硫化鋅精礦常壓富氧直接浸出過程中控制高酸渣含硫的研究

諶可頌

（株洲冶煉集團股份有限公司，湖南 株洲 412004）

硫化鋅精礦常壓富氧直接浸出過程中控制高酸渣含硫的研究

諶可頌

（株洲冶煉集團股份有限公司，湖南 株洲 412004）

文章系統分析了常壓富氧直接浸出過程中高酸渣含硫的行為，認為對高酸渣含硫的控制主要在浸出和硫浮選兩個階段，并且提出了一些控制高酸渣含硫的方法，對硫化鋅精礦的常壓富氧浸出具有一定的指導意義。

常壓富氧直接浸出；硫化鋅精礦；硫浮選；高酸鋅浸出渣

我國南方某公司采用常壓富氧直浸處理硫化鋅精礦，硫化鋅精礦在高鐵離子氧化作用下直接生成硫酸鋅溶液和單質硫，礦漿（氧浸渣）經過浮選得到單質與高酸浸出渣（氧浸渣浮選尾礦），浮選過程控制的質量直接關系到硫精礦中的含硫品位和高酸浸出渣中硫的含量。之前，高酸渣含硫一度高達35%，在堆存和送鉛系統基夫賽特爐處理過程中，時常發生單質硫升華、自燃，存在很大的安全隱患。本文重點分析直浸高酸渣含硫的行為，并且提出了一些控制方法。

1 渣物相成分研究

在常壓富氧直接浸出后，不同產物浮選的性能差別較大，通過化驗高酸渣和硫渣的產物成分和物相，來指導硫浮選的工藝控制。

在化學元素分析及激光粒度分析的基礎上，通過紅外光譜、激光拉曼光譜法、穆斯保爾譜法、掃描電鏡SEM及能譜分析等手段進行了大量的物相分析研究，確定了高浸渣和硫渣有關金屬及其化合物的存在形式，渣物相成分分析分別見表1、表2、表3。

從高酸渣中硫的物相成分可知，高酸渣中含硫最高的兩種成分分別是單質硫和硫化物；單質硫含量高達61%，通過強化硫浮選的控制，將降低高酸渣中單質硫含量至30%以下；而硫化物可以通過提高浸出強度，降低硫化物含量，來繼續提高高酸渣中單質硫含量。

表1 高酸渣和硫渣中硫含量及物相成分分析結果%

表2 高酸渣和硫渣中鋅含量及物相成分分析結果%

表3 高酸渣和硫渣中鐵含量及物相成分分析結果%

2 浸出工藝降低高酸渣含硫

常壓富氧直接浸出工藝流程圖如圖1所示。

圖1 鋅精礦直浸工藝流程

通過對高酸渣和硫渣的物相分析，高酸渣中以硫化物形式存在的硫量為8.6%，硫渣中以硫化物形式存在的硫量為9.4%，如將浸出進行強化，降低硫化物含量，生產單質硫，將有利于降低高酸渣含硫。

2011年通過采取加強球磨，減少無效流量進浸出，提高浸出酸度等措施進行浸出強化，其強化前8個月和后8月，高酸渣和硫渣中浸出強化前后，月均渣中總的含鋅和含硫變化情況見表4。

表4 浸出強化前后浸出渣數據結果

表4中數據根據高酸渣和硫渣中的總Zn、S、Fe、Pb量，再除以高酸渣和硫渣的總的渣量，反推出總的渣含Zn、S、Fe、Pb。從表中可以看出，浸出強化后，浸出率提高，含單質S提高5.8%，這是由于硫化物轉化為單質硫，鐵鋅浸出率提高，進入溶液的量增加，渣含鋅鐵降低。結合物相的分析，硫化物浸出率提高，生成單質硫，比原硫化物可浮選性能更好，在硫浮選條件無大的變化情況下，高酸渣含硫從33.4%降低到了25.8%。

