二氧化锰浸出方铅矿工艺条件的正交法优化.pdf

第3 2 卷第3 期 2 0 1 2 年0 6 月 矿冶工程 M I N I N GA N DM 哐．1 ．A I ．I ，U R G I c A LE N G D 诹E 础时G V 0 1 ．3 2 №3 J a n e2 0 1 2 二氧化锰浸出方铅矿工艺条件的正交法优化① 李朝辉，湛雪辉，彭三军，李飞，曹芬，李侠 长沙理工大学化学与生物工程学院，湖南长沙4 1 0 11 4 摘要用正交实验法优化了在盐酸体系中二氧化锰浸出方铅矿精矿的工艺参数。直接分析和方差分析结果表明5 种工艺参数 对铅浸出率影响由大到小的顺序为反应体系中总液体与总固体质量比m 簋囊／m 总哥，二氧化锰与方铅矿精矿质量比m t 化譬／m 古船r ， 盐酸浓度，反应时间，反应温度。最佳实验方案组合为m 息_ I ／r a 总目 1 0 、f i l l 氯化皇／m 栅r 1 ．3 、盐酸浓度为3m o l ／L 、反应时间为6 0 m i n 、反应温度为舳℃，该组合能使方铅矿精矿中的铅浸出率大于9 9 ．5 ％。 关键词方铅矿；二氧化锰；正交法；浸出 中图分类号T m 4 6文献标识码A文章编号0 2 5 3 6 0 9 9 2 0 1 2 0 3 0 0 7 5 0 3 O p t i m i z a t i o no fL e a c h i n gG a l e n aw i t hM a n g a n e s eD i o x i d e ‘ b yO r t h o g o n a lM e t h o d L IZ h a o - h u i ，Z H A NX u e h u i ，P E N GS a n - j u n ，L IF e i ，C A OF e n ，L IX i a S c h o o lo fC h e m i c a la n dB i o l o g i c a lE n g i n e e r i n g ，C h a n g s h aU 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 y ，C h a n g s h a4 1 0 1 1 4 ， H u n a n ，C h i n a A b s t r a c t T h et e c h n o l o g i c a lp a r a m e t e r so fl e a c h i n gg a l e n ac o n c e n t r a t ew i t hm a n g a n e s ed i o x i d ei nh y d r o c h l o r i ca c i d s y s t e mw e r eo p t i m i z e db yo r t h o g o n a lm e t h o d ．T h er e s u l t sf r o md i r e c ta n dv a r i a n c ea n a l y s i si n d i c a t e dt h a tt h ef o l l o w i n g5 k i n d so ft e c h n o l o g i c a lp a r a m e t e r se x e r t e di m p a c to nt h el e a c h i n gr a t eo fl e a di nad e s c e n d i n go r d e r t h eI n 跚r a t i oo ft o t a l l i q u i dt ot o t a ls o l i di nt h er e a c t i o ns y s t e m ，t h em a s sr a t i oo fm a n g a n e s ed i o x i d et og a l e n ac o n c e n t r a t e ，h y d r o c h l o r i ca c i d c o n c e n t r a t i o n ，r e a c t i o nt i m ea n dt e m p e r a t u r e ．