一种用于湿法锌冶炼清洁生产的高效除铁方法

王令明

(长沙有色冶金设计研究院有限公司，湖南长沙 410011)

1 引言

除铁是湿法锌冶炼的重要课题，湿法锌冶炼中焙烧、浸出、净化、电积及熔铸基本相同，唯一区别是采用不同的除铁方法而产生了各种湿法锌冶炼工艺流程［1］。

1.1 常规法

锌精矿经焙烧后，采用中性浸出及低酸浸出，锌浸出率大约70%，渣率约60%，铁都留在浸出渣中，由于浸出渣含锌高，一般采用回转窑挥发回收氧化锌，铁从窑渣除去，窑渣含锌约1% ～2%，含铁约25% ～30%，该法产出铁渣为火法处理的固化渣，重金属离子得到很好的固化，便于渣堆存及销售，但该法存在焦炭或煤能耗大，耐火材料损耗大及低浓度SO2烟气需处理等问题。

1.2 高温高酸法

锌精矿经焙烧后，采用高温高酸浸出，锌浸出率大约96% ～97%，大部分锌被浸出进入溶液，同时大量的铁也被浸出进入溶液，一般浸出溶液含Fe20～30g/l，需对进入浸出溶液中铁进行单独除铁处理以满足净化要求，为此产生了三种除铁方法。

(1)黄钾铁矾法

采用钾盐、钠盐或氨盐将浸出溶液中三价铁离子形成黄钾铁矾渣而除铁，渣率约50%，渣含锌约4% ～6%，含铁约25% ～30%，该法产出钒渣为湿法粘状渣，属危险固废，需放置防渗漏的特殊渣场堆存，对环境有不利影响。

(2)针铁矿法

采用空气或氧气将浸出溶液中二价铁离子氧化成三价铁离子，然后采用石灰石中和，形成针铁矿渣而除铁，渣率约40%，渣含锌约8%，含铁约35% ～40%，该法产出铁渣为湿法石膏渣，需放置防渗漏渣场堆存，表层可以草木复垦，满足环保要求。

(3)赤铁矿法［2］

在高温高压条件下，将浸出溶液中二价铁离子氧化形成赤铁矿渣而除铁，渣率约20%，渣含锌约1%，含铁约50% ～60%，该法产出铁渣为湿法粉状渣，可直接销售水泥厂。

目前唯一采用赤铁矿法除铁工艺的锌厂是日本Iijima冶炼厂，该厂锌精矿经焙烧，采用中性浸出及低酸浸出，中浸上清液即浸出硫酸锌溶液送净化、电积及熔铸产出锌锭，低酸渣经SO2加压浸出，产出浸出渣作为回收Pb、Ag、Cu的原料，浸出上清液经二段石灰石中和后，在高温高压条件下，将浸出溶液中二价铁离子氧化形成赤铁矿渣而除铁。

上述各种湿法锌冶炼除铁工艺可以归纳为二大类:一类是以常规法为代表火法处理浸出渣工艺，该法特点是一种弃渣(含铁)，以火法固化渣排去，弃渣便于堆存及销售，对环保有利，但存在锌浸出率低，需采用回转窑处理浸出渣回收氧化锌，能耗大，低浓度SO2烟气需处理等问题;另一类以高温高酸法为代表湿法处理浸出渣工艺，该法特点是产二种弃渣，一种是浸出底流产出高浸渣，另一种是从上清液中除铁产出铁渣，由于是湿法渣需特殊渣场堆存，对环保不利，但采用高温高酸浸出，锌浸出率高，工艺过程简单。

2 传统赤铁矿法除铁工艺

日本Iijima锌厂于1971年首家建成采用赤铁矿除铁法工厂，生产规模200kt/a电锌，工厂建成一直生产至今已40余年。

赤铁矿除铁法原理是，在高温(200℃)、高压(1.8MPa)条件下，当硫酸浓度不高时，溶液中的Fe3+便会发生水解反应得到赤铁矿(Fe2O3)沉淀［3］。

该工艺流程特点如下:

(1)浸出渣采用SO2还原压力浸出，将SO2压入反应器中，维持压力 152～202KPa，温度 100～110℃，反应式:ZnO·Fe2O3+2H2SO4+SO2→ZnSO4+2 FeSO4+2H2O

(2)采用硫化沉铜，中和沉镓及铟。在H2S除铜之后，溶液分两段用石灰石中和到pH4.5，可产出供销售用的石膏。

(3)高压氧气氧化沉铁。由于铁以FeSO4存在，它在中和时保持在溶液中，通过加热使温度升到180～200℃，在1.32～2.03MPa压力作用下，铁以α-Fe2O3沉出，反应式:

图1是日本Iijima锌厂工艺流程图［4］

图1 日本Iijma锌厂工艺流程图

1979年日本帮助德国鲁尔锌厂(Datteln)建成了世界上第二个赤铁矿法炼锌厂，生产规模135kt/a电锌，由于种种原因，该厂于1993年中止了赤铁矿除铁方法，据报导主要原因为:一是生产成本高，二是系统工程化问题多，如给料、釜内结垢等，该厂于1991年增加了一套锌精矿直接加压氧浸装置，锌精矿氧压浸出产出Pb-Ag渣外售，没有设置锌浸出渣处理设施，该工厂已于1994年停产［5］。

3 高效除铁工艺流程描述

本方法是一种用于湿法锌冶炼清洁生产过程中的高效除铁工艺，铁渣能作为资源综合利用。本高效除铁方法包括下列步骤:

(1)锌精矿经焙烧进入中性浸出，控制温度约60℃，终点pH5.0，中浸上清液即浸出硫酸锌溶液;

(2)将中浸底流进行热酸还原浸出，把以铁酸锌等形式存在的难溶锌在高温高酸下进一步浸出，同时加入过量还原剂硫化锌精矿，把溶液中Fe3+还原成Fe2+，控制温度约90℃，终酸50g/l，底流渣进浓密过滤;

(3)采用氧化锌烟尘对热酸还原浸出上清液进行预中和，控制温度约50℃，终点pH1.5。对预中和上清液采用锌粉置换沉铟，控制温度约60℃，终点pH4.0，富铟渣送铟回收系统。

(4)将沉铟后液泵入反应器，采用中温中压条件进行高效除铁，通入浓度98%以上氧气，控制温度约170～180℃，压力约1000～1200kPa，在中温中压有氧情况下，沉铟后液中铁沉锭进入渣中，除铁后矿浆通过闪蒸槽降温降压后，送除铁浓密机分离，浓密上清液即除铁后液送中性浸出，浓密底流经压滤洗涤为铁渣;

(5)将步骤(1)所述中浸上清液即浸出硫酸锌溶液送净化、电积及熔铸生产锌锭。

本方法与传统的赤铁矿除铁方法相比，具有以下优点:

(1)比较表

表1 比较表

图2 高效除铁法工艺流程图

(2)本高效除铁是在中温中压条件下进行，与传统的高温高压赤铁矿除铁比较，能耗较低;

(3)本高效除铁要求除铁前液含Fe＜25g/l，可得到除铁后液最终含Fe＜2g/l，除铁效率高;

(4)本高效除铁后液含铁低，可直接返回中性浸出，能稳定体系的正常生产工况;

(5)本高效除铁渣含Zn＜1%，锌损失小，锌回收率高;

(6)本高效除铁渣含Fe50～60%，铁渣可直接外售水泥厂或钢铁厂，资源综合利用好;

(7)本高效除铁渣可直接外售，不需渣场堆存，满足日益严格的环保要求;

(8)本高效除铁是在一个密闭的反应器内完成，属湿法锌冶炼清洁生产。

图2是本方法工艺流程图［6］。

4 结语

湿法锌冶炼中的赤铁矿除铁方法目前只有日本Iijima冶炼厂使用，相关资料报道不多，技术保密性强。国内也有工厂做了赤铁矿除铁小型试验研究及半工业试验，取得了预期效果，试验结果表明:稀散金属的回收率有较大提高，铁渣能资源化利用，环保条件好，由于国内大规模锌精矿加压氧浸工厂的建成已达产达标，加压氧浸技术及设备的工程化难题在国内可以解决，国内已具备条件自主研发用于工业生产的高效除铁装置，虽然有很大的挑战性，但对于湿法锌冶炼中铁渣的处理，将是一个发展方向，具有节能降耗，资源再利用，环境友好的优势。

［1］戴江洪.当今锌湿法冶金现状及发展趋势［M］.中国有色冶金，2012(4):27-30.

［2］岳明.锌浸出液三价铁直接水解赤铁矿法除铁的探讨［J］.中国有色冶金，2012(4):80-84.

［3］彭容秋.铅锌冶金学［S］.北京:科学出版社，2003:347-349.

［4］H.Arima，Y.kudo.Autoclave application for zinc leach residue treatment by Akita Zinc Co.Ltd.

［5］E.Ozberk，M.J.Collins，Zinc pressure leaching at Ruhr-Zinc refinery.

［6］傅永良.高铟锌精矿非矾渣提锌铟及除铁新工艺试验研究［J］.中南大学，2009.