2014年以來，繼續對浸出過程進行浸出優化，主要采取的措施是以酸料比為基礎，建立系統體積低位平衡，確保直浸穩定運行。統計數量見表5。

表5 2014年直浸酸料比統計數據

從表5可知，在1～4月份，直浸處理鉛鋅混合礦，原料含鋅低于40%情況下，控制酸料比5.5；而在5～9月份，由于沒有搭配鉛鋅混合礦，僅適用高鉛礦和鋅精礦，則控制酸料比6.4左右；在此基礎上，工藝要求每班廢液加入量不少于1 100m3，同時確保出口反應器酸度30～40g／L，Fe3+／Fe2+比例大于1，這樣既能滿足直浸的金屬量的投入，又能保證浸出效果，防止因為投入波動而影響浸出率，提高單質硫含量。

3 浮選控制工藝的優化

針對硫化鋅精礦經過常壓富氧直接浸出后得到的硫磺S0，采用浮選方式從浸出礦漿中分離，經過一次粗選（1?！?＃槽）、一次掃選（5＃～8＃槽）和兩次精選（10?！?4＃槽）后得到硫精礦。其浮選流程如圖2所示。

圖2 硫浮選工藝流程

影響硫浮選速率的因素較多，主要包括：礦漿的性質（如浸出渣的組成、粒度分布、礦物的可浮性）、浮選環境（藥劑用量、溫度等）和浮選機的特性（氣泡大小、充氣量空氣保有量、攪拌程度、泡沫層厚度及穩定性）

3.1 優化硫浮選工藝風量控制

通過風機將空氣通入到浮選槽中，形成氣泡分散在礦漿中。氣泡大小、數量、分布（時間、空間）對浮選過程的影響極大，不僅影響浮選速率和回收率，而且還影響浮選的選擇性。浮選速率常數K是反映浮選速度和效率的重要參數，其公式如下：

式中：Ec為捕集概率；Jg為表觀充氣速率／m·min-1；db為氣泡直徑／mm。其中Jg為表觀充氣速率，就是氣相排開液相的速度。

在浮選機型號和大小都確定的情況下，風量的調節直接影響到氣泡直徑、表觀充氣速率，從而影響浮選速率，造成浮選品位和回收率的不同。

表6為硫浮選槽不同風量情況下，相關浮選工藝參數的變化情況。從表6中可以看出：隨著風量的增加，氣泡直徑增加，浮選槽中單位礦漿內部氣泡體氣泡量即空氣保有量增加。增加了氣泡表面積及其與礦粒接觸的機會，對浮選有利，可以改善浮選指標。風量減少，氣泡直浸越小，氣泡在礦漿中分布越均勻，礦漿的充氣程度越好，為礦粒附著提供的氣液界面越充分。但風量過小，則會造成在浮選機內部沒有足夠量的氣泡生成，空氣保有量少，使已經疏水的顆粒與氣泡碰撞的幾率和上浮幾率將大幅度下降，導致回收率降低。

表6 浮選槽不同風量和浮選工藝參數之間的數據表

在本研究選取的風量范圍情況下，隨著風量的增加，硫回收率增加；在生產過程中粗選控制在15～20m3／h之間，確保在粗選過程中達到一定的回收率；如將粗選風量繼續加大，粗選回收率提高，則造成掃選的浮選能力空余，而精選壓力增加，造成循環的硫渣量增加，對生產是不利的；掃選風量提高到20～30m3／h之間，盡量減少硫進入高酸渣；精選也提高在20～30m3／h之間，使粗選的精礦在精選過程中，硫盡可能地進入硫渣，減少進入底流循環槽，提高粗選效率。

3.2 優化硫浮選工藝的泡沫厚度控制

在浮選槽中，礦漿液面的高度加上泡沫層厚度就是浮選槽的高度，因此，泡沫層厚度不僅表示了泡沫層厚度信息，還包含了礦漿液面高度信息。

礦漿液面高度變化主要受入礦和出礦礦漿流量的影響，通過調節浮選槽底部閥門可以調節礦漿液面高度，當閥門調節不恰當時，可能會導致礦漿液面波動。礦漿液面過高時會使含有尾礦的礦漿溢流到精選槽，這種情況會嚴重影響精選礦物的品位；礦漿液面低，礦漿停留在浮選槽中的時間減少，礦物粒子和氣體相撞的機率也減小，浮選有效時間縮短，礦物離子浮選不充分，導致回收率下降。泡沫層厚度與回收率和尾礦品位的經驗關系示意圖如圖3所示。

