單段加壓浸出的可行性討論

劉 寶，宋亞利

（四川會理鑫沙鋅業有限責任公司，四川 涼山 615105）

1 鋅精礦冶煉技術現狀

鋅精礦的處理分為火法和濕法兩大類。火法煉鋅分為平罐、豎罐、密閉鼓風爐、電爐等幾大類。平罐煉鋅已被淘汰。濕法煉鋅是當前比較環保的冶煉方法，可分為傳統濕法浸出、加壓浸出和富氧浸出三大類。

1.1 傳統濕法煉鋅技術

傳統濕法操作工藝主要為“沸騰焙燒→浸出→液體凈化→鋅電積”。但是產出的浸出渣含鋅較高，必須對浸出渣再次進行處理才能保證鋅回收率。根據中性浸出渣處理方法的不同，一般采用：一、回轉窯、煙化爐揮發法；二、熱酸浸出—黃鉀鐵釩法或針鐵礦法。

常規浸出法即采用回轉窯或煙化爐還原揮發生產氧化鋅，氧化鋅經堿洗、酸浸后返回中性浸出工序。該技術較為簡單，易于操作，鋅總回收率92%～95%，渣含鋅可降至1.6%左右。

熱酸浸出—黃鉀鐵釩法即為將中性浸出渣在85℃～95℃下浸出，控制合理終酸，能使鋅的浸出率達到97%以上，經處理后溶液鐵含量可降低到2g/L以下。

熱酸浸出—針鐵礦法與黃鉀鐵礬法相比，該法渣量較少，渣含鐵高，便于回收利用，渣含鋅低損失較小。但該法較難控制，不容易掌握，工廠應用較少。

1.2 鋅精礦常壓富氧浸出技術

在高溫、常壓、通入氧氣的條件下,將礦漿及廢液打入立式攪拌反應器內，連續的浸出硫化鋅精礦，鐵作為反應中的催化劑，最終生成ZnSO4溶液及元素硫，該技術浸出率高，渣量少，且可直接處理鋅浸出渣，解決了火法的污染問題。但其缺點在于：反應時間較長16h～24h；反應容器較大；漿化設備較多。

1.3 鋅精礦加壓浸出技術

與傳統濕法煉鋅工藝和富氧浸出相比，加壓浸出具有很多優勢：①硫化鋅精礦直接加壓浸出工藝中，渣含鋅小于3%；通過浮選及熔硫過濾后能得到高品位的硫磺，硫磺產率可達75%以上。②硫化鋅精礦直接加壓浸出可處理低品位的高鐵ZnS精礦；在生產中還可以與焙燒工序相結合提高產能。③硫化鋅精礦直接加壓浸出最主要的優點是能回收硫化鋅精礦中的硫，不用加入硫酸制備系統，因此該工藝沒有二氧化硫氣體的產生，對環境沒有污染。④硫化鋅精礦直接加壓浸出的原料中的硫以硫磺的形式回收，方便運輸與儲存，且硫磺價格高于硫酸的售價。⑤硫化鋅精礦直接加壓浸出的核心設備制作要求比較高，現場操作的自動化程度高，主要反應過程都在加壓釜中進行，工人的工作條件好，生產環境得到很大的改善。

目前，加壓釜、加壓泵等設備已實現國產化，ZnS精礦的加壓浸出工藝已發展成為國內電鋅生產的主流工藝，但大多數冶煉廠采用的多是兩段工藝。本文將嘗試對單段加壓浸出的可行性進行討論。

2 試驗原理

在高溫、高壓、通入氧氣和加入添加劑的條件下，利用硫酸選擇性浸出高鐵硫化鋅精礦中的鋅的性質，使鋅精礦在硫酸介質中反應，最后鋅以硫酸鋅的形態進入溶液，而硫被氧化以元素硫的形態進入渣中，主要反應是：2ZnS+2H2SO4+O2=2ZnSO4+2H2O+2S0；在有鐵離子存在的條件下，鋅的浸出率大大提高，鐵作為氧傳遞的媒介。反應如下：ZnS+Fe2(SO4)3→ZnSO4+2FeSO4+S0；2FeS O4+H2SO4+0.5O2→Fe2(SO4)3+H2O。