T h eo p t i m u me x p e r i m e n t a lp a r a m e t e r so b t a i n e da r e ／1 8f o l l o w s t h em a s s r a t i oo ft o t a ll i q u i dt ot o t a ls o l i di s1 0 ，t h em a s sr a t i oo fm a n g a n e s ed i o x i d et og a l e n ac o n c e n t r a t ei s1 ．3 ，h y d r o c h l o r i c a c i dc o n c e n t r a t i o ni s3m o l ／L ，r e a c t i o nt i m ei s6 0m i na n dr e a c t i o nt e m p e r a t u r ei s8 0 ℃．U n d e rs u c hc o n d i t i o n ，t h e l e a c h i n gr a t eo fl e a di ng a l e n ac o n c e n l r a t ec a nb em o r et h a n9 9 ．5 ％． K e yw o r d s g a l e n a ；／l l a l l g a n e ed i o x i d e ；o r t h o g o n a lm e t h o d ；l e a c h i n g 方铅矿中的铅金属提取方法主要有火法和湿法二 种工艺⋯，其中火法炼铅的产物是金属铅，其工艺技 术成熟、生产能力大，但是存在着劳动强度大、能耗高、 易产生二氧化硫和含铅烟尘等缺点，对环境的污染严 重口1 ；湿法炼铅“ o 的主要产物是铅盐，可避免火法炼 铅的缺点，也适用于低品位铅精矿的冶炼，是近年来的 研究热点之一，相关的报道有三价铁法H “1 、酸浸 法“ 4 ] 、通氯气浸出法⋯、碳酸铵浸出法u 和酸转化 法引，但由于原料、设备和生产成本等原因，难以在炼 铅工业上加以应用。最近几年出现的两矿法提取有色 金属卜1 53 为湿法炼铅提供了新的思路，徐本军等 人【l 刮研究了两矿法浸铅工艺，但没有对工艺参数进行 系统的优化。本文采用正交实验Ⅲ。1 副的方法，选用 L 。。 4 5 正交表，对二氧化锰在盐酸体系中浸出方铅矿 的工艺条件进行了优化。 1 实验部分 1 ．1 实验原料和仪器 二氧化锰、3 5 ％盐酸、氯化钠均为化学纯。方铅矿 精矿取自湖南郴州宜章某矿山，平均粒径为一0 ．0 7 4 m i l l ．其主要成分如表1 所示。 表1 方铅矿精矿主要成分 质量分数 ／％ ①收稿日期2 0 1 2 - 0 1 - 1 5 基金项目国家自然科学基金 5 0 7 7 4 0 1 6 ；湖南省科技计划项目 2 0 1 I C K 3 0 6 9 ，2 0 1 0 N K 3 0 0 1 ．2 0 1 1 G K 3 1 1 5 作者简介李朝辉 1 9 7 5 一 ，男，湖南邵阳人．讲师．博士，主要从事矿物加工与资源综合利用研究。 通讯作者湛雪辉 1 9 7 0 一 ，男。湖南岳阳人，副教授，博士，主要从事矿物加工与资源综合利用、新能源材料的研究与开发等工作。 万方数据 7 6矿冶工程 第3 2 卷 实验仪器反应釜、恒温加热器 D F 一1 0 I S 、电子 恒温搅拌机 J H S 一1 ／9 0 、精密p H 计 P H S 一3 C 、循 环水式真空泵 S H B 一Ⅲ 、高温抽滤设备和干燥箱等。 1 ．2 实验方法 1 ．2 ．1实验过程和原理浸铅实验在5 0 0m L 反应釜 中进行，用恒温加热器控制温度，每次均加入一定体积 的盐酸，按一定的液固质量比同时加入一定比例的方 铅矿、氯化钠和二氧化锰，其中涉及的主要反应如式 1 一 3 所示，生成物主要是锰盐、氯化铅和硫，其中 硫可能会被深度氧化成硫酸盐9 。