圖3 泡沫層厚度與精礦品位和回收率的關系

對特定的浮選應用，泡沫層厚度存在一個最優化的極值，泡沫層厚度決定氣泡發生坍塌和兼并現象的頻次，開始塌陷時的泡沫層厚度是由氣泡結構來確定。在恒定的充氣量條件下，泡沫層表層流動速度隨著泡沫變厚而降低，但是該速度與泡沫層厚度的關系實際上并不是線性關系。通常，精選為提高精礦品位，控制較低的礦漿液位和較厚的泡沫層；掃選、粗選時，為提高回收率減少礦粒在泡沫層停留，保持較高的礦漿液位和較薄的泡沫層，使浮出礦物能立即被刮出。在硫浮選過程中，泡沫層厚度控制原則是：粗選100～200cm，掃選30～100cm；一級精選100～200cm；二級精選150～200cm。

4 優化后效果

通過上敘浸出工藝優化，建立以酸料比為基礎的系統投料機制，穩定了浸出系統的投入；同時根據硫浮選工藝研究，根據該廠的生產特點，對硫浮選過程硫的回收率和硫精礦品位提高進行綜合考慮，按如下優化條件控制：

1.浮選槽液位控制要求：（1）粗選：2＃槽液位100～200mm，4＃槽液位100～150mm；（2）掃選：6＃槽液位50～100mm，8＃槽液位30～100mm；（3）一級精選：10＃槽液位150～200mm，12＃槽液位50～100mm；（4）二級精選：14＃槽液位150～200mm。

2.風量要求：粗選槽15～20m3／h，掃選20～30m3／h；一級精選20～30m3／h，二級精選20～30m3／h。

高酸渣含硫的的化驗結果見表7。硫浮選優化后，高酸渣含硫從21.14%降至16.93%，下降了4.21%，最低降至了2014年3月份的12.94%，后按照公司統一安排，將高酸渣含硫適當放寬，之后高酸渣含硫有所增加。如果根據工藝要求，確保設備運行正常，高酸渣含硫將穩定控制在16%以下；硫回收率也從69.14%提升到86.8%，回收率提高17%，成效顯著。

5 結束語

通過強化硫化鋅精礦直接浸出過程與優化單質硫浮選工藝，達到降低高酸渣含硫的預定目標，可以降低高酸渣在堆放與送鉛系統處理過程中，“單質硫”帶來的環境和安全風險；其次，硫渣中除含有大量單質硫外，還含有一定數量的貴金屬（如金、銀等），降低高酸渣含硫有利于貴金屬在硫精礦中的富集，更有利于貴金屬的回收。

表7 硫浮選優化前后高酸渣含硫和硫回收率情況

［1］彭容秋.鉛鋅冶金學［M］.北京：科學出版社，2003.

［2］唐庚年，符金開，夏志美，等.鋅精礦直接浸出研究［J］.湖南職業技術學院學報，2007，（3）：88-90.

［3］李若貴.常壓富氧直接浸出煉鋅［J］.中國有色金屬，2009，（3）：12-15.

［4］馮其明，黃海威，歐樂明.鋅浸渣的浮選高硫產品中硫磺與閃鋅礦的分離［J］.金屬礦山，2012，（3）：149-151.

Research on the Control Acid-leaching Residue’s Sulfur Content During the Atmospheric Oxygen-rich Direct-leaching of Zinc Sulphide Concentrate

CHEN Ke-song
（Zhuzhou Smelter Group Co.，Ltd.，Zhuzhou 412004，China）

This article systematically analyzes the process of acid-leaching residue’s sulfur content during the process of atmospheric oxygen-rich direct leaching.The control of acid-leaching residue’s sulfur content is considered mostly by the control of leaching conditions and sulfur floating conditions.And it also propounds some methods of controlling acid-leaching residue’s sulfur content which have some guiding singnificance to the the process of atomospheric oxygen-rich direct leaching of zinc sulfide concentrate.

atmospheric oxygen-rich direct leaching；zinc sulphide concentrate；sulfur flotation；acid-leaching residue

TF111.31

A

1003-5540（2015）01-0040-04

2014-12-26

諶可頌（1981-），男，工程師，主要從事有色冶煉生產技術工作。