高鐵含鋅煙塵浸出工藝研究

周坐東

(湖南有色金屬研究院,湖南長沙 410015)

高鐵含鋅煙塵浸出工藝研究

周坐東

(湖南有色金屬研究院,湖南長沙 410015)

對鋅煙塵硫酸浸出提取鋅工藝條件進行了研究,分別采用正交試驗與單因素試驗考察浸出酸濃度、液固比、浸出時間、浸出溫度對鋅煙塵中鋅、鐵的浸出率的影響。結果表明:較優浸出工藝條件為硫酸濃度150 g/L、液固比7∶1、浸出時間3 h、浸出溫度90℃,在較優浸出條件下,鋅浸出率可達95%以上。

鋅煙塵;浸出率;濕法冶金

我國鋅保有儲量0.89億t,工業儲量0.33億t,其中云南、廣西、甘肅、廣東、湖南等省區是我國鋅的主要儲藏地[1～3]。世界上90%以上的鋅是通過硫化鋅精礦冶煉出來的,而鋅的硫化礦主要分為閃鋅礦和鐵閃鋅礦兩大類。在鐵閃鋅礦中,鐵在礦山形成過程中逐漸取代閃鋅礦中的部分鋅而嵌入硫化鋅晶格中,在沸騰焙燒過程中與鋅易形成穩定的鐵酸鋅

相[4]。

某冶煉廠硫化鋅精礦采用常壓直接浸出,為了充分回收浸出渣中的鋅資源,該廠用沸騰爐處理浸出渣。在焙燒過程中鋅等低揮發點金屬形成蒸氣,其中鋅蒸氣進而被氧化形成氧化鋅,與其它粉塵一起被收集而形成富含鋅的煙塵[5～7]。該煙灰中含鋅約33%,是很好的煉鋅原料。如何經濟、簡便地處理該煙塵,是回收利用浸出渣中鋅資源的關鍵問題。

通常處理含鋅物料的工藝主要有酸浸法和氨浸法[8,9],其中氨浸法存在氨的用量大、回收困難、浸出率不高及污染嚴重等問題。在處理含鋅物料過程中,由于物料的組成不同即便是采用同一種浸出工藝,其影響因素亦不同,工藝條件會發生很大變化。本文采用硫酸法處理該廠鋅煙塵,考察浸出過程影響因素變化規律,探索適宜的浸出條件。

1 實驗原料

某冶煉廠的鋅煙塵,其化學成分見表1,鋅煙灰的粒度分析見表2。由表1、表2可知,鋅煙灰粒度小于0.074 mm的占96%,粒度較細,據X-射線衍射儀分析,鋅煙塵中的鋅主要以氧化鋅形式存在,少量的鋅以鐵酸鋅形式存在,而鐵主要以氧化亞鐵形式存在。

表1 鋅煙灰主要化學組成%

2 實驗方法及原理

浸出試驗在燒杯中進行,在恒溫、機械攪拌的情況下進行反應。每次試驗加一定量的硫酸到反應燒杯中,當反應溫度達到要求溫度時,加入一定量的鋅煙灰,到達預定的反應時間后,抽濾,測出不同試驗條件對浸出率的影響。采用EDTA滴定法分析浸出液中鋅鐵的濃度,銀采用原子吸收光譜法分析,X-熒光檢測浸出渣中各種元素的含量,綜合計算浸出

率[10]。

該冶煉廠的鋅煙塵來源于揮發煙塵,均為粉狀細小顆粒,-0.074 mm的占96%,因此反應速度非常快。鋅煙塵中的鋅主要以氧化鋅的形態存在,雜質成分主要為鐵、銅、鎘、鉛等。酸濃度高時,鋅的浸出速度快,浸出率升高,但鋅煙塵中的鐵也會大量溶出。同時浸出液凈化除鐵過程中產生大量的渣,造成鋅的機械夾雜損失。因此可以控制浸出反應條件,使鐵等雜質少量浸出。

3 實驗結果與討論

3.1 正交試驗

為了尋找鋅煙塵酸浸的較佳條件,在探索性實驗的基礎上,以浸出酸濃度、液固比、浸出溫度、浸出時間作為影響因子,以鋅煙塵中鋅浸出率為主要參考指標,進行四因素三因子的正交實驗,結果見表3。從表3可以看出,對浸出率影響的因素排行如下:溫度＞液固比＞時間＞酸度。