，而氯化铅与氯离子 在较高温度时会生成易溶于水的络合物[ P b C I 。] 。。 反应完后经过高温过滤可得到含锰盐和络合物 [ P b C l 。] “的溶液，而[ P b C I 。] 2 一在低温时会不断转化 成P b C I 晶体析出ⅢJ ，滤液经降温沉淀、抽滤，可得产 物氯化铅。 P b S M n 0 2 4 H C l 叫 M n C l 2 P b C l 2l sl 2 H 2 0 1 S 3 M n 0 2 4 H C l 2 M n C h M n S 0 4 2 H 2 0 2 P b C l 2 2 C 1 一叫[ P b C l 4 ] 2 一 3 1 ．2 ．2 正交实验设计由实验过程可知，影响最终铅 的浸出率的操作条件包括搅拌速度、反应体系中总的 液体与固体的质量比m , g m ／m 总圈、二氧化锰与方铅矿 精矿的质量比m _ 氯化锰／m 方铅矿、反应时间、反应温度、盐 酸浓度和氯化钠浓度。其中搅拌速率影响的是外扩 散，可通过增加搅拌速度去除其对反应的影响；氯化钠 主要起提供C l 一生成络合物[ P b C I 。] 2 。的作用，保证氯 化钠的量足够可消除其对反应结果的影响。因此，本 文选用五因素四水平L ，。 4 5 正交表，实验设计如表2 所示。以铅浸出率为指标进行正交实验。 表2L 1 6 4 5 l 正交实验设计 水平m 总m ／m g mm 撇慨铂矿反感问反觜度，盖乎警t A 6 8 l O 1 2 BC 3 0 4 5 ∞ 7 5 D 6 0 7 0 ∞ 9 0 O ．9 1 ．1 1 ．3 1 ．5 1 ．2 ．3 铅漫出率的测定铅的浸出率可按下式进行 计算 叩 南x 1 0 0 ％ 4 叩2 石丽x L q ’ 式中町为铅的浸出率，％；A 为得到的氯化铅的量， m o l ；B 为滤渣中铅的含量，m o l ；C 为滤液中铅的含量， m d 。 2 结果与分析 2 ．1 直观分析 正交实验结果见表3 。从表3 K 值分析数据 可 以直接看出r a g 藏／m 总固为1 0 、M r ／, 氯化锰／m 方格矿为1 ．3 、反 应时间为6 0a r i a 、反应温度为8 0 ℃和盐酸浓度为3 m o l ／L 即气B ，C ，D ，E ， 为最佳工艺参数。而极差R 是同一列4 个水平的最大值与最小值之差，极差大表 明该因素对测定指标的影响大，通常是主要影响因素； 极差小表明该因素对测定指标的影响程度小，是次要 影响因素。根据表3 中的极差大小，5 种因素对本体 系中铅浸出率影响由大到小的顺序为m 总a ／m 总同， m 二t 化锰／m 方话矿，盐酸浓度，反应时间，反应温度。 表3L 。 4 5 型正交设计数据及结果 嚣 ABcD E 铅紫率 注K l ，恐，K 3 及蜀为均值，R 为极差。 2 ．2 方差分析 由于实验所设计的正交表各列均饱和，且因素D 的极差和偏差平方和明显偏小，所以，选用因素D 的 偏差平方和作为误差平方和，因素D 的偏差平方和对 应的自由度作为误差平方和的自由度。 方差分析结果见表4 。由表4 可知，只、凡、R 均大 于“．∞ 3 ，3 ，其中因素A 对铅浸出率的影响最显著，因 素B 、E 的影响依次递减；而R 、％均小于R ．o 3 ，3 ，对 铅浸出率的影响最不显著，其中因素D 的影响最小， 8 3 6 4 6 1 孤札螽珐盯孙孤”配舒胁；。∞∞合N l 2 3 4 4 3 2 l 2 1 4 3 3 4 l 2 I 2 3 4 3 4 l 2 4 3 2 I 2 I 4 3 l l l l 2 2 2 2 3 3 3 3 4 4 4 4 ●2 3 4 5 6 7 8 9 m n 也B “幅坫 蝤●惦跖9豫弱以“乱仍哪o j ∞ 川钏孤地瑚掰Ⅲm 粥卵弧∞拽王 _ 仍m 石仍 4 卯斛6 H ”“ J B 捡 甜。卅 拍E 如岛丘届 万方数据 第3 期李朝辉等二氧化锰浸出方铅矿工艺条件的正交法优化 所得到的结论与直观分析的结论一致。 