锌冶炼除铁工艺优化改进试验研究.pdf
2 0 1 8 年第1 l 期有色金属 冶炼部分 h t t p //y s y l .b g r i m m .c n 7 d o i 1 0 .3 9 6 9 /J .i s s n .1 0 0 7 7 5 4 5 .2 0 1 8 .11 .0 0 2 锌冶炼除铁工艺优化改进试验研究 鲁兴武,程亮,李俞良,马爱军,贡大雷 西北矿冶研究院,甘肃省有色金属冶炼新工艺 及伴生稀散金属高效综合利用重点实验室,甘肃白银7 3 0 9 0 0 摘要传统铁矾工艺含锌高、含铁低,其中的金属资源无法综合利用。采用热酸浸出、还原、加压除铁工 艺,锌、铁的总回收率都在9 5 %以上,铁渣可作为铁精矿出售,既综合利用了铁资源又高效分离了锌铁, 实现了无铁矾渣湿法炼锌。 关键词湿法炼锌;工艺优化;加压除铁 中图分类号T F 8 1 3文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 8 1 1 0 0 0 7 0 4 E x p e r i m e n t a lR e s e a r c ho nO p t i m i z a t i o na n dI m p r o v e m e n to fI r o n R e m o v a lP r o c e s sf o rZ i n cH y d r o m e t a l l u r g y L UX i n g W U ,C H E N GL i a n g ,L IY u l i a n g ,M AA i ju n ,G o N GD a l e i N o r t h w e s tR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n ga n dM e t a l l u r g y ,K e yL a b o r a t o r yo fN e wP r o c e s sf o rN o n f e r r o u sM e t a lS m e l t i n g a n dR a r eM e t a lH i g hU t i l i z a t i o nE f f i c i e n c yi nG a n s uP r o v i n c e ,B a i y i n7 3 0 9 0 0 ,G a n s u ,C h i n a A b s t r a c t T r a d i t i o n a lf e r r o a l u m e np r o c e s sh a st h ed i s a d v a n t a g e so fh i g hz i n ca n dl o wi r o nc o n t e n t ,a n d u n a v a i l a b l ec o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o no fm e t a lr e s o u r c e .T o t a lr e c o v e r yr a t eo fz i n ca n di r o ni Sb o t h9 5 % a b o v ea f t e ri m p r o v e db yp r o c e s so fh o ta c i dl e a c h i n g ,r e d u c t i o na n dp r e s s u r i z a t i o ni r o nr e m o v a l .I r o ns l a g p r o d u c e db yh i g hp r e s s u r ec a nb ef o rs a l ea si r o nc o n c e n t r a t e .C o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o no fi r o nr e s o u r c e s a n dh i g he f f i c i e n ts e p a r a t i o no fz i n ca n di r o ni nz i n cm e t a l l u r g ya r ea c h