反應過程中隨著溶液酸度的降低，硫酸鐵便水解沉淀或是與(H3O)+、Pb2+、K+等離子結合生成鐵礬而進入浸出渣：

在設定的浸出溫度下，絕大多數的硫化物中的硫轉化為單質硫。黃鐵礦的硫較容易被氧化成硫酸根。添加劑在鋅精礦加壓浸出過程中非常重要。當不加入添加劑時熔融的硫易包裹硫化礦物表面，阻礙反應的進一步進行，因此添加劑對浸出的反應過程及元素硫的生成是很關鍵的。實驗選用木質磺酸鈣作為添加劑。

表1 試驗用ZnS精礦鋅精礦進行了水篩粒度分析

2.1 鋅精礦主要元素分析結果

Zn 45.43；Fe 13.15；Cu 0.41；S 34.20;As 0.024；SiO20.85；Pb0.35；Cd 0.17。

2.2 粒度分析

鋅精礦加壓浸出過程中精礦粒度是影響浸出結果的重要因素之一，考慮到精礦粒度較粗無法滿足實驗要求，對表1鋅精礦進行了1.5小時的濕式再磨后作為實驗原料，細磨后：+200～-300目占1.00%；小于-300目占99.00%。

2.3 主要元素物相分析

為確定鋅、鐵、硫在精礦中的存在形態，對鋅精礦中的鋅、鐵、硫進行了化學物相分析，分析結果：鋅主要以ZnS形式存在，其它礦物含鋅較少；硫主要以硫化物形態存在；鐵95%以上以硫化物形式存在，2.51%以硅酸鹽形式存在，其它形式鐵較少。

3 試驗研究方法

本次試驗使用成熟的兩端加壓浸出的溫度、釜壓、木質素加入量的參數，主要考察單段加壓浸出中酸鋅摩爾比與浸出時間的影響，小型試驗在GSA型2L立式襯鈦加壓釜中進行。將鋅精礦、添加劑、廢液等按一定比例混合放入釜中，密閉，攪拌，升溫。為防止升溫過程中發生設備的腐蝕，實驗開始就通入一定量的氧氣。當溫度達到實驗要求時，將釜壓調整至試驗值，并開始計時。試驗過程中嚴格控制反應的溫度和壓力，溫度偏差控制在±3℃，總壓偏差控制在±0.1mpa。反應結束后，通冷卻水進行冷卻、降壓，物料經固液分離后，對液體及渣進行稱量，并進行分析。

4 主要試劑

廢液：含鋅45g/L～60g/L；含酸145g/L～160g/L；氧氣：瓶裝，工業純。

5 試驗結果與討論

試驗中進行了單段加壓浸出試驗研究，與兩段逆流相比，單段浸出具有流程簡單，使用設備少，能耗低等優點。試驗主要條件為：精礦：100g；液固比：4～5/1；釜壓：1.0mpa；反應溫度：150℃；木質素；0.3%；反應時間：1.5h；攪拌轉速：550r/min。

表2 單段加壓浸出探索試驗條件及結果

由表2可以看出，采用單段加壓浸出，鋅浸出率可達到97%以上，渣含鋅低于3%。但終酸和溶液含鐵均較高，在酸鋅比1.1時，溶液中鐵含量約為3g/L～5g/L，終酸為15g/L～20g/L。

6 結論

推薦單段浸出綜合條件為：液固比：4～5/1；酸鋅摩爾比：1.1/1；釜壓：1.1mpa；溫度：150±5℃；木質素：0.3%；反應時間：1.5h～2h；在綜合條件下，鋅的浸出率可達到97%以上，溶液中鋅含量可達到150g/L以上，鐵含量在3g/L～5g/L，硫酸為15g/L～20g/L。采用單段加壓浸出，可減少設備的配置量，簡化工藝流程，便于操作，易于實現系統平衡，且國內外鋅精礦加壓企業在試車期間也是采用單段流程對系統進行填充。但單段加壓浸出也存在終酸和溶液中鐵含量偏高的問題，后續中和及除鐵壓力較大。但是對單段加壓浸出進行合理的控制可以提高產量，但是對操控要求較高，并且需要對實驗數據進行合理放大。

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