提高硫化鋅加壓浸出總浸出率

姜 劍

（深圳市中金嶺南有色金屬股份有限公司丹霞冶煉廠，廣東 韶關 512300）

硫化鋅加壓浸出工藝方法具有流程短、成本低、污染小、回收好等應用優點，在國外金屬冶煉工業領域實現了長足的試驗研究與實踐發展。近年來，隨著我國社會各界對生態環境保護、礦產資源利用的重視程度逐漸加深，硫化鋅加壓浸出工藝逐漸在國內領域中嶄露頭角，受到了冶煉企業、專家學者等業內人員的廣泛關注。在此背景下，我們有必要對硫化鋅加壓浸出總浸出率的提高策略展開探究討論。

1 提高硫化鋅加壓浸出總浸出率的原理條件

1.1 提高硫化鋅加壓浸出總浸出率的技術原理

從原理上講，硫化鋅加壓浸出的基本反應公式為ZnS+H2SO4+1/2O2→ZnSO4+H2O+S。若遵循這一公式開展技術實踐，將很難達到高質、高效的有價金屬回收效果。所以，還需要鐵元素的加入，以促進反應中氧的快速轉移，進而達到提高鋅回收率與有價金屬浸出率的效果。在此背景下，優化后的硫化鋅加壓浸出公式為反應ZnS+Fe2（SO4）3→ZnSO4+2FeSO4+S與2FeSO4+H2SO4+1/2O2→Fe2（SO4）3+H2O反應之和。一般情況下，鋅精礦中含有充足的鐵元素，可滿足上述優化工藝的實踐需求。在硫化鋅加壓浸出的過程當中，還需要對參與反應的鐵元素進行充分去除，以達到更加理想的浸出質量。此時，基于鋅精礦中鐵元素可溶于酸的性質特點，可對浸出液的酸度進行控制調整，從而在水解反應下實現鐵在溶液中的充分去除。其公式原理如下：

①Fe2（SO4）3+（X+3）H2O→Fe2O3XH2O+3H2SO4；

②Fe2（SO4）3+2H2O→2FeOHSO4+H2SO4；

③3Fe2（SO4）3+14H2O→2H3OFe3（SO4）2（OH）6+5H2SO4；

④PbSO4+3Fe（2SO4）3+12H2O→PbFe（6SO4）（4OH）12+6H2SO4[1]。

1.2 提高硫化鋅加壓浸出總浸出率的技術條件

在硫化鋅加壓浸出的技術實踐中，相關人員應備齊以下設施條件。

第一，反應器。反應器應滿足高溫、高壓、強酸等特殊環境下的工作需求，外殼宜采用碳鋼搪鉛材質，并在內部襯有耐酸磚結構。在此基礎上，為了提高耐酸磚的抗氧化、抗酸蝕、耐高壓、長壽性等性能水平，應對磚體砌筑用的膠泥質量進行嚴格控制。

第二，攪拌裝置。攪拌裝置主要用于鋅精礦、硫酸、氧氣等工藝介質的充分混合，其設備結構中應配備有鈦材質的雙層攪拌槳葉、高強度的機械密封構件以及冷卻水套夾。這樣一來，一方面有助于保證攪拌工藝的運行質量，為硫化鋅加壓浸出中總浸出率的提高夯實基礎。另一方面，也有助于保證冷卻水的循環質量，從而使酸性物質反應產生的熱量充分攜帶出去，避免攪拌裝置在高溫狀態下發生壽命損耗。

第三，閃蒸槽。閃蒸槽主要用于混合礦漿的降壓、降溫處理，以便滿足后續工藝環節的運行需求。為了避免槽體被礦漿所腐蝕，也應在904l不銹鋼材質外殼的基礎上，用玻璃鋼加耐酸磚對閃蒸槽進行內襯加護處理。

第四，調節槽。調節槽主要用讓礦漿進一步降壓、降溫，硫元素的冷卻穩定。

第五，濃密池。濃密池主要通過重力沉降作用，實現礦漿的固液分離。

第六，物料輸送系統。物料輸送系統以加壓泵、離心泵兩種泵機設備為動力核心，前者主要用于礦漿的輸送，后者主要用于電解液、混合溶液的輸送。

1.3 提高硫化鋅加壓浸出總浸出率的關鍵因素

第一，溫度。當反應溫度變高時，硫化鋅加壓浸出的速度也會有所增加。實踐表明，浸出溫度由130℃升至150℃時，鋅精礦中有價金屬的浸出率將明顯升高。但需要注意的是，反應溫度在變高的同時，溶液內氧氣的溶解度將呈現負變化，繼而導致氣相中氧分壓的降低。相關研究顯示，熔融后單質硫在153℃溫度條件下的黏度最小，若反應溫度超過153℃，不僅會造成硫粘度的增大，還會大幅提升單質硫向硫酸根的轉化速率。所以，為了提高硫化鋅加壓浸出的總浸出率，應將反應溫度控制在145℃～155℃的區間內。

第二，氧分壓。一般情況下，硫化鋅加壓浸出過程中氧分壓與反應速度會呈現出同步增長的趨勢。所以，實現氧分壓的提升，即可達到提高有價金屬浸出率的效果。但有學界研究顯示，當氧分壓升至580kPa這一較高水平時，若再進行氧分壓的提升，將無法獲得較顯著的浸出率提高效果。而在150℃的溫度條件下，水的飽和蒸汽壓約為400kPa。所以，為了提高硫化鋅加壓浸出的總浸出率，宜將反應過程的氧分壓控制在1100kPa～1200kPa的區間內。

