碳酸鋅礦浸出工藝探究

江少杰，曹建成，王 智

（安徽銅冠有色金屬（池州）有限責任公司，安徽 池州 247100）

安徽某鋅生產企業在利用次氧化鋅生產電鋅的過程中，采購了一批性質不明的碳酸鋅原生礦，準備加入到主生產系統中使用。為了確保生產系統正常生產，特對該批原料進行了性質探索和生產適應性試驗。

1 礦樣性質

1.1 原料基本成分

按照取樣規范，取縮分后的碳酸鋅礦探樣5 kg，用制樣機磨碎，送樣化驗，結果如表1所示。

表1 碳酸鋅礦化驗結果

結果表明，礦樣主要金屬雜質含量較次氧化鋅高，但都在凈液處理范圍之內，而氟、氯、砷、銻含量較低，可緩解次氧化鋅生產電鋅過程中的氟、氯、砷、銻的凈化脫除問題。

1.2 渣率測算

稱取礦粉150 g，用180 g/L 稀硫酸浸出，控制反應溫度80 ～90℃，終點pH 值～1.0，過濾后濾渣用熱水沖洗2 次，烘干22.2 g，渣率14.8%。

1.3 模擬浸出

1.3.1 酸性浸出

稱取礦粉150 g，用適量150 g/L 稀硫酸漿化均勻，繼續加稀酸調節pH 值，保持pH 小于2.0，終點pH為2.0，耗酸560 mL，過濾取樣分析，結果如表2所示。

表2 浸出液化驗結果

1.3.2 中性浸出

量取160 g/L 稀硫酸1 800 mL，加入錳礦粉5 g，緩慢加入碳酸鋅礦粉，調節pH 使其保持在2.0 ～2.5，用礦435 g，加次氧化鋅15 g，調pH 至5.0，反應1 h，過濾取樣分析，結果如表3所示。

表3 浸出液化驗結果

結果表明，浸出過程中會有大量氣體產生，大量使用可能存在二氧化碳聚積風險，需精確控制碳酸鋅和稀酸加料速度；浸出液雜質含量符合預期，與次氧化鋅系統差異較大，批量投料需對凈化系統做適當工藝調整。

2 浸出條件探索

碳酸鋅礦含鉛較低，為提高浸出渣品位，可將鐵渣與鉛渣分離，使用高酸浸出-沉礬除鐵工藝，既能提高浸出率，又能將鐵渣分離單獨處理[1-2]。

2.1 浸出方案1

浸出方案1 流程如圖1所示。碳酸鋅礦主要從預中和加入，預上清經沉礬后，用次氧化鋅調節pH 做中浸，優點是一次浸出充分，濃密機底流壓力小，缺點是沉礬流量大，增加蒸汽消耗。

圖1 浸出方案1

（1）配制180 g/L 稀硫酸2 L，加入錳礦粉2.5 g，緩慢加入碳酸鋅礦粉600 g，漿化均勻，緩慢滴加濃硫酸，保持pH 在2.5，反應2 h，耗濃硫酸約24 mL，終點pH 為2.5 ～3.0；（2）靜置澄清，倒出上層清液，底流滴加濃硫酸，保持pH 在0.5，控制溫度在85℃，反應2 h，耗濃硫酸約28 mL，終點pH 為0.5 ～1.0；（3）抽濾，濾渣烘干后稱重154.3 g，取樣化驗；（4）濾液返步驟（2）清液，用氧化鋅調節pH，使其保持在1.5 ～2.0，耗ZnO 約8 g，取樣化驗，Zn 為139.33 g/L；（5）將上述溶液加熱，溫度保持在90 ～95℃，加入碳酸氫鈉1 g，碳酸氫銨3 g，反應5 h，溶液變黃色，取樣化驗；（6）抽濾，濾渣烘干取樣化驗，濾液用氧化鋅調節pH ～5.0，耗ZnO約7 g，取樣化驗，結果如表4、表5所示。