表3 正交試驗

3.2 單因素試驗

為了更仔細地考察各因素對鋅、鐵浸出率的影響,在此基礎上進行了單因素實驗。

不同硫酸濃度對鋅、鐵浸出率的影響見圖1。由圖1可知,鋅、鐵浸出率隨著硫酸濃度的升高而升高。硫酸濃度由100 g/L增加到250 g/L時,鋅的浸出率由90%增加到97%,鐵的浸出率由65%增加到86%,即鋅的浸出率僅增加7.7%,鐵的浸出率則增加32.3%,這主要是因為鋅煙塵中的部分鋅以鐵酸鋅的形式存在,比較難浸出;而鐵主要以鐵的氧化物形式存在,隨著硫酸濃度的升高,鐵的浸出率增加比較快。當浸出液酸度過高時,鐵的浸出率較高,除鐵時需要大量的氧化劑和中和劑,生產成本增加,同時造成鋅的機械夾雜損失。且當硫酸濃度為150 g/L時,鋅的浸出率達到95%,再提高硫酸濃度鋅的浸出率變化不大。所以,硫酸濃度選擇150 g/L較為合理。

圖1 硫酸濃度對鋅、鐵浸出率的影響

不同浸出溫度對鋅、鐵浸出率的影響見圖2。由圖2可以看出,鋅、鐵浸出率隨浸出溫度的升高而升高。當溫度由45℃升高到90℃時,鋅的浸出率由75%增加到95%,鐵的浸出率由68%增加到85%,即鋅的浸出率增加26.7%,鐵的浸出率增加25%,這說明溫度對氧化鋅和氧化鐵的浸出有明顯的影響。當浸出溫度為90℃時,鋅的浸出率達到95%,綜合考慮,90℃是較合理的浸出溫度。

圖2 浸出溫度對鋅、鐵浸出率的影響

不同液固比對鋅、鐵浸出率的影響見圖3。由圖3可知,隨著液固比增加,鋅、鐵浸出率提高。液固比由7∶1增加到9∶1時,鋅的浸出率由95%增加到96%,鐵的浸出率由75%增加到85%,即鋅的浸出率僅增加1%,鐵的浸出率則增加13.3%。當液固比為7∶1時,鋅的浸出率達到95%,而鐵的氧化物會隨液固比的增加而更多的溶解,且浸出液體積增大,給凈化工序帶來困難,增加除雜過程中的鋅損失,從經濟角度考慮浸出液固比選擇7∶1較為合理。

不同浸出時間對鋅、鐵浸出率的影響見圖4。由圖4可知,鋅、鐵浸出率隨浸出時間延長而升高。浸出時間為3 h時,鋅的浸出率95%。當浸出時間大于2 h時,鋅浸出率曲線趨于平緩。這時鋅煙灰中的氧化鋅絕大部分溶解在溶液中,隨著溶液的酸濃度的降低,鐵的浸出率曲線也趨于平緩,這主要是因為在較低酸濃度條件下,鐵氧化物比較難溶解。在保證鋅有比較高浸出率時,使鐵的浸出率盡可能的低及資源的消耗較少,綜合考慮后浸出時間選擇3 h較好。

圖3 液固比對鋅、鐵浸出率的影響

圖4 浸出時間對鋅、鐵浸出率的影響

實驗結果表明較合理的浸出條件是硫酸始酸濃度150 g/L、液固比7∶1、浸出時間3 h、浸出溫度90℃。按此條件取煙塵100 g試驗,得到浸出液700 mL,終酸濃度35.46 g/L,浸出渣22.55 g。浸出液、浸出渣主要成分見表4。在此條件下,鋅浸出率95%,鐵浸出率80%。

4 結 論

本文研究了硫酸法浸出鋅煙塵對鋅、鐵浸出率的影響。實驗結果表明,影響浸出率的因素主次關系是浸出酸濃度、浸出溫度、液固比、浸出時間。通過單因素的驗證實驗,確定的最佳浸出條件為:始酸濃度150 g/L、浸出溫度90℃、液固比7∶1,浸出時間3 h,鋅煙塵中鋅浸出率達到95%。

表4 浸出液、浸出渣主要成分

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Study on Leaching Process of High-iron Zinc Dust

ZHOU Zuo-dong
(Hunan Research Institute of Nonferrous Metals,Changsha410015,China)

TF813

A

1003-5540(2012)03-0035-03

2012-03-15

周坐東(1982-),男,工程師,主要從事有色金屬冶金研究工作。

Abstract:The leaching of zinc dust using sulfuric acid as lixivium was studied.The orthogonal experiments and the mono-factor experiments were made to investigate the influence of concentration of sulfuric acid,liquid-to-solid ratio,leaching time,leaching temperature on zinc,iron acid-leaching performance of the zinc dust.The optimal processing conditions of leaching as follows the concentration of sulfuric acid is 150 g/L,liquid-to-solid ration is 7∶1, leaching temperature is 90℃,leaching time is 3 h.Under these conditions,the leaching percent of zinc is 95%. Key words:zinc dust;leaching percent;hydrometallurgical