碳酸锌矿浸出工艺探究

江少杰，曹建成，王 智

（安徽铜冠有色金属（池州）有限责任公司，安徽 池州 247100）

安徽某锌生产企业在利用次氧化锌生产电锌的过程中，采购了一批性质不明的碳酸锌原生矿，准备加入到主生产系统中使用。为了确保生产系统正常生产，特对该批原料进行了性质探索和生产适应性试验。

1 矿样性质

1.1 原料基本成分

按照取样规范，取缩分后的碳酸锌矿探样5 kg，用制样机磨碎，送样化验，结果如表1所示。

表1 碳酸锌矿化验结果

结果表明，矿样主要金属杂质含量较次氧化锌高，但都在净液处理范围之内，而氟、氯、砷、锑含量较低，可缓解次氧化锌生产电锌过程中的氟、氯、砷、锑的净化脱除问题。

1.2 渣率测算

称取矿粉150 g，用180 g/L 稀硫酸浸出，控制反应温度80 ～90℃，终点pH 值～1.0，过滤后滤渣用热水冲洗2 次，烘干22.2 g，渣率14.8%。

1.3 模拟浸出

1.3.1 酸性浸出

称取矿粉150 g，用适量150 g/L 稀硫酸浆化均匀，继续加稀酸调节pH 值，保持pH 小于2.0，终点pH为2.0，耗酸560 mL，过滤取样分析，结果如表2所示。

表2 浸出液化验结果

1.3.2 中性浸出

量取160 g/L 稀硫酸1 800 mL，加入锰矿粉5 g，缓慢加入碳酸锌矿粉，调节pH 使其保持在2.0 ～2.5，用矿435 g，加次氧化锌15 g，调pH 至5.0，反应1 h，过滤取样分析，结果如表3所示。

表3 浸出液化验结果

结果表明，浸出过程中会有大量气体产生，大量使用可能存在二氧化碳聚积风险，需精确控制碳酸锌和稀酸加料速度；浸出液杂质含量符合预期，与次氧化锌系统差异较大，批量投料需对净化系统做适当工艺调整。

2 浸出条件探索

碳酸锌矿含铅较低，为提高浸出渣品位，可将铁渣与铅渣分离，使用高酸浸出-沉矾除铁工艺，既能提高浸出率，又能将铁渣分离单独处理[1-2]。

2.1 浸出方案1

浸出方案1 流程如图1所示。碳酸锌矿主要从预中和加入，预上清经沉矾后，用次氧化锌调节pH 做中浸，优点是一次浸出充分，浓密机底流压力小，缺点是沉矾流量大，增加蒸汽消耗。

图1 浸出方案1

（1）配制180 g/L 稀硫酸2 L，加入锰矿粉2.5 g，缓慢加入碳酸锌矿粉600 g，浆化均匀，缓慢滴加浓硫酸，保持pH 在2.5，反应2 h，耗浓硫酸约24 mL，终点pH 为2.5 ～3.0；（2）静置澄清，倒出上层清液，底流滴加浓硫酸，保持pH 在0.5，控制温度在85℃，反应2 h，耗浓硫酸约28 mL，终点pH 为0.5 ～1.0；（3）抽滤，滤渣烘干后称重154.3 g，取样化验；（4）滤液返步骤（2）清液，用氧化锌调节pH，使其保持在1.5 ～2.0，耗ZnO 约8 g，取样化验，Zn 为139.33 g/L；（5）将上述溶液加热，温度保持在90 ～95℃，加入碳酸氢钠1 g，碳酸氢铵3 g，反应5 h，溶液变黄色，取样化验；（6）抽滤，滤渣烘干取样化验，滤液用氧化锌调节pH ～5.0，耗ZnO约7 g，取样化验，结果如表4、表5所示。