i e v e d .Z i n ch y d r o m e t a l l u r g yw i t h f r e ef e r r o a l u m e ns l a gi sr e a l i z e d . K e yw o r d s z i n ch y d r o m e t a l l u r g y ;p r o c e s so p t i m i z a t i o n ;i r o nr e m o v a lw i t ho x y g e np r e s s u r e 目前,国内大部分湿法炼锌企业采用流态化焙 烧一两段浸出一黄钾 钠 铁矾法除铁一锑盐净化除 杂的方法进行锌精矿处理和提纯。尽管“铁矾法”的 应用促进了锌冶炼工业的发展[ 1 q ] ,但随着环保要求 更加严厉,优质资源锐减,铁矾工艺已经不能满足循 环经济发展的要求。若能开发出一种能有效推广的 非铁矾除铁工艺,实现除铁渣的资源化利用,减少或 消除环境污染,则具有广阔的市场前景口_ ] 。 影响湿法炼锌企业环保和综合回收效益的主要 是铁矾渣和酸浸渣,国内有研究提出采用火法工艺 收稿日期2 0 1 8 0 7 3 1 基金项目甘肃省科技厅科技重大专项计划 1 7 Z D 2 F D 0 1 3 作者简介鲁兴武 1 9 8 5 一 ,男,甘肃武威人,工程师. 对两渣进行挥发后回系统的处理,但是该工艺投资 大 初步估计约5 亿元 ,而且能耗高,产生的大量火 法渣会对环境造成二次污染。根据我院前期调研, 酸浸渣采用浮选富集铅银的工艺投资低、环境污染 小、综合经济效益显著;而铁矾渣目前还没有一种很 有效的处理工艺[ 5 ’6 ] ,因此,开发一种使锌精矿中的 铁得到资源化,酸浸渣中的银含量提高的工艺,不但 可解决铁矾渣堆存的环境污染和渣场的投资费用问 题,而且对于整个湿法炼锌工艺的核心竞争力提升 有重大意义L 6 J 。 万方数据 8 有色金属 冶炼部分 h t t p //y s y l .b g r i m m .c n 2 0 1 8 年第1 1 期 从集团公司当前的情况来看,湿法炼锌系统每 年产生的铁矾渣约1 0 万t ,若按火法工艺回收,技 术经济不合理,还会带来一系列难以解决的环保问 题。若能通过对湿法炼锌系统除铁工艺的研究和改 进,使锌精矿中的铁等有价元素全部得到综合回收 处理,可获得更大的经济效益和更强的市场竞争力。 1 试验原料 锌焙砂含A g6 2g / t ,其他主要元素成分 % Z n5 5 .8 2 、S4 .4 5 、O 2 3 .7 8 、F e6 .4 9 、S i1 .3 1 、 C a1 .2 6 、P b1 .4 0 、A 10 .3 7 4 、M g0 .1 2 6 、C d0 .1 2 8 、 M n0 .1 3 5 、K0 .1 7 7 、B a0 .1 0 3 、C u0 .1 1 2 、A s0 .0 5 7 、 T i0 .0 3 7 。采用硫酸对锌焙砂浸出,二段浸出,一段 中性浸出,二段高温高酸浸出。 采用热酸浸出液作为还原前液,锌精矿作为还 原剂。锌精矿含A g6 3g /t ,其他主要元素成分 % Z n4 9 .0 0 、S1 9 .6 3 、O8 .3 3 、F e4 .5 9 、S i2 .1 3 1 、 C a2 .0 6 9 、P b1 .0 5 8 、A l0 .5 9 4 、C d0 .1 2 5 、M n0 .0 9 4 、K 0 .0 6 8 、B a0 .0 5 7 、C u0 .0 5 6 、A s0 .0 4 2 、T i0 .0 3 4 。 2浸出试验结果及讨论 2 .1 中性浸出 中性浸出,工业生产非常成熟,控制浸出温度 6 0 ~7 0 ℃、浸出时间2h 、液固比7 1 、酸度6 0g /L 、 二氧化锰加入量5 %,控制终点p H4 .8 ~5 .2 。得 到的中浸渣成分 % Z n2 2 .9 6 、F e1 2 .9 6 。 2 .2 高温高酸浸出 2 .2 .1 浸出时间对铁浸出率的影响 固定条件中浸渣2 0 0g 、浸出温度8 5 ~9 0 ℃、 液固比7 ;1 、酸度1 6 0g /L ,改变浸出时间,试验结 果见图1 。图1 表明,铁浸出率随着浸出时间的增 加基本上呈上升趋势,一段高温高酸浸出铁浸出率 可以达到7 8 %以上,综合考虑浸出时间以3h 为宜。 