从中浸渣中氧压酸浸锌、铁的试验研究

刁微之，和晓才，杨大锦，李小英，徐庆鑫

（昆明冶金研究院，云南 昆明 650031）

湿法炼锌过程中会产生大量浸出渣（中浸渣），而渣中仍含有大量锌及其他有价金属，从浸出渣中回收锌及其他有价金属有重要意义［1－3］。

处理锌浸出渣一般有2种方法：一种是火法，如Waelz法、烟化法，以及Ausmelt法；另一种是湿法，即热酸浸出法，根据热酸浸出液除铁方法的不同，又有黄钾铁矾法、针铁矿法和赤铁矿法等［4－9］。火法处理能耗高，温室气体排放量大，对环境有污染。而高温高酸浸出—铁矾除铁法试剂耗量大，铁矾渣不易堆存，对环境易造成污染；除铁时需要高温，对设备要求高，工艺复杂［10－11］。因此开发了一种新型、环保、节能的锌浸出渣处理工艺——氧压浸出工艺，将高温高酸浸出和针铁矿法或赤铁矿法除铁结合在一起，明显降低了铁浸出率，改善了渣的过滤性能，有效提高了设备处理能力，而且工艺简单，环保安全，三废产出少。

1 试验部分

1.1 试验原料

试验所用物料为云南某湿法炼锌厂的中浸渣，其化学组成见表1。

表1 湿法炼锌中浸渣中各成分的质量分数 %

中浸渣中的锌主要以硅酸锌（Zn2SiO4）、硫化锌（ZnS）和铁酸锌（ZnFe2O4）形式存在；钙以CaSO4·0.5H2O为主，部分为CaSO4·2H2O；铅以硫酸铅（PbSO4）为主；铁以FeS为主；脉石为石英。中浸渣粒度为－200目占75.6%。

1.2 反应机制

在加压釜中，中浸渣表面的硫酸锌溶解进入溶液，沸腾焙烧时未反应的和中性浸出时未能浸出的硅酸锌、硫化锌和铁酸锌与硫酸反应后也溶解进入溶液；Fe2＋或氧化形成的Fe3＋发生水解形成不溶化合物留在渣中，与主要元素锌分离［12］。锌的氧压浸出与除铁反应如下：

根据公式

2 试验结果与讨论

2.1 氧压对锌、铁浸出率的影响

试验条件：中浸渣质量150g，液固体积质量比3∶1，浸出温度（150±5）℃，浸出时间120 min，搅拌转速750r／min，硫酸质量浓度90g／L，木质素磺酸钠用量为中浸渣质量的0.2%。氧压对锌、铁浸出率的影响试验结果如图1所示。

图1 氧压对锌、铁浸出率的影响

从图1看出：氧压对锌浸出率影响不大，这可能是硫化锌被包裹、不易与硫酸充分接触所致；氧压对铁浸出率的影响也不大，但总体呈上升趋势。综合考虑，确定适宜的氧压为0.8MPa。中浸渣氧压浸出后，浸出渣的过滤性能得到明显改善，这是由于其中胶体二氧化硅得到转化，形成易于过滤的晶态二氧化硅。

2.2 硫酸质量浓度对锌、铁浸出率的影响

试验条件：中浸渣质量150g，中浸渣粒度－320目占90%，液固体积质量比3∶1，浸出温度（150±5）℃，氧气压力0.8MPa，浸出时间120 min，木质素磺酸钠用量为中浸渣质量的0.2%。硫酸质量浓度对锌、铁浸出率的影响如图2所示。

图2 硫酸质量浓度对锌、铁浸出率的影响

从图2看出：随硫酸质量浓度增大，锌、铁浸出率增大；硫酸初始质量浓度为150g／L时，锌浸出率接近98%，铁浸出率为60%左右，且铁浸出率随酸度降低呈下降趋势。综合考虑，确定适宜的初始硫酸质量浓度为140～150g／L。

2.3 中浸渣粒度对锌、铁浸出率的影响

试验条件：中浸渣质量150g，液固体积质量比3∶1，浸出温度（150±5）℃，氧气压力0.8 MPa，浸出时间120min，搅拌转速750r／min，硫酸质量浓度150g／L，木质素磺酸钠用量为中浸渣质量的0.2%。中浸渣粒度对锌、铁浸出率的影响试验结果如图3所示。