表4 二氧化锰浸出方铅矿方差分析结果 橐蒹掌赣自由度均方偏差，值凡．m F 0 ．* 显著性 Al9 0 5 ．5 236 3 5 ．1 71 5 2 ．9 05 ．3 99 ．2 8 } B5 4 5 ．9 231 8 1 ．9 74 3 ．8 l5 ．3 99 ．2 8● C3 3 ．3 631 l ，1 22 ．6 85 ．3 99 ．2 8N S D1 2 ．4 63 4 。1 51 ．0 05 。3 99 。2 8N S E 2 1 8 ．2 5 37 2 ．7 51 7 ．5 l5 ．3 9 9 ．2 8 堡鲞 竺 注当F o , I o F 凡∞时．对应因素为显著因素．记为 ；当F ，o 。0 5 时，对应因素为 高度显著因素，记为，。 3 验证实验 经过正交实验、极差分析和方差分析，盐酸体系中 二氧化锰浸出方铅矿的最佳实验方案为 A 3 8 3 C 3 D 3 E ，，即m 总藏／璐意圊 1 0 ，r f t 二氯化锰／m 方铅矿 1 ．3 、 反应时间6 0r a i n 、反应温度8 0 ℃、盐酸浓度3m o l ／L ， 在搅拌速率足够大、氯化钠量足够的条件下按上述最 佳实验方案进行多次平行实验，铅的平均浸出率大于 9 9 ．5 ％，实验误差为0 ．4 3 ％。 4 结论 1 正交实验表明，5 种因素对本体系中铅浸出率 影响由大到小的顺序为m 总液／m 总圈，m 二氯化蟹／m 方铅矿， 盐酸浓度，反应时间，反应温度。 2 最佳实验方案为A 3 8 3 C 3 D 3E 3 ，即m 总{ 葭／m 总圊 1 0 ，m 二氧化锰／m 方铅矿 1 ．3 、反应时间6 0m i n 、反应温度 8 0 ℃、盐酸浓度3m o l ／L ，此时铅的平均浸出率大于 9 9 ．5 ％。 参考文献 [ 1 】胡全红．许民．三氯化铁浸出铅精矿研究[ J 】．江西化工，2 0 0 1 4 3 0 3 3 ． [ 23 徐爱明，宗复．传统法炼铅技改方案的探讨[ J 】．有色金属 冶 炼部分 ，1 9 9 7 I 2 6 ． [ 3 ] 胡垒红，许民．铅精矿全湿法工艺研究[ J ] ．有色金属 冶炼部 分 ．2 0 0 3 2 5 7 ． [ 4 ] B a 】配P ，A c h i m o v i c o v 6M ．M e e h a n o c h e m i c a ll e a c h i n gi nh y d r a n t - a U u r g yo f c o m p l e xs M p h i d e a [ J 】．H y d r o m e t a l i u r y ，2 0 0 6 ．骈 I ／2 6 0 一醴． [ 5 】W a n gS ，F a n g Z 。W a n g Y ．e ta 1 ．E l e c t r o g e n e 瑚血v c l e a c h i n go f g a l e n a w i t h f e r r i cc h l o r i d e [ J ] ．M i n e r a l s E 咖r i I I g ，2 0 0 3 。1 6 9 8 6 9 8 7 2 ． [ 6 ] P s o h k o vGL ，M i k h l i n aEV ，K h o l m n g o r o vAG ，e ta 1 ．E f f e c to fp o - t e n t l a la n df e r r i ci o n s ∞l e a ds u l f i d e d i s s o l u t i o n i nn i t r i ca c i d [ J ] ． H y d r o m e t a ] l u r g y ，2 0 0 2 ，6 3 2 1 7 1 1 7 9 ． 【7 ] I r m aC ，M e r c e d e sTO ，I 印丑c i oG ．A ne l e c t r o c h e m i c a ls t u d yo fg a I e - mc o n c e n t r a t ei np e m l d o m t em e d i u m 砒p H2 ．