2 .2 .2 始酸浓度对铁浸出率的影响 固定条件中浸渣2 0 0g 、浸出温度8 5 ~9 0 ℃、 液固比7 1 、浸出时间3h ,不同初始硫酸浓度下的 铁浸出率如图2 所示。由图2 可知,提高硫酸浓度 可以显著提高铁的浸出率,但是始酸浓度过高,终酸 浓度也过高,会造成中和消耗的锌焙砂过多,综合考 虑,始酸浓度以1 6 0g /L 为宜。 2 .2 .3 液固比对铁浸出率的影响 固定条件中浸渣2 0 0g 、浸出温度8 5 ~9 0 ℃、 酸度1 6 0g /I 。浸出时间3h 。液固比试验结果如图 3 所示,可知,铁浸出率随着液固比的增大而增大, 学 婚 丑 则 鲻 枣 碍 丑 则 搽 图1浸出时间对铁浸出率的影响 F i g .1 E f f e c to fl e a c h i n gt i m eo n i r o nl e a c h i n gr a t e 图2 铁浸出率与始酸浓度的关系 F i g .2R e l a t i o n s h i pb e t w e e ni r o nl e a c h i n gr a t e a n di n i t i a la c i dc o n c e n t r a t i o n 冰 祷 丑 嬲 蝼 图3 铁浸出率与液固比的关系 F i g .3R e l a t i o n s h i pb e t w e e ni r o n l e a c h i n gr a t ea n dL /S 但是液固比过大,系统溶液量过大,容易造成系统水 平衡失控,因此液固比以7 l 为宜。 2 .2 .4 综合试验 选择最优热酸浸出试验条件为浸出温度8 5 ~ 9 0 ℃、液固比7 1 、酸度1 6 0g /L 、浸出时间3h ,采 万方数据 2 0 1 8 年第1 i 期 有色金属 冶炼部分 h t t p //y s y l .b g r i m m .o n 9 用二段热酸浸出,铁浸出率在9 1 %以上。 3还原试验结果与讨论 3 .1 还原剂用量对铁还原的影响 固定条件酸浸液2 0 0m L 、反应温度7 5 ~8 0 ℃、始酸1 0 0g /L 、反应时间2h 、还原剂用量按理论 量 5g 的倍数计,试验结果见图4 。由图4 可以看 出,还原剂的用量对铁的还原效果影响非常大,本工 艺采用硫化锌精矿作为F e 抖离子的还原剂,锌精矿 中的Z n S 是一种惰性比较大的还原剂,需要过量倍 数很大,综合考虑还原剂用量控制在5 倍 2 5g 。 图4 还原剂用量对铁还原的影响 F i g .4 E f f e c to fr e d u c i n ga g e n td o s a g e o ni r o nr e d u c t i o n 3 .2 反应时间对铁还原的影晌 固定条件酸浸液2 0 0m L 、反应温度7 5 ~8 0 ℃、始酸1 0 0g /L 、还原剂用量2 5g ,不同反应时间 的试验结果表明,反应时间对铁的还原影响不大,反 应时间超过1h ,还原率都在9 9 %以上,说明还原剂 过量后,F e 3 可以很快被还原,综合考虑,反应时间 控制在2 ~2 .5h 为宜。 3 .3 反应温度对铁还原的影响 固定条件酸浸液2 0 0m L 、始酸1 0 0g /L 、反应 时间2 .5h 、还原剂用量2 5g ,不同反应温度下的铁 还原率见图5 。由图5 可以看出,反应温度对铁还 原率影响很大,但当温度提高到7 5 ℃以后,铁的还 原率基本保持稳定,因此还原温度取8 0 ℃左右。 3 .4 最优条件试验 根据单因素条件试验,确定还原最优条件为酸 浸液2 0 0m L 、反应时间2 .5h 、反应温度8 0 ℃、始酸 1 0 0g /L 、还原剂用量为理论量的5 倍 2 5g 、反应 温度8 0 ℃。通过3 次综合试验,还原率均在9 7 % 以上,试验结果见表1 。 图5 反应温度对铁还原的影响 F i g .5 E f f e c to fr e a c t i o nt e m p e r a t u r e o ni r o nr e d u c t i o n 表1 最优条件综合试验结果 T a b l e1 C o m p r e h e n s i v ee x p e r i m e n tr e s u l t s u n d e rt h eo p t i m u mc o n d i t i o n 4 除铁试验结果与讨论 加压除铁前液采用还原液,由于还原液酸度过 高,除铁过程容易造成铁渣返溶,试验采用中和剂氧 化锌调节p H 至3 .0 ~6 .0 。