從中浸渣中氧壓酸浸鋅、鐵的試驗研究

刁微之，和曉才，楊大錦，李小英，徐慶鑫

（昆明冶金研究院，云南 昆明 650031）

濕法煉鋅過程中會產生大量浸出渣（中浸渣），而渣中仍含有大量鋅及其他有價金屬，從浸出渣中回收鋅及其他有價金屬有重要意義［1－3］。

處理鋅浸出渣一般有2種方法：一種是火法，如Waelz法、煙化法，以及Ausmelt法；另一種是濕法，即熱酸浸出法，根據熱酸浸出液除鐵方法的不同，又有黃鉀鐵礬法、針鐵礦法和赤鐵礦法等［4－9］。火法處理能耗高，溫室氣體排放量大，對環境有污染。而高溫高酸浸出—鐵礬除鐵法試劑耗量大，鐵礬渣不易堆存，對環境易造成污染；除鐵時需要高溫，對設備要求高，工藝復雜［10－11］。因此開發了一種新型、環保、節能的鋅浸出渣處理工藝——氧壓浸出工藝，將高溫高酸浸出和針鐵礦法或赤鐵礦法除鐵結合在一起，明顯降低了鐵浸出率，改善了渣的過濾性能，有效提高了設備處理能力，而且工藝簡單，環保安全，三廢產出少。

1 試驗部分

1.1 試驗原料

試驗所用物料為云南某濕法煉鋅廠的中浸渣，其化學組成見表1。

表1 濕法煉鋅中浸渣中各成分的質量分數 %

中浸渣中的鋅主要以硅酸鋅（Zn2SiO4）、硫化鋅（ZnS）和鐵酸鋅（ZnFe2O4）形式存在；鈣以CaSO4·0.5H2O為主，部分為CaSO4·2H2O；鉛以硫酸鉛（PbSO4）為主；鐵以FeS為主；脈石為石英。中浸渣粒度為－200目占75.6%。

1.2 反應機制

在加壓釜中，中浸渣表面的硫酸鋅溶解進入溶液，沸騰焙燒時未反應的和中性浸出時未能浸出的硅酸鋅、硫化鋅和鐵酸鋅與硫酸反應后也溶解進入溶液；Fe2＋或氧化形成的Fe3＋發生水解形成不溶化合物留在渣中，與主要元素鋅分離［12］。鋅的氧壓浸出與除鐵反應如下：

根據公式

2 試驗結果與討論

2.1 氧壓對鋅、鐵浸出率的影響

試驗條件：中浸渣質量150g，液固體積質量比3∶1，浸出溫度（150±5）℃，浸出時間120 min，攪拌轉速750r／min，硫酸質量濃度90g／L，木質素磺酸鈉用量為中浸渣質量的0.2%。氧壓對鋅、鐵浸出率的影響試驗結果如圖1所示。

圖1 氧壓對鋅、鐵浸出率的影響

從圖1看出：氧壓對鋅浸出率影響不大，這可能是硫化鋅被包裹、不易與硫酸充分接觸所致；氧壓對鐵浸出率的影響也不大，但總體呈上升趨勢。綜合考慮，確定適宜的氧壓為0.8MPa。中浸渣氧壓浸出后，浸出渣的過濾性能得到明顯改善，這是由于其中膠體二氧化硅得到轉化，形成易于過濾的晶態二氧化硅。

2.2 硫酸質量濃度對鋅、鐵浸出率的影響

試驗條件：中浸渣質量150g，中浸渣粒度－320目占90%，液固體積質量比3∶1，浸出溫度（150±5）℃，氧氣壓力0.8MPa，浸出時間120 min，木質素磺酸鈉用量為中浸渣質量的0.2%。硫酸質量濃度對鋅、鐵浸出率的影響如圖2所示。

圖2 硫酸質量濃度對鋅、鐵浸出率的影響

從圖2看出：隨硫酸質量濃度增大，鋅、鐵浸出率增大；硫酸初始質量濃度為150g／L時，鋅浸出率接近98%，鐵浸出率為60%左右，且鐵浸出率隨酸度降低呈下降趨勢。綜合考慮，確定適宜的初始硫酸質量濃度為140～150g／L。

2.3 中浸渣粒度對鋅、鐵浸出率的影響

試驗條件：中浸渣質量150g，液固體積質量比3∶1，浸出溫度（150±5）℃，氧氣壓力0.8 MPa，浸出時間120min，攪拌轉速750r／min，硫酸質量濃度150g／L，木質素磺酸鈉用量為中浸渣質量的0.2%。中浸渣粒度對鋅、鐵浸出率的影響試驗結果如圖3所示。