0 t h ei n f l u ∞c eo f c h l o r i d ei o n s [ J ] ．E l e c t r o c h i m i c aA c t a 。2 0 0 0 ．4 5 1 7 2 7 2 9 2 7 4 L [ 8 ] n k hJK ，K a r lL ，E e r oJs ，e ta 1 ．T h ei n i t i a lP I D d u c t 80 ft h e { H 1 4 x [ i c o x i d a t i o no fg a l e n ai na c i d i cs o l u t i o na n dt h ei n f l u e n c eo fm i n e r a ls t o i - c h i o m e h y [ J ] ．C o l l o i d sa n dS Ⅲl a e e sA P h y s i e o c h e m i e a la n dE n g i n e e r l n gA s p e c t s ，1 9 9 8 ，1 3 3 3 3 0 3 - 3 1 1 ． [ 9 ] 韦薇，高天荣，张振杰．用方铅矿的硝酸酸解液合成铅铬黄的 工艺探索[ J ] ．云南化工。2 0 0 4 ，3 1 5 4 6 4 7 ． [ 1 0 ] 陈家越．方铅矿湿法冶金探索[ J ] ．宁德师专学报 自然科学 版 。2 0 0 0 ，1 2 I 4 7 4 9 ． [ 1 1 ] h IK ，C h e nC ．C o n v e r s i o no fg a l e n at ol e a dc a r b o n a t ei na m m o n i u m c a r b o n a t e ∞l u 6 蛐An e wa p p r o a c ht ol e a dh y d r o m e t a ] h r g y [ J ] ． H y d r o m e t a H u r g y ．1 9 8 6 ．1 7 I 7 3 8 3 ． [ 1 2 ] 王淑萍，王瑞芬．硫化铅与盐酸的作用【J ] ．石家庄大学学报， 2 0 0 0 ，1 2 1 3 6 3 7 ． [ 1 3 ] 袁明亮，梅贤功，庄剑鸣，等．软锰矿两矿法选择性浸出[ J ] ．中 国有色金属学报，1 9 9 6 ，6 3 2 2 2 5 ． [ 1 4 】袁明亮，梅贤功，陈荩，等．两矿法浸出软锰矿的工艺与理论 [ J ] ．中南工业大学学报，1 9 9 7 ，2 8 4 3 2 9 3 3 2 ． [ 1 5 ]卢宗柳，都安治．两矿法浸出氧化锰矿的几个工艺问题[ J ] ．中 国锰业，2 0 0 6 ，2 4 1 3 9 4 2 ． [ 1 6 ]徐本军，覃文庆。邱冠周．方铅矿和软锰矿两矿法浸出工艺的研 究【J ] ．矿产保护与利用，2 0 0 5 3 2 9 3 4 ． [ 1 7 ]王秋林，余永富，陈雯，低品位菱铁矿回转窑焙烧的正交试验 研究[ J 】．矿冶工程，2 0 0 5 ，2 5 2 2 3 一“ ． [ i s ] 杨字，张燕飞，何环，等嗜酸氧化诬铁硫杆菌冷冻保藏保 护剂的正交法优化[ J ] ．中南大学学报 自然科学版 ，2 0 0 6 ，3 7 5 8 9 1 8 9 5 ． [ 1 9 ] 袁明亮．梅贤功．邱冠周，等．两矿法浸出软锰矿时元素硫妁生 成及其对浸出过程的影响[ J ] ．化工冶金，1 9 9 8 ，1 9 2 1 6 1 1 6 5 ． [ 2 0 ] H o l d i c hRG ，L a w s o nCJ ．T h es o l u b i l i t yo fa q u e o u 8l e a dc h l o r i d e s o l a d o a s 【J ] ．H y d r o m e t a l l u r g y ，1 9 8 7 ，1 9 2 1 9 9 2 0 8 ． 万方数据