先加入0 .6L 中和后 液,升温到1 0 0 ℃后,通氧气,氧分压0 .2 ~0 .8 M P a ,控制反应温度在1 7 0 ~2 2 0 ℃,总压1 .1 ~2 .0 M P a ,反应时间2 ~6h 。试验结果见表2 。由表2 可以看出,反应时间大于2 .5h ,起始p H 在5 .0 左 右,除铁渣含铁在6 0 %以上,渣含锌小于2 %。 表2 加压除铁试验结果 T a b l e2 E x p e r i m e n t a lr e s u l t so fi r o nr e m o v a l b yp r e s s u r em e t h o d C T 一129 4 .4 4 ‘ C T 一221 .0 C T 一322 .0 C T 一42 .53 .0 C T 一53 .54 .0 C T 一65 .56 .0 C T 一75 .53 .0 0 .2 6 0 O .0 6 63 0 .8 01 .4 4 0 .0 4 84 7 .2 01 .6 7 0 .0 3 74 7 .7 64 .2 2 0 .0 4 06 3 .0 20 .3 2 0 .0 4 85 7 .8 01 .3 9 0 .0 3 25 9 .4 01 .1 1 注* H z S 0 4 浓度,g /[ 。 万方数据 1 0 有色金属 冶炼部分 h t t p //y s y t .b g r i m m .c n 2 0 1 8 年第1 1 期 5 铅银渣成分与节能计算 “铁矾工艺”基础上可降低标煤5 0k g c e 。 5 .1 铅银渣含银 铅银渣含银与锌精矿银品位、锌铁浸出率有关, 目前锌精矿含银通常在6 0 ~6 5g /t ,“铁矾工艺”铅 银渣含银在2 0 0 ~3 0 0g /t ,部分银损失在铁矾渣中, “加压除铁法”除铁工艺,可以尽可能提高酸度,增加 铁、锌以及其它有价金属的浸出率,渣率控制在 1 5 %~1 6 %,铁渣不含银,银全部富集在铅银渣中, 铅银渣含银控制在 6 3 .5 / 1 5 %~1 6 % 一3 6 9 .8 8 ~4 2 3 .3 3g /t 因此,采用“加压除铁法”除铁工艺可以使铅银 渣含银在4 0 0g /t 以上,但是锌精矿含银过低,铅银 渣含银也会波动。 5 .2 加压除铁法除铁节能计算 因为实验室无法精确测量工艺过程的能耗,故 只能采用理论计算的方式对工艺节能进行计算。 “加压除铁法”除铁工艺较“铁矾工艺”的节能主要表 现在 1 反应过程容器密闭,热能损失少; 2 铁渣含铁大于6 0 %,含锌小于2 %,可以作为 铁精矿出售,铁矾渣需要用焦炭还原挥发回收锌。 本文节能仅计算锌回收的能耗节约量。目前,按照 9 5 %以上的直收率,冶炼1t 电锌约需要焙砂1 .8 8t , 焙砂含铁、锌按照表2 数据进行测算,工艺过程产 出铁矾渣约3 1 7 .7 8k g ,回收氧化锌需要加焦炭 7 5 .3 5k g ,折合标煤7 2 .2 3k g c e 折标系数0 .9 7 14 , 故采用“加压除铁法”除铁工艺每吨电锌综合能耗在 6结论 1 采用热酸浸出、还原、加压除铁工艺,整个流 程锌、铁的总回收率都在9 5 %以上,铁渣可作为铁 精矿出售,既综合利用了铁资源又高效分离了锌铁, 实现了无铁矾渣湿法炼锌。 2 除铁渣铁品位 6 0 %、渣含锌 2 %,铅银渣 银品位大于4 0 0g /t ,每吨电锌综合能耗在“铁矾工 艺”基础上可降低标煤5 0k g c e 。 3 以年产1 0t 电锌规模进行测算,每年可多回 收金属11 5 5 .4 8t ,减排重金属锌14 3 0 .0 4t ,铁渣 可以出售,综合计算,每年可增加效益约28 1 1 万元。 参考文献 [ 1 ] 凌江华.低品位氧化锌矿和高铁闪锌矿N H 。一 N H t z S 0 4 体系浸出的研究[ D ] .长沙中南大学,2 0 1 1 . 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