表4 浸出方案1 化驗結果（一）

表5 浸出方案1 化驗結果（二）

2.2 浸出方案2

浸出方案2 流程如圖2所示。碳酸鋅礦主要從中浸加入，底流經預中和二次浸出，經沉礬后，用次氧化鋅調節中浸終點pH 值，優點是投料量大，反應相對分散，缺點是浸出液直接到凈化工序，雜質不易 控制。

圖2 浸出方案2

（1）取180 g/L 稀硫酸1.7 L，緩慢加入碳酸鋅礦500 g，漿化均勻，反應2 h，終點pH ～5.0； （2）靜置澄清，倒出上層液體，底流加入180 g/L 稀硫酸300 mL，緩慢滴加濃硫酸，保持pH 在1.5 ～2.0，反應2 h，終點pH 為2.0，耗濃硫酸約12 mL； （3）繼續滴加濃硫酸，控制pH 在0.5 ～1.0，并保持溫度≥85 ℃，反應1 h，耗濃硫酸約7 mL； （4）抽濾，濾渣烘干后稱重124.7 g，取樣化驗；濾液加入錳礦粉2.5 g，用氧化鋅調節pH 至2.0，耗ZnO 約10 g；（5）加熱，使溫度保持在90 ～95℃，加入碳酸氫鈉0.5 g，碳酸氫銨1.5 g，反應5 h，抽濾，濾渣烘干，取樣化驗；（6）將步驟2 液體加熱至95℃，保溫1 h，溶液變清，并出現懸浮沉淀，抽濾得凍狀濾渣，取樣化驗；（7）將步驟（5）、步驟（6）濾液混合，用氧化鋅調節pH ～5.0，耗ZnO 約4 g，取樣化驗，結果如表6、表7所示。

表6 浸出方案2 化驗結果（一）

表7 浸出方案2 化驗結果（二）

結果表明，碳酸鋅礦含硅量較高，影響沉淀效果，實際生產中可能對濃密機及壓濾機造成壓力；試驗中抽濾渣未進行水洗，各渣樣含鋅較高，但分析結果顯示渣含鋅基本都是水溶鋅，從性質試驗中可以認為實際生產中的濾渣含鋅為15%左右；浸出液含Cd 較高，會給凈化及鎘回收工段處理能力造成壓力，但是在能夠處理的范圍內，可以增加副產品效益；浸出渣不進行水洗時的渣率約25%，水洗后約為15%，渣含Zn約為8%，渣含Pb 約為8%，Ca、Si 含量高。

3 浸出上清液凈化電解

各取300 mL 浸出中上清液，化驗結果如表8所示。

表8 浸出中上清液化驗結果

模擬實際生產過程，將溶液加熱到60 ～65℃，加入鋅粉0.6 g（2 g/L），反應20 min 后抽濾；過濾后液維持在60 ～65℃，均加入0.45 g（1.5 g/L）鋅粉，反應20 min 后抽濾；得到的液體繼續加熱，使溫度保持在90 ～93℃，加入濃度1 g/L 銻鹽溶液1 mL，加入鋅粉0.9 g（3 g/L），反應60 min 后抽濾；取樣化驗，結果如表9所示。

表9 抽濾液化驗結果

將凈化后的溶液調整酸度80 g/L，加兩滴骨膠，電流2 A（I=300 A/m2），在電解分析儀上模擬電解鋅生產。通電電解24 h，析出鋅片表面比較平整致密，無燒板現象。

4 結論

碳酸鋅礦可以適量使用，碳酸鋅礦原樣為塊狀固體，投料前需進行破碎或球磨，浸出投料粒度要求至少-80 目；碳酸鋅礦浸出過程中產生大量的二氧化碳氣體，生產中需注意，投料時要做到緩慢均勻；碳酸鋅浸出液主要雜質為Cd、Co、Ni、Ge，其中Cd 含量較高，對凈化過程影響大，顯著增加鋅粉消耗，但鎘回收副產品的效益更可觀；碳酸鋅浸出渣率約15%，終渣含Pb 和Zn 均在8%左右，主要成分為Si、Ca，可返回鉛系統熔煉進一步回收其中的Pb 和Zn；碳酸鋅礦浸出液中含有的可疑雜質少，對電解鋅生產造成不良影響的可能性很小，可減少電解鋅燒板的 發生。