兩段高溫氧壓浸出煉鋅過程中針鐵礦法除鐵工藝研究

廖園園

（西部礦業股份有限公司鋅業分公司，青海 西寧 810000）

1 浸出液凈化除鐵工藝

硫化鋅精礦含鐵量一般在5%～12%，文章以某廠作為研究對象，表1為其使用硫化鋅精礦主要成分，從表1中可以看出其鋅精礦平均含鐵為11%，在鋅精礦經過兩段高溫氧壓浸出后，水溶液含鐵量相對較高，氧浸液中鐵主要以二價、三價鐵為主。電積過程中鐵是消耗電能，造成電積燒板的雜質元素之一，如何降低鐵含量，減少鐵對電積的影響是濕法煉鋅工藝最重要的工序。

表1 鋅精礦配礦化學成分（質量分數）/%

浸出液除鐵方法主要有：黃鉀鐵礬法、針鐵礦法、赤鐵礦法及微生物除鐵等方法，經過反復試驗論證，該廠采用針鐵礦工藝進行除鐵，除鐵后液鐵指標可控制至10 mg/L以下。該指標能滿足電解系統3.2 m2大極板的生產需求，現將相關工藝介紹如下。

1.1 濕法冶煉過程

1.1.1 氧壓浸出的原理

氧壓浸出的工藝流程是將球磨后的礦漿及廢電解液加入壓力釜，通入氧氣，溫度145～155 ℃，氧氣壓力1 000～1 100 kPa，反應時間l h，硫化鋅中硫元素被氧化成元素硫，鋅元素成為硫酸鋅溶液。鋅的浸出率可達到98%以上。將氧壓釜浸出后的礦漿加入閃蒸槽及調節槽內，氧壓釜中生成的元素硫是熔融狀態，礦漿進入閃蒸槽后，控制溫度120 ℃，保持熔融狀態的硫。從閃蒸槽中可回收蒸汽供生產使用，礦漿再進入調節槽冷卻，控制溫度90 ℃，使元素硫冷凝成固態。調節槽冷卻后的礦漿送入濃密機固液分離，濃縮上清液送往凈化、電積生產鋅片，濃密機底流（浸出渣）送硫回收工序浮選硫精礦。

1.1.2 預中和及凈化

經兩段高溫浸出后的硫酸鋅溶液經預中和后，絕大部分三價鐵離子以水解沉淀的方式予以除去，其反應方程式如下：

但二價鐵離子含量仍然很高，其濃度在2～3 g/L，對電解極為有害。為此，鋅冶煉廠采用針鐵礦工藝除氧浸液中的二價鐵離子，在除鐵前需預中和，其目的是為了降低氧浸液中的酸度。為除鐵工藝減少能耗及渣量，中和后液中的二價鐵離子，即在除鐵反應罐中從底部通入氧氣來氧化溶液中的二價鐵，使其轉變為易于固液分離的針鐵礦沉渣，同時，加入中和劑焙砂來中和氧化過程中釋放的酸，其主要反應方程式如下：

兩段高溫氧壓浸出煉鋅除鐵系統由4個串聯的反應槽組成，反應槽有效容積為120 m3，四個反應槽由高到低呈階梯排列，通過溜槽依次連接后形成連續反應機制。預中和后的硫酸鋅溶液由泵送入至除鐵系統的預緩沖槽后，經溜槽自流入1#反應槽開始除鐵，經導流筒溢流出的液體依次進入2#、3#、4#反應槽，除鐵過程中鼓入氧氣和加入中和劑焙砂。4#反應槽溢流出的礦漿經溜槽自流入除鐵濃密機內進行固液分離，其中，在進入濃密機的溜槽處加入配置好的絮凝劑，以提高沉降效果。

2 影響除鐵效果的因素分析

2.1 鐵離子濃度的影響

水溶液中鐵離子包括二價鐵離子和三價鐵離子，其中，三價鐵離子主要在預中和過程中調節pH值后，水解予以除去。根據生產實踐，除鐵前液的總鐵要求低于3 g/L，其中Fe2+低于2 g/L，Fe3+低于2 g/L。三價鐵含量高會在針鐵法除鐵過程造成固液分離困難，由于三價鐵在中性條件下極易水解成Fe(OH)3膠體。

2.2 氧氣用量的影響

二價鐵主要是通過與氧氣充分接觸后來實現氧化過程。因此，要求氧氣一定要均勻穩定送入反應罐中。冶煉廠采用空心攪拌裝置，氧氣通過空心攪拌軸進入反應罐底部，再通過噴頭向四周均勻噴射送入。在日常生產過程中，送入反應罐的氧氣流量至關重要，除氧氣主管道上需加裝質量流量計以外，進入除鐵反應罐的支管處也應加裝質量流量計，以便根據實際情況監控和分配各槽的氧氣用量。

2.3 焙砂質量的影響

根據生產實踐，焙砂質量對除鐵效果和濃密機的懸浮物控制有重要影響。如焙砂的成分達不到相關要求，在增加焙砂用量的同時，也影響除鐵后液的質量。因此，對焙砂的主要成分質量要求如表2所示。

表2 焙砂的主要成分/%

2.4 反應時間

除鐵過程需要一定的反應時間，尤其是除鐵前液的二價鐵離子達到一定濃度時，以便氧化反應進行的更加徹底。冶煉廠采用4個經串聯的有效容積為120 m3的反應罐，正常生產流量控制到130～140 m3/h，反應時間為3.5 h左右。如出現計劃清理槽罐或出現故障被迫停用某一個槽罐時，除鐵系統的液體接收量會受到一定影響而降低接收流量，否則會出現反應時間不足而造成鐵指標超標等系列問題。因此，在初步設計針鐵礦除鐵工藝時，最好多備用一個除鐵反應罐，以滿足周期清理等生產需要。

2.5 溫度的影響

提高溫度，能增大化學反應速度，對提高亞鐵離子的氧化速度過程中有一定作用。但溫度不宜過高，當溫度過高時達到溶液的沸點形成過沸液體，尤其是在高原地帶。因此，依據生產實踐經驗，針鐵礦除鐵工藝中一般控制溫度為75～85 ℃為宜。

2.6 水溶液pH值的影響

水溶液的pH值控制對除鐵過程影響較大，主要是對除鐵前液和除鐵后液都要嚴格控制。除鐵前液pH值太低，Fe3+未能全部水解沉淀，進入針鐵礦除鐵后，快速生成膠體狀氫氧化鐵，影響除鐵濃密機的沉降效果。同時，較低的pH值增加除鐵系統的中和劑用量，導致渣量升高不利于濃密機的沉降效果。反之除鐵前液的pH值太高，不利于針鐵礦的生成。除鐵后液pH值太低，會出現“跑鐵”情況，不利于指標控制。除鐵后液pH值過高，額外增加中和劑的用量，增加生產成本的同時，也不利于下道工序的工藝操作條件控制。如出現除鐵尾槽pH值過高的情況，可適當加入電解廢液來調控pH值至工藝要求范圍內。

綜上所述，在針鐵礦除鐵過程中，一般控制除鐵前液的pH值在3～4，除鐵后液的pH值控制到5.0～5.2為宜。

3 結語

綜上所述，在兩段高溫氧壓浸出工藝過程，針鐵礦工藝除鐵具有良好的除鐵效果，并且可得到易于固液分離的礦漿，能夠滿足生產需求。針鐵礦工藝除鐵效果主要與除鐵前液的鐵濃度、氧氣用量、焙砂質量、反應時間、溶液溫度、溶液pH值控制和攪拌速度有關，在實際生產過程中，需加大上述因素的監控。