圖3 中浸渣粒度對鋅、鐵浸出率的影響

從圖3看出：中浸渣粒度越細，鋅浸出率越高；未破碎時鐵浸出率最高，為72.34%；粒度為－200目占98%時，鐵浸出率最低，為30%。這是由于中浸渣中ZnS的氧化消耗了部分酸造成酸度降低，使鐵被氧化形成針鐵礦或赤鐵礦沉淀所致；隨中浸渣粒度減小，渣與酸的接觸更充分，鋅、鐵浸出率均有所增大。隨反應的進行，鐵浸出率和酸度應該進一步降低，但相反卻都有所增大，這是因為浸出過程中形成的元素硫被氧化所致。綜合考慮，中浸渣粒度以－320目占98%比較適宜。

2.4 溫度對鋅、鐵浸出率的影響

試驗條件：中浸渣質量150g，粒度－320目占98%，液固體積質量比3∶1，浸出時間120 min，硫酸質量濃度150g／L，木質素磺酸鈉用量為中浸渣質量的0.2%。溫度對鋅、鐵浸出率的影響如圖4所示。可以看出：隨溫度升高，鋅浸出率持續升高，而鐵浸出率先升高后降低。溫度升高有利于鐵以針鐵礦或赤鐵礦形式沉淀，同時溫度高于140℃時，浸出渣的過濾性能得到明顯改善。綜合考慮，確定浸出溫度為150℃左右。

圖4 溫度對鋅、鐵浸出率的影響

2.5 浸出時間對鋅、鐵浸出率的影響

試驗條件：中浸渣質量150g，中浸渣粒度為－320目占98%，液固體積質量比3∶1，浸出溫度（150±5）℃，氧氣壓力0.8MPa，硫酸質量濃度150g／L，攪拌轉速750r／min，木質素磺酸鈉用量為中浸渣質量的0.2%。浸出時間對鋅、鐵浸出率的影響試驗結果如圖5所示。

圖5 浸出時間對鋅、鐵浸出率的影響

從圖5看出，時間對鋅浸出率影響較大：浸出40～80min時，鋅浸出率升高很快，因為此時原料中鋅較多，能夠迅速反應，而浸出80min后，鋅基本反應完全，浸出率變化不大；鐵浸出率在浸出60min后趨于穩定。綜合考慮，確定適宜的浸出時間為80～90min。

2.6 木質素磺酸鈉加入量對鋅、鐵浸出率的影響

試驗條件：中浸渣質量150g，中浸渣粒度為－320目占98%，浸出溫度（150±5）℃，硫酸質量濃度150g／L，氧氣壓力0.8MPa，浸出時間90 min，液固體積質量比3∶1。木質素磺酸鈉加入量對鋅、鐵浸出率的影響試驗結果如圖6所示。可以看出，木質素磺酸鈉對鋅的浸出影響很明顯：隨木質素磺酸鈉用量增加，鋅浸出率增大，但終酸質量濃度及鐵浸出率也明顯增大。木質素磺酸鈉主要起分散元素硫的作用，但也會使元素硫的氧化程度增大，終點游離酸質量濃度增大，從而造成鐵浸出率增大。要保證鋅的浸出率，需要控制適宜的木質素磺酸鈉用量。試驗確定木質素磺酸鈉用量為中浸渣質量的0.15%。

圖6 木質素加入量對鋅、鐵浸出率的影響

2.7 液固體積質量比對鋅、鐵浸出率的影響

試驗條件：中浸渣質量200g，中浸渣粒度－320目占98%，浸出溫度（150±5）℃，氧氣壓力0.8MPa，硫酸質量濃度150g／L，浸出時間90 min，攪拌轉速750r／min，木質素磺酸鈉用量為中浸渣質量的0.2%。液固體積質量比對鋅、鐵浸出率的影響試驗結果如圖7所示。

圖7 液固體積質量比對鋅、鐵浸出率的影響

從圖7看出：隨液固體積質量比增大，鋅與鐵的浸出率都明顯升高；液固體積質量比為3∶1時，鋅與鐵的浸出率都達最大，分別為98.5%與60%；繼續增大液固體積質量比，鋅、鐵浸出率都變化不大。隨液固體積質量比降低，終酸質量濃度降低，鋅、鐵浸出率均降低，渣率則升高。所以，液固體積質量比不能太低，以3∶1比較適宜。

2.8 綜合試驗

根據條件試驗確定的最佳條件進行3次綜合試驗，結果鋅浸出率變化不大，均保持在95%以上；鐵浸出率為60%～65%，終酸質量濃度較高，導致鐵浸出率較高；溶液中的鉛以硫酸鉛形式進入浸出渣中，浸出液中銅質量濃度僅160～165 mg／L，沒有回收價值。

3 結論

采用氧壓酸浸法從濕法煉鋅中浸渣中浸出鋅和鐵是可行的。在液固體積質量比3∶1、始酸質量濃度140～150g／L、浸出溫度（150±5）℃、氧氣壓力0.8MPa、木質素磺酸鈉用量為中浸渣質量的0.15%的最佳條件下，鋅浸出率達98%，而鐵浸出率為60.87%。控制浸出液終酸質量濃度可以有效抑制鐵的浸出。溫度升高有利于鐵以針鐵礦或赤鐵礦形式沉淀，同時也有利于浸出液過濾。

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