硫化锌精矿氧压浸出过程中的沉铁机理

陈龙义

(长沙有色冶金设计研究院有限公司，湖南 长沙 410019)

硫化锌精矿中主要成分是锌和硫，约占精矿总含量的80%，此外，不同的锌精矿含铁量约在5%～15%之间，还含有一定的铅、铜、镉、镍、钴等元素，部分硫化锌精矿还含有一定量高附加值的镓、锗、铟等稀散金属。硫化锌精矿主要元素成分如表1。

表1 硫化锌精矿主要元素成分

从上表中可以直观的看出：在硫化锌精矿中，除主要成分锌和硫外，铁是最主要的元素，以何种方式将铁分离出来是锌冶炼重点考虑的内容之一。

而在锌湿法冶炼过程中，铁的走向决定工艺流程的长短，并直接影响锌的浸出率，是锌冶炼企业工艺选择的重点考虑内容之一[1-4]。

在硫化锌精矿氧压浸出全湿法锌冶炼过程中，通过合理控制高压釜内的温度、酸度、氧分压等条件下进行氧压浸出，可将铁沉淀进入渣中。

1 氧压浸出过程中锌和铁的浸出机理

硫化锌精矿氧压浸出是一种强化浸出工艺，目前硫化锌氧压浸出工艺主要是采用两段逆流加压浸出。硫化锌精矿在一定温度、酸度与氧分压条件下在高压釜内反应，精矿中以硫化物形式存在的硫被氧化为单质硫，进入浸出渣中。在第二段浸出过程中，原料中大部分锌、ZnS·FeS和Fe7S8两种形态存在的铁等金属均能从原矿中溶出，并以可溶性硫酸盐形式进入浸出液，再逆流返回第一段氧压浸出，而黄铁矿（FeS2）和黄铜矿（CuFeS2）只有极少部分能溶解。硫化锌精矿氧压浸出主要化学反应如下：

反应过程中铁起到一定的传递氧的媒介作用，可以促进反应的进行。

2 不同氧压浸出条件下Fe的沉铁机理

铁离子只有在高酸条件下才是稳定的，而在一定的酸度和温度条件下铁容易与水或者水中其他离子结合产生沉淀。

在硫化锌精矿氧压浸出工艺过程中，第二段氧压浸出进入溶液的铁随着浸出液返回第一段氧压浸出。通过控制第一段氧压浸出高压釜内条件，可选择性使铁沉淀进入渣中，其中铁主要以三种形式沉淀，分别是针铁矿形式、黄钾铁矾形式和赤铁矿形式。

2.1 针铁矿沉铁机理

在Fe2O3-SO3-H2O体系下，针铁矿沉铁一般控制温度在90摄氏度以上，且温度高有利于加快沉铁速度和提高沉铁率。第一段氧压浸出过程中，在控制酸度的情况下，会产生一定量的针铁矿沉淀[5]，反应式如下：

通常情况下，针铁矿的生成要求酸度较低，生成稳定的针铁矿要控制pH值2以上。

因此，上述针铁矿生成反应不是硫化锌精矿氧压浸出过程中高压釜内沉铁的主流反应。

2.2 黄钾铁矾沉铁机理

在一定温度、酸度以及有一价阳离子（A+）存在的情况下，硫酸体系中三价铁离子会形成黄钾铁矾类矿物沉淀下来的生成[3]，生成黄钾铁矾反应式如下：

从反应式可以看出，黄钾铁矾生成过程中有酸的产生，必须将酸中和才能使铁矾的生成过程持续，因此，黄钾铁矾生成酸度不能太高。

此外，黄钾铁矾类矿物的形成是一个吸热的过程，因此其在低温条件下生成速度缓慢，随着温度的升高，铁矾生成速度加快。

但温度超过180℃时，黄钾铁矾开始分解，并转化成赤铁矿[6-8]。

2.3 赤铁矿沉铁机理

在氧压浸出过程中，Fe2O3-SO3-H2O体系温度在50℃时就开始存在相对稳定的针铁矿（α-FeOOH），当温度上升至120℃时，溶液中开始析出Fe2O3，并且对着温度的升高Fe2O3相的稳定性也逐渐提高[9-11]，此外针铁矿和黄钾铁矾也会随着温度的升高发生水解反应生成Fe2O3。赤铁矿沉铁反应式如下：

高温下α-FeOOH水解反应式如下：

高温下黄钾铁矾水解反应式如下：

在高压釜内，温度达到140℃、溶液含酸15g/l以下时，铁除了以黄钾铁矾和针铁矿形式沉淀外，还有少量赤铁矿。随着高压釜内温度的升高，赤铁矿不断增加，在155℃或更高时，主要为赤铁矿沉淀[12]。

3 结语

（1）从理论上分析了氧压浸出过程中的沉铁机理：当控制第一段氧压浸出压力11kPa、温度150℃、终酸10g/l时，铁主要以黄钾铁矾形态沉入渣中，同时有部分以赤铁矿形态沉入渣中，此外，还有少量以针铁矿形态沉入渣中。

（2）得出了氧压浸出同时沉铁工艺的浸出终酸及温度控制的区间，为现有硫化锌精矿氧压浸出工艺生产操作参数的确定提供参考。

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