图3 中浸渣粒度对锌、铁浸出率的影响

从图3看出：中浸渣粒度越细，锌浸出率越高；未破碎时铁浸出率最高，为72.34%；粒度为－200目占98%时，铁浸出率最低，为30%。这是由于中浸渣中ZnS的氧化消耗了部分酸造成酸度降低，使铁被氧化形成针铁矿或赤铁矿沉淀所致；随中浸渣粒度减小，渣与酸的接触更充分，锌、铁浸出率均有所增大。随反应的进行，铁浸出率和酸度应该进一步降低，但相反却都有所增大，这是因为浸出过程中形成的元素硫被氧化所致。综合考虑，中浸渣粒度以－320目占98%比较适宜。

2.4 温度对锌、铁浸出率的影响

试验条件：中浸渣质量150g，粒度－320目占98%，液固体积质量比3∶1，浸出时间120 min，硫酸质量浓度150g／L，木质素磺酸钠用量为中浸渣质量的0.2%。温度对锌、铁浸出率的影响如图4所示。可以看出：随温度升高，锌浸出率持续升高，而铁浸出率先升高后降低。温度升高有利于铁以针铁矿或赤铁矿形式沉淀，同时温度高于140℃时，浸出渣的过滤性能得到明显改善。综合考虑，确定浸出温度为150℃左右。

图4 温度对锌、铁浸出率的影响

2.5 浸出时间对锌、铁浸出率的影响

试验条件：中浸渣质量150g，中浸渣粒度为－320目占98%，液固体积质量比3∶1，浸出温度（150±5）℃，氧气压力0.8MPa，硫酸质量浓度150g／L，搅拌转速750r／min，木质素磺酸钠用量为中浸渣质量的0.2%。浸出时间对锌、铁浸出率的影响试验结果如图5所示。

图5 浸出时间对锌、铁浸出率的影响

从图5看出，时间对锌浸出率影响较大：浸出40～80min时，锌浸出率升高很快，因为此时原料中锌较多，能够迅速反应，而浸出80min后，锌基本反应完全，浸出率变化不大；铁浸出率在浸出60min后趋于稳定。综合考虑，确定适宜的浸出时间为80～90min。

2.6 木质素磺酸钠加入量对锌、铁浸出率的影响

试验条件：中浸渣质量150g，中浸渣粒度为－320目占98%，浸出温度（150±5）℃，硫酸质量浓度150g／L，氧气压力0.8MPa，浸出时间90 min，液固体积质量比3∶1。木质素磺酸钠加入量对锌、铁浸出率的影响试验结果如图6所示。可以看出，木质素磺酸钠对锌的浸出影响很明显：随木质素磺酸钠用量增加，锌浸出率增大，但终酸质量浓度及铁浸出率也明显增大。木质素磺酸钠主要起分散元素硫的作用，但也会使元素硫的氧化程度增大，终点游离酸质量浓度增大，从而造成铁浸出率增大。要保证锌的浸出率，需要控制适宜的木质素磺酸钠用量。试验确定木质素磺酸钠用量为中浸渣质量的0.15%。

图6 木质素加入量对锌、铁浸出率的影响

2.7 液固体积质量比对锌、铁浸出率的影响

试验条件：中浸渣质量200g，中浸渣粒度－320目占98%，浸出温度（150±5）℃，氧气压力0.8MPa，硫酸质量浓度150g／L，浸出时间90 min，搅拌转速750r／min，木质素磺酸钠用量为中浸渣质量的0.2%。液固体积质量比对锌、铁浸出率的影响试验结果如图7所示。

图7 液固体积质量比对锌、铁浸出率的影响

从图7看出：随液固体积质量比增大，锌与铁的浸出率都明显升高；液固体积质量比为3∶1时，锌与铁的浸出率都达最大，分别为98.5%与60%；继续增大液固体积质量比，锌、铁浸出率都变化不大。随液固体积质量比降低，终酸质量浓度降低，锌、铁浸出率均降低，渣率则升高。所以，液固体积质量比不能太低，以3∶1比较适宜。

2.8 综合试验

根据条件试验确定的最佳条件进行3次综合试验，结果锌浸出率变化不大，均保持在95%以上；铁浸出率为60%～65%，终酸质量浓度较高，导致铁浸出率较高；溶液中的铅以硫酸铅形式进入浸出渣中，浸出液中铜质量浓度仅160～165 mg／L，没有回收价值。

3 结论

采用氧压酸浸法从湿法炼锌中浸渣中浸出锌和铁是可行的。在液固体积质量比3∶1、始酸质量浓度140～150g／L、浸出温度（150±5）℃、氧气压力0.8MPa、木质素磺酸钠用量为中浸渣质量的0.15%的最佳条件下，锌浸出率达98%，而铁浸出率为60.87%。控制浸出液终酸质量浓度可以有效抑制铁的浸出。温度升高有利于铁以针铁矿或赤铁矿形式沉淀，同时也有利于浸出液过滤。

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