表4 浸出方案1 化验结果（一）

表5 浸出方案1 化验结果（二）

2.2 浸出方案2

浸出方案2 流程如图2所示。碳酸锌矿主要从中浸加入，底流经预中和二次浸出，经沉矾后，用次氧化锌调节中浸终点pH 值，优点是投料量大，反应相对分散，缺点是浸出液直接到净化工序，杂质不易 控制。

图2 浸出方案2

（1）取180 g/L 稀硫酸1.7 L，缓慢加入碳酸锌矿500 g，浆化均匀，反应2 h，终点pH ～5.0； （2）静置澄清，倒出上层液体，底流加入180 g/L 稀硫酸300 mL，缓慢滴加浓硫酸，保持pH 在1.5 ～2.0，反应2 h，终点pH 为2.0，耗浓硫酸约12 mL； （3）继续滴加浓硫酸，控制pH 在0.5 ～1.0，并保持温度≥85 ℃，反应1 h，耗浓硫酸约7 mL； （4）抽滤，滤渣烘干后称重124.7 g，取样化验；滤液加入锰矿粉2.5 g，用氧化锌调节pH 至2.0，耗ZnO 约10 g；（5）加热，使温度保持在90 ～95℃，加入碳酸氢钠0.5 g，碳酸氢铵1.5 g，反应5 h，抽滤，滤渣烘干，取样化验；（6）将步骤2 液体加热至95℃，保温1 h，溶液变清，并出现悬浮沉淀，抽滤得冻状滤渣，取样化验；（7）将步骤（5）、步骤（6）滤液混合，用氧化锌调节pH ～5.0，耗ZnO 约4 g，取样化验，结果如表6、表7所示。

表6 浸出方案2 化验结果（一）

表7 浸出方案2 化验结果（二）

结果表明，碳酸锌矿含硅量较高，影响沉淀效果，实际生产中可能对浓密机及压滤机造成压力；试验中抽滤渣未进行水洗，各渣样含锌较高，但分析结果显示渣含锌基本都是水溶锌，从性质试验中可以认为实际生产中的滤渣含锌为15%左右；浸出液含Cd 较高，会给净化及镉回收工段处理能力造成压力，但是在能够处理的范围内，可以增加副产品效益；浸出渣不进行水洗时的渣率约25%，水洗后约为15%，渣含Zn约为8%，渣含Pb 约为8%，Ca、Si 含量高。

3 浸出上清液净化电解

各取300 mL 浸出中上清液，化验结果如表8所示。

表8 浸出中上清液化验结果

模拟实际生产过程，将溶液加热到60 ～65℃，加入锌粉0.6 g（2 g/L），反应20 min 后抽滤；过滤后液维持在60 ～65℃，均加入0.45 g（1.5 g/L）锌粉，反应20 min 后抽滤；得到的液体继续加热，使温度保持在90 ～93℃，加入浓度1 g/L 锑盐溶液1 mL，加入锌粉0.9 g（3 g/L），反应60 min 后抽滤；取样化验，结果如表9所示。

表9 抽滤液化验结果

将净化后的溶液调整酸度80 g/L，加两滴骨胶，电流2 A（I=300 A/m2），在电解分析仪上模拟电解锌生产。通电电解24 h，析出锌片表面比较平整致密，无烧板现象。

4 结论

碳酸锌矿可以适量使用，碳酸锌矿原样为块状固体，投料前需进行破碎或球磨，浸出投料粒度要求至少-80 目；碳酸锌矿浸出过程中产生大量的二氧化碳气体，生产中需注意，投料时要做到缓慢均匀；碳酸锌浸出液主要杂质为Cd、Co、Ni、Ge，其中Cd 含量较高，对净化过程影响大，显著增加锌粉消耗，但镉回收副产品的效益更可观；碳酸锌浸出渣率约15%，终渣含Pb 和Zn 均在8%左右，主要成分为Si、Ca，可返回铅系统熔炼进一步回收其中的Pb 和Zn；碳酸锌矿浸出液中含有的可疑杂质少，对电解锌生产造成不良影响的可能性很小，可减少电解锌烧板的 发生。