第三，精礦粒度。從本質上講，浸出反應是發生于礦粒表面的多相反應。所以，礦粒的粒度越細，其浸出反應的整體效果也就越好?；诖耍谔岣吡蚧\加壓浸出總浸出率的工藝實踐中，可將精礦粒度控制在44μm以下。

第四，添加劑的影響。若反應溫度超過119℃，精礦表面將會形成硫膜結構，進而對精礦與反應介質之間的接觸產生阻礙作用。而通過應用添加劑，可有效干預硫膜結構的生成，從而實現鋅浸出率的提高?，F階段，業內常用的添加劑為木質磺酸鹽，其分子中的多基團、多磺酸根在分布結構上呈網狀。當其吸附在精礦、硫的表面時，仍會有極性基團伸向溶液，進而表現出很強的親水性。這樣一來，便能實現精礦外部硫膜結構的充分破壞，實現浸出反應質量與速率的提升。但需要注意的是，添加劑應以精礦干量的0.1%～0.25%加入。若加入量過少，則無法實現精礦與硫的成功分離；若加入量過多，將會對二段底流的浮選產生負面影響[2，3]。

圖1 硫化鋅加壓浸出的技術流程

2 提高硫化鋅加壓浸出總浸出率的技術方案

在硫化鋅加壓浸出的實踐中，鋅精礦中需要浸出回收的金屬成分主要有三類，即主金屬、重金屬以及稀散金屬。其中，鋅精礦的主金屬必然為鋅，重金屬一般有銀、鉛等，稀散金屬有銦、鎵、鍺等。為了提高上述金屬成分的總浸出率，設計出了如圖1所示的技術流程。在此流程中，各環節實施的工藝指標如下。

（1）高壓釜：一段溫度為102℃～113℃，二段溫度為140℃～155℃；一段壓力250kPa～450kPa，二段壓力為1000kPa～1250kPa；一段浸出終酸濃度為11g/L～20g/L，二段浸出終酸濃度為65g/L～90g/L；一段酸鋅摩爾比為0.67～0.72，二段酸鋅摩爾比為1.8～2.0；一段添加劑用量為0.8kg/t～1.2kg/t精礦，二段添加劑用量為3.2kg/t～4.0kg/t·二段礦漿干量。

（2）閃蒸槽：運行溫度為115℃～120℃，運行壓力為30kPa～100kPa。

（3）調節槽：運行溫度應小于105℃。

（4）濃密池：一段底流密度為1.85g/cm3～1.9g/cm3,二段底流密度為1.75g/cm3～1.8g/cm3。

（5）ZPL溶液：溶液材料為三價鐵，濃度低于500mg/L。

（6）絮凝劑：濃度為1g/L～2g/L,一段流量為500（250～850）L/h，二段流量為250（170～550）L/h。

（7）廢酸：濃度為160g/L～200g/L。

（8）礦漿：一段濃度為65%～70%，一段粒度為D97＜40μm；二段濃度為30%～40%，二段粒度為D97＜25μm。

（9）氧氣：純度超過98%。

3 提高硫化鋅加壓浸出總浸出率的成效優勢

通過工藝實踐發現，基于上述技術方案進行硫化鋅中有價金屬成分的加壓浸出，可表現出以下成效優勢。

第一，由于全程采取高壓、高溫、高酸的加壓浸出反應方式，并未在方案中加入傳統的鋅精礦焙燒環節，所以在很大程度上避免了鍺、銦、鋅等金屬隨鐵酸鋅流失的情況。這樣一來，可顯著提高總浸出率，達到鋅浸出率超過97%、稀散金屬浸出率超過90%、鉛銀金屬系統回收的理想效果。

第二，在高酸環境中，鋅精礦中的鐵元素可在浸出同時得到浸出。通過這樣的技術方式，實現了鋅金屬浸出與鐵金屬浸出在同一反應器中完成，可達到降低投入成本、提高生產效率的目的。

第三，以鋅焙砂為中和劑，對含有稀散金屬的鋅精礦漿液進行中和處理，可實現稀散金屬的富集沉淀。實踐表明，中和渣中稀散金屬的富集率高達60%以上。

第四，硫化鋅加壓浸出技術無需設置專門的制酸系統，故而不會涉及到廢氣、廢水等環境污染問題。在浸出完成后，可同時獲得鋅、鐵、鉛、銀、鍺、銦等多種金屬物質。所以，可將此技術視為一種高質、高效、環保的濕法冶煉技術。

4 結論

總而言之，將硫化鋅加壓浸出技術運用到冶煉工業的生產實踐當中，可達到清潔化、便捷化、高效率、高質量的金屬元素回收效果。在此基礎上，通過在反應中加入可溶性鐵元素，并做好反應溫度、反應壓力、反應酸度等方面的科學控制，可顯著提高硫化鋅精礦加壓浸出中各類金屬物質的總浸出率，從而提升礦產資源的利用率，為冶煉企業生產效益與行業競爭力的強化提供有力支持。