精矿在技术上是可行的。在控制温度1 0 0 。C 、磨矿 细度一4 4 t r m 占9 4 ％一9 5 ％、转速7 9 0 8 1 0 r ／m i n 、 L ／S 5 1 m L ／g 、[ z n ] 始 5 0 9 ／L 、n H 2 S 0 4 ／n Z n 1 ．2 7 、P 。， 0 ．3 M P a 、时间5 h 的优化条件下， 锌和铟的浸出率平均分别大于9 5 ％和9 0 ％，伴随着 铁的浸出率也较高，在7 0 ％左右，所以后续工序应 考虑除铁。铅在溶液中仅为0 ．0 2 9 ／L ，银小于 0 ．5 m g ／L ，铅的液计浸出率小于0 ．5 ％，银的液计浸 出率小于2 ％。 陈邦俊．世界铅锌下业现状与展望[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，1 9 9 9 ， 5 1 2 一1 6 ． P a r k e rEc ．H y d r o m e t a l l u r g yR e s e a r c h ，D e v e l o p m e n ta n dP l a n tP r a c t i c e [ c ] ／／P r o c e e d i n g s11 2 t hA I M EA n n u a lM e e t i n g ． A t l a n t a ．G e o r g i a ，1 9 8 3 6 1 0 ． M a s t e r sIM ．谢里特炼锌工艺的能源需要最[ J ] ．朱鼎元译．中国有色冶金，1 9 8 6 ， 7 7 1 6 ． V e l t m a nH ，R o b e r tDW ．谢里特 戈登加压浸出技术在工业上的应用[ J ] ．迟仁清译．湿法冶金，1 9 8 2 ， 2 1 8 ． M a r t i nMT 。J a n k o l aWA ．C o m i n c o bT r a i lz i n cp r e s s u r el e a c ho p e r a t i o n [ J ] ．c I MB u l l e t i n ，1 9 8 5 ，7 8 8 7 6 7 7 8 1 ． J a n k o l aWA ．Z i n cp r e s s u r el e a c h i n ga tC o m i n c o [ J ] ．H y d m m e t a l l u ’g y ，1 9 9 5 。3 9 1 3 6 3 7 0 ． 唐庚年，符金开，夏志美．锌精矿直接浸出研究[ J ] ．湖南冶金职业技术学院学报，2 0 0 7 ，7 1 8 8 9 0 ． T r o m a n sD ．O x y g e ns o l u b i l i t ym o d e l i n gi ni n o r g a n i cs o l u t i o n s c o n c e n t r a t i o n ，t e m p e r a t u r ea n dp r e s s u r ee f f e c t s [ J ] ． H y d r o m e t a l l u r g y ，1 9 9 8 ，5 0 3 2 7 9 2 9 6 ． [ 9 ] F o r w a r dFA ，V e l t m a nH ．D i r e c tl e a c h i n gz i n c - s u l f i d ec o n c e n t r a t e sb yS h e r r i t tG o r d o n [ J ] ．J o u r n a lo fM e t a l s ，1 9 5 9 ，11 11 8 3 6 8 4 0 ． O x y g e n - e n r i c h e dL e a c h i n go fZ i n cS u l f i d eC o n c e n t r a t ei nA t m o s p h e r i cP r e s s u r eE q u i p m e n t C H E NY o n g ．q i a n g ‘”，Q WD i n g - f a n 2 ，W A N GC h e n g y a n 2 ，Y I NF e i 2 1 ．S c h o o lo fM e t a l l u r g i c a la n dE c o l o g i c a lE n g i n e e r i n g ，U n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g yB e i j i n g 。B e 讲n g10 0 0 8 3 ，C h i n a ； 2 ．B e q i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n g M e t a l l u r g y ，B e i j i n g10 0 0 4 4 ，C h i n a A b s t r a c t T h en o r m a lp r e s s u r ea n do x y g e n r i c hl e a c h i n gp r o c e s so fs p h a l e r i t ec o n c e n t r a t ei si n v e s t i g a t e du n d e rt h e s i m u l a t i o nc o n d i t i o ni nr e a c t o r ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h eo p t i m a lp r o c e s s i n gc o n d i t i o ni sa sf o l l o w s p a r t i c l es i z eo f m o r et h a n9 2 ％m i n u s4 4I - L m ，t e m p e r a t u r e3 7 3K ，a g i t a t o rs p e e d8 0 0r ／m i n ，l i q u i dt os o l i dr a t i o m L ／g 5 1 ， i n i t i a lz i n cc o n c e n t r a t i o no ft h el e a c h i n gs o l u t i o n0 ．7 6m o l L ～，r a t i oo ft h es u l f u r i ca c i dc o n c e n t r a t i o nt ot h ez i n c c o n c e n t r a t i o n1 ．2 7 ，o x y g e np a r t i a l p r e s s u r e0 ．3M P a ，l e a c h i n gt i m e5 h ．T h el e a c h i n gr a t eo fz i n ci sa b o v e9 5 ％ w i t ht h eo p t i m a lc o n d i t i o n ． K e y w o r d s m e t a l l u r g i c a lt e c h n o l o g y ；s p h a l e r i t ec o n c e n t r a t e ；n o r m a lp r e s s u r ea n do x y g e n r i c hl e a c h i n g 万方数据